EP1033455A1 - Procédé et dispositif de renforcement d'un ouvrage en béton - Google Patents

Procédé et dispositif de renforcement d'un ouvrage en béton Download PDF

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EP1033455A1
EP1033455A1 EP00400529A EP00400529A EP1033455A1 EP 1033455 A1 EP1033455 A1 EP 1033455A1 EP 00400529 A EP00400529 A EP 00400529A EP 00400529 A EP00400529 A EP 00400529A EP 1033455 A1 EP1033455 A1 EP 1033455A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reinforcement
plate
anchor plate
anchor
concrete
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00400529A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Khelil Doghri
Christian Tourneur
Sébastien Lardy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Freyssinet International STUP SA
Original Assignee
Freyssinet International STUP SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Freyssinet International STUP SA filed Critical Freyssinet International STUP SA
Publication of EP1033455A1 publication Critical patent/EP1033455A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E04G2023/0255—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements whereby the fiber reinforced plastic elements are stressed
    • E04G2023/0259—Devices specifically adapted to stress the fiber reinforced plastic elements
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    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements
    • E04G2023/0262—Devices specifically adapted for anchoring the fiber reinforced plastic elements, e.g. to avoid peeling off

Definitions

  • the present invention relates to the field of structural reinforcement of construction works.
  • the reinforcement consists of a sheet of steel bonded to concrete after preparation of the bonding surface.
  • FIG. 1 shows a section schematic of a reinforced concrete beam 8 resting on two supports 9 neighbors of its ends, and the lower face of which comprises, between these two supports 9, a bonded reinforcement 10 resistant to traction in the longitudinal direction of the beam.
  • the bonded reinforcement 10 improves the behavior of the beam 8 in response to an effort F tending to cause it to flex between its two supports 9.
  • this rupture generally occurs in "covering" concrete, that is to say in the thickness of unreinforced concrete located between the surface provided of the bonded reinforcement 10 and the underlying reinforcing bars 11.
  • the rupture 12 begins in the vicinity of one of the ends of the bonded reinforcement 10 under the effect of the shearing force E resulting from the reaction R of one of the supports 9 and the tensile force T exerted by the reinforcement 10, then propagates along the reinforcing bars 11.
  • the concrete of the structure which gives way, in a part where it does not work in compression (its mode of stress desired) but in shear.
  • Patent application FR-A-2 754 556 describes a method of reinforcement of a reinforced concrete structure by means of a composite reinforcement bonded with carbon fibers, in which strands of carbon are engaged, with agglomeration resin, in holes obliquely drilled in the concrete of the structure, in order to make a connection carbon fiber-based mechanics between the bonded reinforcement and the reinforcements of the concrete. This provides resistance to shear stress.
  • Patent application WO96 / 21785 describes a method for anchoring the ends of a composite reinforcement bonded to a concrete structure, consisting of form an inclined edge housing in the concrete of the structure, along which the end part of the reinforcement is glued. A wedge-shaped insert is then placed above this terminal part to restore the continuity of the area.
  • This insert can be glued, or anchored in concrete by means of bolts or dowels. The anchoring at the end of the reinforcement therefore results from a some penetration of this end towards the inside of the concrete structure.
  • An object of the present invention is to propose another solution limiting the shear stress to which the concrete is subjected covering the reinforced surface of the structure.
  • the invention thus provides a device for reinforcing a structure in concrete, comprising a reinforcement bonded to the concrete of the structure and means anchoring at least a portion of the reinforcement to the structure.
  • the reinforcement includes reinforcing fibers extending in at least one direction main.
  • the anchoring means comprise at least one plate anchor fixed to the concrete of the structure in a position such as a surface exterior of the anchor plate is flush with a surface of the structure receiving the reinforcement.
  • the anchored portion of the reinforcement is bonded to the outer surface of the anchor plate.
  • the plate fixed to the concrete takes up the shear force generated by the reinforcement glued in its anchored portion, which will typically be (but not mandatory) near one end of the reinforcement.
  • the flush with the anchor plate ensures that the composite reinforcement remains in a continuous bonding plane, without geometric accident which create vacuum surges.
