CH690965A5 - Dispositif de renforcement des structures, notamment des dalles en béton armé. - Google Patents

Description

  



  La présente invention a pour objet un dispositif de renforcement des structures, notamment des dalles en béton armé. 



  La construction de dalles minces appuyées sur des colonnes est un type de construction qui a été développé dans les années cinquante pour la construction de bâtiments, d'usines, de ponts etc. La rupture de ce type de structure se produit principalement soit par flexion soit par poinçonnement. La rupture par flexion se produit par formation de ligne de ruptures formant un mécanisme entraînant la ruine progressive de la structure. La rupture par poinçonnement d'une dalle en béton armé se produit comme schématisée à la fig. 1, lorsque la colonne A supportant la dalle B perfore brusquement la dalle par extrusion d'un cône de béton délimité par la fissure de poinçonnement C inclinée entre 30 DEG  et 60 DEG . Cette rupture est dangereuse car elle est de type fragile (opposé de ductile) c'est-à-dire qu'elle se produit, brusquement et sans signe précurseur.

   De plus, la diminution de la capacité portante est très importante. 



  La rupture par flexion d'une dalle peut être évitée par la mise en place d'une armature horizontale. Par contre, la rupture par poinçonnement peut difficilement être évitée. Cependant, la charge à laquelle cette rupture se produit peut être augmentée de telle manière que la sécurité de la structure est garantie pour un niveau de charge donné. 



  Les deux moyens les plus efficaces pour augmenter la résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement lors de la conception de la structure sont: (1) augmenter l'épaisseur de la dalle, (2) augmenter la section de la colonne. De plus, il est possible de rélargir localement la colonne à proximité de la dalle par ce qui est couramment appelé une colonne champignon ou encore d'augmenter l'épaisseur de la dalle à proximité de la colonne. Pour des raisons architecturales ces moyens sont limités. 



  La résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement d'une dalle en béton armé est augmentée, par l'emploi de barres d'armature pliées. Cette solution est décrite déjà en 1938 par O. Graf (Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 1938, Heft 88). Une autre méthode permettant d'augmenter la résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement est de mettre en place des goujons. Plusieurs procédés ont été décrits dans des brevets par exemple: Leonhardt et Andrä DE 2 727 159 B2, Ghali et Dilger CA-A 1 085 642. Un autre moyen d'augmenter la résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement est la mise en place de tête de poinçonnement. Plusieurs têtes de poinçonnement ont fait l'objet de brevets, par exemple: Geilinger CH-382 950 et Riss EP 0 318 712 A1. 



  Les moyens décrits pour augmenter la résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement sont à prévoir lors de la conception de la structure porteuse. De plus, ils sont mis en place avant la phase de bétonnage de la dalle. Par contre, une fois que la dalle est coulée, le problème est différent et a été très rarement traité. Ce problème de renforcement de dalles existantes devient de plus en plus important car plusieurs structures ont été dimensionnées pour un certain niveau de charge, qui vu leur nouvelle affectation est augmenté. 



  Une méthode pour augmenter la résistance vis-à-vis de la rupture par poinçonnement d'une dalle existante consiste à augmenter la zone d'appui, donc à rélargir la colonne. La colonne peut être rélargie sur toute la hauteur ce qui présente le grand désavantage que la place utilisée est plus grande. Une autre possibilité est d'élargir la colonne seulement au sommet de cette dernière soit à proximité de la dalle. Cette solution est difficilement réalisable techniquement puisqu'il faut fixer cette sur-épaisseur sur la colonne soit par perçage soit par bridage. 



  En 1974, A. Ghali, M.A. Sargious et A. Huizer (ACI Publication SP-42, 1974) publient des tests effectués sur une dalle qui était précontrainte verticalement. Cette précontrainte verticale était introduite par des boulons standards mis en place dans un trou sans aucune injection. Les tests ont montré que la précontrainte verticale augmente légèrement la charge de rupture mais surtout que la ductilité de la structure est augmentée. La mise en place de boulons standards crée une sur-épaisseur importante de la dalle. 



  Le dispositif de renforcement de structures, notamment de dalles en béton armé, selon l'invention utilise ce principe de précontrainte verticale appliqué à des goujons. Le dispositif selon l'invention défini à la revendication 1 a pour but de permettre le renforcement d'une dalle existante. 



