EP0141782A2 - Procédé de restauration de poutres permettant une augmentation de leur résistance - Google Patents

Procédé de restauration de poutres permettant une augmentation de leur résistance Download PDF

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EP0141782A2
EP0141782A2 EP84810503A EP84810503A EP0141782A2 EP 0141782 A2 EP0141782 A2 EP 0141782A2 EP 84810503 A EP84810503 A EP 84810503A EP 84810503 A EP84810503 A EP 84810503A EP 0141782 A2 EP0141782 A2 EP 0141782A2
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    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the reinforcement is obtained by adding reinforcements, usually metallic q ues, as in the BONES document 25 31 656 or DE PS 547 576, or by prestressing the beam , as indicated in PCT International Application No. WO 82/03647.
  • Still other techniques advocate a reinforcement based at least partially on the use of synthetic resin, in particular epoxy resin as described in documents DE AS 24 51 639 and DE PS 22 61 820.
  • the present invention presents a solution which satisfies both the technical requirements related to the reinforcement and the aesthetic requirements.
  • a considerable advantage of the present invention is that it can be applied under very difficult access conditions, which is generally the case.
  • the present invention makes it possible to take advantage of the arrow of the old beams while the known techniques simply ignore it or see> their efficiency reduced by the existence of it while modifying its original appearance.
  • the beam (1) has an arrow which is proportionately exaggerated in the drawing in order to make it more easily understandable.
  • a tongue (7) is removed and then a groove (8) is also produced, in which there is a metal bar (9) which will also be embedded in a mass of epoxy mortar (10).
  • L then creates a formwork (13) with wood of the same essence and the same age as that of the beam.
  • the formwork is adjusted so that the outside of the formwork is an extension of the beam. In order to make this adjustment as imperceptible as possible, it is possible, as shown in the drawing, to make a swallow tail (18).
  • a simple formwork (not shown) is produced at the top of the beam for the part of the mortar mass (6) which exceeds the upper surface of the beam.
  • the lower groove 8 is closed using the tongue (7).
  • Figure 2 is illustrated a variant intervening mainly in two types of situations. First when the core of the beam is reached and secondly when the removal of unhealthy wood requires amputating the beam on an entire section.
  • the replacement of the removed wood could be done only with resin or mortar poured either in the healthy walls of the beam or in a formwork produced according to the example given in the first variant.
  • the price of the epoxy resin can dissuade the contractor from choosing the renovation solution in favor of the outright replacement of the beam.
  • the second variant involves a new piece of dry wood (17) which partially occupies the space left free by the elimination of unhealthy wood.
  • the piece of dry wood is made integral by the fiberglass bars (15) which are then sealed on the one hand in healthy wood (Fig.l No 11.) and on the other hand in the piece of dry wood (17).
  • the formwork is produced as indicated in the first variant.
  • Glass fiber bars were placed vertically so that their upper end was anchored in the mortar mass comprising the 3 metal bars. These bars were divided into 19 pairs, the spaces separating each of the pairs being smaller around the supports than around the middle of the beam.
  • the overall inertia of the new resistant section represents an increase of 240% compared to the old one, (calculated as if the wood were not not reached).
  • the present invention has multiple advantages, first of all a substantial increase in resistance. j
  • the very high adaptability of the process makes it possible to carry out each renovation taking into account the particularities of the species, access, condition of the old wood, importance, location and configuration of the areas where the old wood is no longer healthy, conservation of aesthetic characteristics.
  • the present invention also finds its application when the old beam has a satisfactory static, but one wishes to reduce its modulus of elasticity to eliminate or attenuate vibrations for example.

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Abstract

Procédé de restauration de poutres anciennes permettant une augmentation substantielle de la résistance à la charge dont la caractéristique principale est l'utilisation de barres métalliques (3 et 9) et de barres de fibres de verre (16) noyées dans une masse de mortier d'époxy de sorte que les différentes zones comblées par le mortier soient à la fois armées et d'un seul tenant.