  • the anchor plate is fixed to the concrete by means of connection can be of any known structure. They are typically arranged to extend to areas of concrete provided with reinforcements, in order to achieve continuity in the resumption of efforts between these areas and the surface stressed by the bonded composite reinforcement.
  • a preferred embodiment of the device comprises means to maintain tension in the reinforcement parallel to the steering main.
  • These means advantageously include a system of locking the anchor plate in a housing formed in a support anchor fixed to concrete.
  • Figures 2 and 3 illustrate the application of the invention to a structure in reinforced concrete with a surface 15 provided with a bonded reinforcement 16.
  • the reinforcement 16 is intended to resist traction in a direction main A of surface 15. It preferably consists of a strip of fibers of sized carbon oriented parallel to direction A, or in a carbon fiber fabric whose warp threads are oriented in the direction A, the carbon fibers being impregnated with a hardening resin ambient temperature.
  • the reinforcement 16 can in particular be carried out from the as follows: an epoxy resin, capable of polymerizing at temperature ambient, is coated in the liquid state on the surface 15; the tape or fabric is then applied to the coated surface so that the resin permeates the fibers and ensures bonding.
  • the tape or fabric can be applied with a simple masking, not requiring the application of prolonged pressure.
  • the resin used is for example the two-component epoxy resin consisting on the one hand by the base resin of the brand "CECA XEP 3935 / A”, and on the other hand by the hardener of mark “CECA XEP 2919 / B", these two components being manufactured and marketed by CECA S.A., 12 place de l'Iris, La Défense 2, Cedex 54, 92062 PARIS LA DEFENSE (FRANCE).
  • This resin has, when applied in the fluid state, a viscosity at room temperature between 1,000 and 10,000 mPa.s.
  • the sized carbon fibers constituting the strip or the fabric 16 have a tensile strength greater than 1,500 MPa, and an elastic modulus between 200 and 400 GPa.
  • the carbon fiber strip or fabric 16 is extended beyond the area of the structure to be reinforced, in order to anchor its ends in the concrete of the structure.
  • a plate 17 is installed, the outer surface of which is flush with the reinforced concrete surface 15, and on which the end of the reinforcement 16 is glued.
  • the length L (measured parallel to direction A), of the portion of the reinforcement 16 bonded to the anchor plate 17 is typically at least 10 cm, in order to ensure a good recovery of the shearing force.
  • This plate 17 is advantageously made of steel with a thickness of at least 5 mm in order have adequate shear strength.
  • the dimensions and precise materials of the plate 17, as well as the characteristics of the means used to anchor it in concrete, are parameters whose values are adjusted according to the relevant stresses for each structure to reinforce and characteristics of the composite reinforcement.
  • a recess 19 is formed at the level from the end to be anchored of this reinforcement.
  • the bottom of the recess 19 is treated with a leveling mortar to make it smooth.
  • These holes 20 extend to the reinforcing bars (not shown) of the concrete of the structure in order to make an appropriate connection between these reinforcements and the reinforcement 16.
  • Plate 17, previously prepared to receive the bonded reinforcement (sandblasting) is installed in the recess and anchored using the connectors 18 engaged in the holes 20.
  • the connectors 18 are typically steel rods engaged in the holes 20 where they are chemically or mechanically sealed. They could also be in one other material with the required capabilities to work in shear and traction. These connectors can be active (pre-stressed) or passive.
  • the plate 17 has its outer surface which is flush with the surface 15 of the structure on which the reinforcement 16 is bonded. can then stick the reinforcement 16 in the manner previously described such so that its end overlaps the anchor plate 17. According to applications, a protective and / or decorative treatment of the reinforced surface can be applied.
  • the reinforcement 16 is held between the anchor plate 17a on which it is glued and a second plate 17b.
  • the second plate 17b may have a configuration similar to that of the plate 17a. It is clamped against the reinforcement 16 and the anchor plate 17a by the stress exerted on the connection members 18, for example by means nuts.
  • supports 24 are welded to the outer surface of the anchor plate 27 to carry the axle of a roller 25 perpendicular to the direction A.
  • the roller 25, which can be removable or not, used to tension the strip of reinforcing fabric 16 at the time of its collage.