  L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description de forme d'exécution donnée à titre d'exemple en regard des dessins sur lesquels: 
 
   la fig. 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, 
   la fig. 2 représente le même dispositif que celui de la fig. 1 mais à une échelle plus grande permettant de montrer un système de précontrainte selon l'invention, 
   la fig. 3 représente une variante du système de précontrainte selon l'invention, 
   la fig. 4 représente plusieurs possibilités de réaliser l'injection d'un dispositif selon l'invention, 
   la fig. 5 représente quatre phases de la mise en Öuvre d'un dispositif selon l'invention, 
 



  Une forme d'exécution du dispositif selon l'invention, dénommée "goujon précontraint" est illustrée à la fig. 1. Une structure composée d'une colonne A sur laquelle est appuyée une dalle B se rompt par poinçonnement par formation d'une fissure de poinçonnement C inclinée entre 30 DEG  et 60 DEG . Pour renforcer cette structure, la solution proposée consiste à forer un trou D dans la dalle et d'insérer le goujon précontraint. Ce goujon précontraint est composé de plaques d'appuis F et E de chaque côté de la dalle et de une ou plusieurs pièces de traction composée des éléments G et H. Un coulis d'injection l est utilisé pour remplir les vides entre le trou et le goujon précontraint. 



  Un système de mise en précontrainte du goujon est détaillé à la fig. 2. Il est composé de deux pièces: la pièce d'ancrage et la pièce de précontrainte. La pièce d'ancrage est constituée d'une plaque E qui sert de plaque d'appui et un élément G. Cette plaque est soit fixée à la structure soit bloquée par une clef pour éviter la rotation de la pièce ancrage. L'élément G est fixé par exemple par soudage ou boulonnage sur cette plaque E. La pièce de précontrainte comprend une plaque F qui sert de plaque d'appui et l'élément H. Cette plaque F peut être de surface inférieure ou égale à la plaque E car elle est en contact avec la zone de la structure qui est comprimée, alors que la plaque E est en contact avec la zone en traction (peut être fissurée).

   La plaque F sert de plus à la mise en précontrainte du goujon par vissage, donc elle possède une forme permettant d'introduire la force de serrage à l'aide d'une clef, par exemple de forme carrée ou octogonale. Sur la plaque F est fixé par exemple par soudage ou vissage un tube H qui est fileté à l'intérieur. Le filetage du tube H permet le vissage avec l'élément G. 



  Une autre variante du système de mise en précontrainte est illustré à la fig. 3. La pièce d'ancrage est similaire à la pièce d'ancrage présentée à la fig. 2. Par contre la pièce de précontrainte est caractérisée par un élément fileté à l'extérieur T, sur lequel est fixé un tube ou manchon de raccordement fileté à l'intérieur J. 



  La forcé de précontrainte est optionnelle et elle peut également être nulle de telle manière que les deux pièces sont juste vissées ensemble. Ceci résulte en une mise en Öuvre plus simple mais une augmentation de la ductilité du comportement de la structure plus faible, donc l'efficacité du système sera moins bonne. 



  Plusieurs systèmes d'injections sont présentés à la fig. 4. Ces systèmes s'adaptent aux systèmes de mise en précontrainte présentés aux fig. 2 et 3. Le système standard est caractérisé par un trou d'injection L par lequel le coulis d'injection se propage le long de l'élément G, pénètre à l'intérieur du tube H ou du manchon J et passe à l'extérieur du goujon par le trou S pour remplir le vide entre le trou et le goujon. Un système d'injection simplifié est obtenu en utilisant un des trous K, N ou O comme trou d'injection. L'air ainsi que le surplus de coulis d'injection injectés sont évacués pour permettre entre autre de contrôler que le coulis d'injection a bien circulé. Le trop plein d'injection peut être évacué entre la plaque E et la surface de la structure.

   La plaque E peut également être rainurée par des rainures radiales (partant du centre jusqu'à l'extrémité de la plaque) pour facilité l'écoulement du surplus d'injection. Un trou de trop plein M peut également être envisagé. L'étanchéité, de la pièce de précontrainte permettant de garantir que le coulis d'injection ne fuit pas à l'interface entre la plaque F et la structure est obtenue soit par l'adjonction d'un joint d'étanchéité P ou Q ou encore par une nervure R de la plaque F en forme de V. Cette nervure pénètre à l'intérieur de la structure lors du vissage. L'effet de l'injection sur la résistance de la structure est augmenté si les éléments G, H et T sont rainurés ou nervurés le long de leurs surfaces extérieures pour ainsi augmenter l'adhérence avec le coulis d'injection.

   Il est à noter que l'injection est facultative mais que cette injection augmente la résistance de la structure. 