Description

  • La restauration des éléments de charpente de bâtiments anciens rencontre de multiples problèmes.
  • Chaque restauration apparaît pratiquement comme un cas unique de par l'importance relative et l'interdépendance des données particulières. Cependant, l'accroissement de la résistance à la charge et l'aspect esthétique du résultat sont des données quasi permanentes.
  • On connaît les techniques consistant à adjoindre à la poutre existante une nouvelle poutre destinée à soulager la prer.. 3re. Les deux poutres sont rendues solidaires par des tirants vissés de part en part ou encore par des barres pénétrant dans la poutre ancienne sans la traverser comme cela est décrit dans la demande de brevet européen No 0 034 224.
  • Ces deux techniques présentent des inconvénients importants lorsque la poutre ancienne a une flèche accusée. De plus leur mise en oeuvre est compromise lorsque l'espace libre au-dessus de la poutre ancienne est compté. Enfin, l'aspect original de la poutre n'est conservé que très exceptionnellement.
  • Selon d'autres techniques, le renforcement est obtenu par l'adjonction d'armatures, en général métalli-ques, comme dans les documents DE OS 25 31 656 ou DE PS 547 576, ou encore par la mise en précontrainte de la poutre, tel que cela est indiqué dans le document PCT demande internationale No. WO 82/03647.
  • D'autres techniques encore préconisent un renforcement fondé au moins partiellement sur l'utilisation de résine synthétique, en particulier la résine époxy comme cela est exposé dans les documents DE AS 24 51 639 et DE PS 22 61 820.
  • Les inconvénients liés aux solutions proposées dans les deux documents ci-dessus sont abondamment exposés et critiqués dans le document DE OS 31 33 014, qui préconise une disposition d'armatures internes propres ou destinées à combattre le cisaillement des poutres en leurs appuis.
  • Hormis les inconvénients d'ordre structurel des solutions connues, il convient de souligner l'extrême difficulté, voir l'impossibilité, d'appliquer ces solutions dans des cas concrets en raison du fait qu'elles supposent une liberté totale de manoeuvre aux abords de la poutre et qu'elles impliquent, pour certaines, la nécessité de déplacer la poutre de l'endroit qu'elle occupe. Ce grief ne s'applique pas à la solution proposée dans le document DE PS 22 61 820 qui, ne s'attachant qu'à la rénovation des extrémités de la poutre, n'intervient en rien dans l'accroissement de la résistance à la flexion et se soustrait aux contraintes y relatives.
  • Au surplus, les techniques connues ne satisfont que très rarement l'impératif esthétique que la rénovation doit respecter par nature.
  • La présente invention présente une solution qui satisfait à la fois les exigences techniques liées au renforcement et les exigences d'ordre esthétique. De plus, un avantage considérable de la présente invention est de pouvoir s'appliquer dans des conditions d'accès très difficiles ce qui est généralement le cas. En outre, la présente invention permet de tirer parti de la flèche des poutres anciennes alors que les techniques connues l'ignorent simplement ou voient >leur efficacité réduite par l'existence de celle-ci tout en modifiant son aspect original.
  • La solution selon l'invention est exposée dans les revendications.
  • On va décrire ci-après à titre d'exemple une variante )d'exécution en se fondant sur le dessin où :
    • la figure 1 montre une vue latérale partiellement dégagée de la poutre,
    • la figure 2 montre l'utilisation d'une pièce de bois sec dans une poutre évidée.
  • ; Selon la variante illustrée à la figure 1, la poutre (1) présente une flèche qui est proportionnellement exagérée sur le dessin afin de rendre celui-ci plus facilement compréhensible.
  • On pratique, à la surface supérieure de la poutre (1), une gorge (2) destinée à recevoir les barres métalliques (3, 4 et 5) ainsi qu'une partie de la masse de mortier d'époxy (6); on peut également utiliser des profilés.
  • Dans la face inférieure de la poutre, on prélève une languette (7) puis on réalise également une gorge (8) dans laquelle on dispose une barre métallique (9) qui sera noyée également dans une masse de mortier d'époxy (10).
  • On perce ensuite des trous dont l'orifice supérieur débouche dans la gorge supérieure et l'orifice inférieur dans la gorge inférieure. On place dans ces trous les barres de fibres de verre (16).
  • L'extrémité (11) de la poutre étant supposée atteinte, on la nettoie du bois non sain ce qui laisse un espace vacant (12) .
  • L réalise ensuite un coffrage (13) avec du bois de même essence et même ancienneté que celui de la poutre. L'ajustement du coffrage se fait de sorte que l'extérieur du coffrage constitue le prolongement de la poutre. Afin de rendre cet ajustement aussi imperceptible que possible on peut, comme il est montré sur le dessin, réaliser une queue d'hirondelle (18).
  • Dans la partie saine de la poutre (11) on perce des trous (14) dans lesquels on loge les barres de fibres de verre (15).