  • the fabric strip can be rolled up on the roller 25 and tensioning by actuation thereof.
  • We can also exert traction on the strip 16 beyond the rollers 25 which then serve as a guide to guide the strip along the surface of the work to reinforce and orient the traction parallel to this surface.
  • the invention has been described with reference to Figures 2 to 5 in the case of anchoring the end of a bonded reinforcement. Similarly, any portion of the reinforcement could be anchored by covering an anchor plate suitably fixed to the structure using connectors.
  • the reinforcement method according to the invention has the advantage of being able be implemented with very diverse surface configurations reinforced.
  • the plate anchor to which the end of the composite reinforcement 16 is bonded is not anchored directly in concrete.
  • An anchor support 30, 40, 60 (not shown for the example of Figures 11 and 12) is fixed in each indentation, previously formed in the concrete of the structure, for example by means of connection members 18 similar to those previously described.
  • This anchoring support 30, 40, 60 is provided with a housing 31, 41, 61 open to the outside of the structure and suitable for receiving the anchor plate 32, 42, 62.
  • a locking system blocks the anchor plate 32, 42, 52, 62 in its housing 31, 41, 61, so as to maintain an effort of prestressing in the main direction A in the composite reinforcement 16.
  • the support 30 and the anchor plate 32 are provided with holes 33, 34 opening onto the face exterior of the structure, intended to receive a tensioning system for strip 16.
  • the tensioning system may include one or more telescopic cylinders having one end connected to the orifices 33 and one end opposite connected to the orifice 34. The actuation of these jacks makes it possible to set tensioning the strip 16, the end of which has been previously fixed by gluing to the anchor plate 32, by sliding the plate 32 in the housing 31. A wedge 35 is then engaged in the housing 31 in order to block the plate there. anchor 32 during and after the hardening of the adhesive, the surface of which concrete has been coated.
  • the lateral edges of the housing 31 include two respective longitudinal grooves 36A, 36B formed in the thickness of the anchoring support 30, one 36A receiving a flange complementary 37A provided on a lateral edge of the anchoring plate 32, and the other 36B receiving a complementary flange 37B provided on the lateral edge opposite of the shim 35.
  • the plate 32 and the shim 35 are in mutual contact according to a surface 38 parallel to direction A, and inclined relative to the surface of the work, so that the shim 35 prevents the plate 32 from coming out of its housing 31.
  • the wedge 35 is supported on the support 30 along a ramp 39 forming an angle with direction A, so that when the system of tensioning is activated, just push the shim 35 into the housing 31 towards the strip of fabric 16 to block the plate 32 in the housing 31, which maintains the prestressing force in the strip 16 during and after the glue has hardened.
  • Figures 9 and 10 show an alternative embodiment in which the lateral edges of the anchor plate 42 are provided with flanges respective 47 engaged in complementary grooves 46 formed in the lateral edges of the housing 41.
  • the grooves 46 are interrupted in a front part 43 of the housing 41, over a length at least equal to that of the plate 42. In this front part 43, the housing 41 is wider than the anchor plate 42, to allow its introduction. Plate 42 can then slide back when tensioning the composite reinforcement, by being guided and held in place by the grooves 46.
  • This setting tension can be carried out by means of two wedge effect wedges 44, 45 interposed in the front part 43 of the housing 41, bearing one on the other on an oblique surface, the shim 44 being applied against the edge front of the plate 42, and the shim 45 being applied against the front edge of the housing 41.
  • the reinforcement is tensioned composite previously bonded to the anchor plate 42.
  • the plate anchor 52 has a slot 53 perpendicular to direction A, and length slightly greater than the width of the strip of fabric 16.
  • the strip 16 is engaged in the slot 53, and wound around the portion 54 of the plate 52 located in front of the slot 53, before being bonded to this portion 54. This increases the robustness of the fixing of the reinforcement 16 on the plate anchor 52.
  • the plate can be installed 52 on an anchor support previously sealed in the concrete surface to be to reinforce.
  • This anchoring support can for example be of the same kind as those described above with reference to FIGS. 6 to 10.
  • the anchor plate 62 also has a slot 63 perpendicular to the direction A.