  La mise en Öuvre du dispositif se déroule en quatre phases comme illustré à la fig. 5 pour le goujon précontraint présenté à la fig. 2 (même mise en Öuvre pour le goujon présenté à la fig. 3). La première phase (l) consiste à perforer un trou traversant complètement la structure à renforcer en veillant à ne pas couper d'armature. La deuxième phase (ll) consiste à mettre en place la pièce d'ancrage et la pièce de précontrainte de chaque côté du trou. La troisième phase (lll) consiste à visser la pièce de précontrainte dans la pièce d'ancrage. Le couple de serrage correspondant à la force de précontrainte introduite dans la structure. La dernière phase (IV) est la phase d'injection qui est facultative et qui consiste à remplir les interstices entre le goujon et le trou d'un coulis d'injection qui se rigidifiera avec le temps. 



  Le goujon précontraint ainsi que sa mise en Öuvre ont été développés pour le renforcement de dalle en béton armé vis-à-vis de la rupture par poinçonnement. Ce dispositif peut également être appliqué au renforcement de toute sorte de pièces en béton non armé, armé ou précontraint au travers desquelles une fissure peut apparaître ou est partiellement formée. Ce goujon précontraint s'applique par exemple au renforcement de poutres ou de sommiers vis-à-vis d'une rupture à l'effort tranchant ou de colonnes. Le goujon précontraint peut également être appliqué au renforcement de différents matériau de construction comme par exemple les structures en bois, brique ou en acier pour autant que le goujon précontraint aie une résistance à la traction au moins trois fois supérieure à celle du matériau à renforcer. 



  Le renforcement de dalles existantes est un problème complexe et le goujon précontraint développé, permet de concevoir un tel renforcement. La mise en place du goujon précontraint possède le désavantage que la structure existante doit être perforée. Cette perforation diminue momentanément la capacité portante de la structure. Mais par contre, une fois que le goujon est mis en place et qu'il est précontraint, la résistance de la structure est alors plus élevée qu'initialement. En plus, une fois que l'injection a été effectuée, la structure se comportera, de manière monolithique et la transmission des forces du goujon à la structure est donc améliorée, résultant en une augmentation supplémentaire de la capacité portante donc de la sécurité.

   La, mise en place du goujon précontraint résulte seulement en une légère sur-épaisseur locale de la dalle puisque le système de précontrainte, soit le pas de vis se trouve à l'intérieur de la dalle contrairement aux écrous standards. De plus, la position de système de précontrainte à l'intérieur de la dalle augmente la résistance à la corrosion du système puisqu'il est parfaitement protégé par le coulis d'injection. Constructivement, cette méthode est également intéressante car elle est facilement mise en place et le prix de revient du goujon précontraint ne devrait pas être trop élevé.

Claims (12)

1. Dispositif de renforcement des structures, caractérisé en ce qu'il est composé de deux pièces, une première pièce dite pièce d'ancrage comprenant une plaque sur laquelle est fixée au moins un premier élément et une seconde pièce dite pièce de précontrainte comprenant une plaque sur laquelle est fixé au moins un second élément, les premier et second éléments étant conçus de manière à pouvoir être solidarisés l'un avec l'autre de façon à pouvoir transmettre une traction lorsque les deux plaques se trouvent sur deux faces distinctes de la structure.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément est une vis se vissant dans le deuxième élément ou vice et versa.

3.

Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément est un tube fileté à l'extérieur se vissant dans le deuxième élément ou vice et versa.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux éléments sont filetés à l'extérieur et se vissent à l'intérieur d'une troisième pièce les reliant.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque de précontrainte à une forme permettant sa prise par une clef pour la faire tourner de manière à la solidariser par vissage avec la pièce d'ancrage.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque d'ancrage comporte des moyens empêchant sa rotation telles que des rainures ou nervures.

7.

Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque d'ancrage ou la plaque de précontrainte comporte un perçage de manière à pouvoir introduire un coulis d'injection.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plaque d'ancrage comporte un perçage ou des rainures sur la face destinée à venir en application sur la structure de manière à ce que l'air puisse ressortir lors de l'injection du coulis.

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu'un système d'étanchéité mis en place sur la plaque de précontrainte confine le coulis d'injection.

10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'adhérence des éléments avec le coulis d'injection est augmentée par rainurages ou nervures.

11.

Procédé de renforcement au moyen d'au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fore un trou dans une dalle, on dispose la pièce d'ancrage sur une des faces de la dalle et la pièce de précontrainte sur l'autre face, on solidarise la pièce de précontrainte sur la pièce d'ancrage.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une fois la solidarisation obtenue, un coulis d'injection est injecté de manière à remplir les vides.