  • On réalise un coffrage simple (non représenté) au haut de la poutre pour la partie de la masse de mortier (6) qui dépasse la surface supérieure de la poutre.
  • Une fois les coffrages ajustés, et toutes les barres mises en place on referme la gorge inférieure 8 à l'aide de la languette (7).
  • On peut alors injecter ou couler la résine époxy ou le mortier d'époxy qui :
    • - scelle la barre métallique inférieure (9) et la languette (7), ainsi que les extrémités inférieures des barres de fibres de verre (16),
    • - scelle les barres de fibres de verre (16) dans le corps de la poutre (1),
    • - comble l'espace laissé vacant (12) et scelle le coffrage (13), les extrémités des barres métalliques (3 et 9) et des barres de fibres de verre (15),
    • - scelle les barres métalliques (3, 4 et 5) et scelle également l'extrémité supérieure des barres de fibres de verre (16).
  • On élimine ensuite le coffrage simple situé sur le sommet de la poutre et on lave les éventuelles bavures qui.peuvent se produire le long de la languette (7) ou au raccord (18) de la poutre et du coffrage permanent.
  • A la figure 2 est illustrée une variante intervenant principalement dans deux types de situations. Premièrement lorsque le coeur de la poutre est atteint et deuxièmement lorsque l'élimination du bois non sain oblige à amputer la poutre sur un tronçon entier.
  • L-ns ces deux cas, le remplacement du bois éliminé pourrait se faire uniquement avec de la résine ou du mortier coulé soit dans les parois saines de la poutre soit dans un coffrage réalisé selon l'exemple donné dans la première variante. Cependant, le prix de la résine d'époxy peut dissuader l'entrepeneur de choisir la solution de la rénovation au profit du remplacement pur et simple de .la poutre. Afin de pouvoir conserver au moins l'apparence extérieure originale grâce à la rénovation, la deuxième variante met en jeu une pièce neuve de bois sec (17) qui occupe partiellement l'espace laissé libre par l'élimination du bois non sain.
  • Dans le cas d'une poutre dont le coeur est attaqué, il sera possible d'insérer une poutre neuve (17) de même longueur mais de section plus faible. Pour renforcer immédiatement cette nouvelle poutre on peut pratiquer comme dans la première variante et disposer des barres métalliques (3 et 9) et des barres de fibres de verre (16). Une fois la pièce neuve (17) et les barres (3, 9 et 16) mises en place on coule une masse de mortier qui enrobe cet ensemble et le rend solidaire du reste de la poutre.
  • Dans le cas d'une poutre dont un tronçon a dû être supprimé, la pièce de bois sec est rendue solidaire par les barres de fibres de verre (15) qui sont alors scellées d'une part dans le bois sain (Fig.l No 11.) et d'autre part dans la pièce de bois sec (17). L'espace entre la poutre (11) et la pièce (17) et ensuite comblé par de la résine ou du mortier. 5Le coffrage est réalisé comme indiqué dans la première variante. Ici encore, il est souhaitable de renforcer la poutre entière grâce aux barres de fibres de verre (16) et aux barres métalliques (3 et 9).
  • Une poutre dont la section résistante originale était constituée de deux éléments en bois superposés ayant chacun une largeur de 24 cm et une hauteur de 38 cm (pour une portée de plus de 9 mètres) a été rénovée selon l'invention.
  • Sur la surface supérieure de la poutre, 3 barres métalliques de 24 mm de diamètre, ayant respectivement des longueurs de 10.20 m, 4.95 m et 2.60 m, ont été scellées dans un bloc de mortier d'époxy d'une section maximum de 20 cm par 11 cm de large au milieu de la poutre, décroissant progressivement pour atteindre 7 x 11 de large aux appuis.
  • Des barres en fibres de verre ont été disposées verticalement de manière que leur extrémité supérieure soit ancrée dans la masse de mortier comprenant les 3 barres métalliques. Ces barres ont été réparties en 19 paires, les espaces séparant chacune des paires étant plus petits aux abords des appuis que vers le milieu de la poutre.
  • L'inertie globale de la nouvelle section résistante, compte tenu des coefficients de sécurité prescrits par les normes (allemandes en l'espèce), représente une augmentation de 240% par rapport à l'ancienne, (calculée comme si le bois n'était pas atteint).
  • ) Il va de soi que cette proportion ne peut être généralisée mais elle donne néanmoins une idée de ce que la solution, selon l'invention, peut apporter.
  • La présente invention comporte de multiples avantages dont en premier lieu un accroissement substentiel de la résistance. jLa très grande adaptabilité du procédé permet de réaliser chaque rénovation en tenant compte des particularités de l'espèce, accès, état du bois ancien, importance, localisation et configuration des zones où le bois ancien n'est plus sain, conservation des caractéristiques esthétiques.
  • La présente invention trouve également son application lorsque la poutre ancienne a une statique satisfaisante, mais qu'on désire réduire son module d'élasticité pour éliminer ou atténuer les vibrations par exemple.