  • the references 62A and 62B respectively designate the portions of the plate 62 located in front and behind the slot 63.
  • the strip of fabric 16 is wound in S around the two portions 62A, 62B of the plate anchor 62, as shown in FIG. 13.
  • the end of the strip 16 is applied to the outer face of the rear portion 62B, and from there, the strip 16 goes around the rear edge of plate 62, runs along the inside of the portion 62B, crosses the slot 63, runs along the outside face of the portion 62A, bypasses the front edge of the plate 62, runs along the inside of the portions 62A and 62B, returns around the rear edge of the plate 62, then runs along again the external face of the portions 62B and 62A before coming into contact of the concrete face to be reinforced.
  • This S-shaped winding ensures firm fixing of the strip 16 on the anchor plate 62, so that the bonding of the strip 16 on the plate anchoring 62 can be carried out at the same time as the bonding of this strip on the concrete face.
  • the tensioning of the strip of fabric 16 can be carried out by applying the front edge of the plate 62 against the edge front of the housing 61 formed in the anchoring support 60, and by folding the rear edge of plate 62 as shown in phantom in Figure 13. After this tensioning, the plate 62 is immobilized in its housing 61, for example by screwing on the support 60 through holes 64 provided on either side of the strip 16 in the anchor plate 62.
  • the front edge of the anchor plate 62 bears against the front edge of housing 61 only on either side of the width of the strip 16.

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Abstract

Le dispositif comprend un renfort (16) collé sur le béton de l'ouvrage et comportant des fibres de renforcement s'étendant suivant une direction principale (A), et au moins une plaque d'ancrage (17) fixée au béton de l'ouvrage dans une position telle qu'une surface extérieure de cette plaque (17) affleure une surface (15) de l'ouvrage recevant le renfort (16). Une portion du renfort (16) est collée sur la surface extérieure de la plaque d'ancrage (17) afin d'être ancrée sur la structure et de reprendre l'effort de cisaillement engendré par le renfort (16) au niveau de la couche de béton non armée sur la surface renforcée (15). La plaque d'ancrage (17) est avantageusement agencée pour assurer une précontrainte de traction sur le renfort (16) parallèlement à la direction principale (A). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne le domaine du renforcement structural d'ouvrages de construction.
Dans ce domaine, il est usuel de coller des renforts au moyen de résines appropriées sur les parties d'un ouvrage à renforcer.
Dans un procédé classique couramment appliqué, dit procédé Lhermite, le renfort consiste en une tôle d'acier collée sur du béton après préparation de la surface de collage. Ce procédé classique a suivi diverses évolutions tenant compte notamment de l'évolution technologique des matériaux, et plus particulièrement de l'évolution des matériaux de substitution de la tôle, laquelle pose fréquemment des problèmes de mise en oeuvre et nécessite des dispositions pour combattre la corrosion.
C'est ainsi que l'on a vu apparaítre ces dernières années des techniques de renforcement à base de matériaux composites sous forme de plaques collées (voir par exemple FR-A-2 594 871), puis sous forme de fibres collées (voir US-A-5 308 430) et de tissus collés. Ces derniers types de renfort présentent de nombreux avantages, notamment leur commodité de mise en oeuvre et leur aptitude à s'appliquer sur des surfaces de formes diverses.
Ces différents types de renforts collés améliorent très sensiblement le comportement statique et dynamique de l'ouvrage renforcé. Il est d'ailleurs très rare d'observer une rupture du renfort lui-même. La figure 1 montre une coupe schématique d'une poutre en béton armé 8 reposant sur deux appuis 9 voisins de ses extrémités, et dont la face inférieure comporte, entre ces deux appuis 9, un renfort collé 10 résistant à la traction suivant la direction longitudinale de la poutre. Le renfort collé 10 améliore le comportement de la poutre 8 en réponse à un effort F tendant à la faire fléchir entre ses deux appuis 9. Lorsque l'effort F est suffisamment important pour provoquer une rupture de la structure de la poutre, cette rupture se produit généralement dans le béton "de recouvrement", c'est-à-dire dans l'épaisseur de béton non armé située entre la surface pourvue du renfort collé 10 et les fers d'armature sous-jacents 11. Typiquement, la rupture 12 s'amorce au voisinage de l'une des extrémités du renfort collé 10 sous l'effet de l'effort tranchant E résultant de la réaction R de l'un des appuis 9 et de l'effort de traction T qu'exerce le renfort 10, puis se propage le long des fers d'armature 11. En d'autres termes, c'est le béton de l'ouvrage qui cède, dans une partie où il ne travaille pas en compression (son mode de sollicitation souhaité) mais en cisaillement.