Claims (12)

1. Procédé de restauration de poutres permettant une augmentation de la résistance à la charge et mettant en jeu des barres métalliques, des barres de fibres de verre, de la résine époxy et du mortier d'époxy CARACTERISE EN CE QUE l'on place une barre métallique au moins dans le sens de la longueur de la poutre et en ce que l'on dispose des barres de fibres de verre dans des logements préalablement. percés dans la poutre, les barres de fibres de verre étant placées de manière qu'une de leurs extrémités au moins soit libre et voisine de la barre métallique et en ce que l'on enrobe ensuite, par injection ou coulage, la barre métallique et les extrémités des barres de fibres de verre dans une masse de mortier, le corps de chacune des barres de fibres de verre, dans son logement, étant rendu solidaire de la poutre par de la résine époxy.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on dispose la barre métallique au-dessus de la poutre et en ce que l'on coule la masse de mortier enrobant cette barre sur la surface supérieure de la poutre.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on dispose la masse de mortier contenant une barre métallique au moins partiellement dans une gorge que l'on a préalablement pratiquée dans la partie supérieure de la poutre.
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'on place plusieurs barres métalliques de longueurs différentes dans la masse de mortier de façon que le milieu de chacune des barres soit situé au niveau de la flèche de la poutre, les barres étant disposées par ordre ) décroissant de longueur les unes au-dessous des autres, comblant ainsi au moins partiellement le vide créé sur la partie supérieure de la poutre du fait de la flèche.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on élimine des extrémités de la poutre le bois non sain et qu'on le remplace par une masse de mortier d'époxy et en ce que l'on coule ou injecte cette masse et 1 la masse enrobant la barre métallique au cours d'une seule opération, de sorte que ces deux masses n'en forment qu'une et font bloc en un seul corps.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on réalise un coffrage permanent en bois, de même essence et de même ancienneté que la poutre, dans lequel la masse de mortier destinée à remplacer le bois non sain est coulée.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on pratique, à la partie inférieure de la 5 poutre, une gorge dans laquelle on place une barre métallique que l'on noie ensuite dans une masse de résine ou de mortier.
B. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que lors de la création de la gorge inférieure, on prélève une ) languette de bois et en ce que l'on remet en place cette languette lorsque la barre métallique a été placée dans la gorge.
9. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on perce des logements au travers de la poutre, ces logements ayant un orifice dans la gorge supérieure et dans la gorge inférieure, et en ce que l'on dispose des barres de fibres de verre dans ces logements de manière que leurs extrémités soient voisines des barres métalliques supérieure et inférieure et en ce que l'on coule ou injecte une masse de mortier qui enrobe à la fois les barres métalliques et les extrémités des barres de verre et qui assure la liaison des barres de fibres de verre avec la poutre en comblant les interstices entre le logement et la barre.
0. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on réalise des gorges dans les flancs de la poutre en prélevant des languettes et en ce que l'on dispose dans ces gorges des barres métalliques qui, une fois les languettes remises en place sont enrobées d'une masse de mortier d'époxy par injection ou coulage.
11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on supprime une partie au moins de la poutre et en ce qu'on la remplace par une pièce neuve de bois sec dont la liaison avec le reste ae ia poutre est réalise au moins pour une part avec des barres de fibres de verre que l'on dispose dans des logements percés à la fois dans la partie saine de la poutre et dans la pièce neuve, et en ce qu'on noie ensuite la pièce et les barres de fibres de verre dans une masse de mortier d'époxy.
12. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on évide au moins partiellement le centre de la poutre à partir de son sommet et en ce que l'on place une pièce neuve de bois sec dans l'évidement, la liaison entre la pièce neuve et le reste de la poutre étant ensuite assuré pour une part au moins par le coulage d'une masse de mortier ou de résine époxy.
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