En conséquence, on n'exploite pas pleinement les propriétés du renfort collé.
Pour augmenter l'effort de rupture d'une poutre telle que celle de la figure 1 renforcée par une tôle métallique, il a été proposé de coller d'autres morceaux de tôle, appelés verrous, sur les flancs de la poutre, qui procurent une résistance au cisaillement du béton. Cette méthode a l'inconvénient de n'être applicable que dans le cas d'une poutre dont les flancs sont accessibles. Dans la pratique, des renforts sont souvent collés sur des dalles ou des murs, et il est alors impossible de placer des verrous.
La demande de brevet FR-A-2 754 556 décrit un procédé de renforcement d'un ouvrage en béton armé au moyen d'un renfort composite collé à base de fibres de carbone, dans lequel des mèches de fibres de carbone sont engagées, avec une résine d'agglomération, dans des trous percés obliquement dans le béton de l'ouvrage, afin de réaliser une liaison mécanique à base fibres de carbone entre le renfort collé et les armatures du béton. Ceci procure une résistance à l'effort de cisaillement.
La demande de brevet W096/21785 décrit un procédé d'ancrage des extrémités d'un renfort composite collé sur un ouvrage en béton, consistant à former un logement à bord incliné dans le béton de l'ouvrage, le long duquel est collée la partie terminale du renfort. Un insert en forme de coin est ensuite placé au-dessus de cette partie terminale pour restaurer la continuité de la surface. Cet insert peut être collé, ou ancré dans le béton au moyen de boulons ou de chevilles. L'ancrage à l'extrémité du renfort résulte donc d'une certaine pénétration de cette extrémité vers l'intérieur de la structure en béton.
Il est possible d'appliquer une précontrainte de traction sur un renfort composite pendant le durcissement de la résine de collage (voir FR-A-2 594 871 ou US-A-5 617 685). Ceci permet d'améliorer le comportement en charge de la structure. D'autre part, le renfort précontraint sollicite le béton de recouvrement en compression, ce qui réduit l'incidence du problème ci-dessous.
Un but de la présente invention est de proposer une autre solution permettant de limiter la contrainte de cisaillement auquel est soumis le béton de recouvrement de la surface renforcée de l'ouvrage.
L'invention propose ainsi un dispositif de renforcement d'un ouvrage en béton, comprenant un renfort collé sur le béton de l'ouvrage et des moyens d'ancrage d'au moins une portion du renfort sur l'ouvrage. Le renfort comporte des fibres de renforcement s'étendant suivant au moins une direction principale. Les moyens d'ancrage comprennent au moins une plaque d'ancrage fixée au béton de l'ouvrage dans une position telle qu'une surface extérieure de la plaque d'ancrage affleure une surface de l'ouvrage recevant le renfort. La portion ancrée du renfort est collée sur la surface extérieure de la plaque d'ancrage.
La plaque fixée au béton reprend l'effort de cisaillement généré par le renfort collé dans sa portion ancrée, laquelle sera typiquement (mais non obligatoirement) voisine d'une extrémité du renfort.
L'affleurement de la plaque d'ancrage assure que le renfort composite reste dans un plan de collage continu, sans accident géométrique pouvant créer des poussées au vide.
La plaque d'ancrage est fixée au béton par l'intermédiaire d'organes de connexion pouvant être de toute structure connue. Ils sont typiquement agencés de façon à s'étendre jusqu'aux zones du béton pourvues d'armatures, afin de réaliser une continuité de la reprise d'efforts entre ces zones et la surface sollicitée par le renfort composite collé.
Un mode de réalisation préféré du dispositif comprend des moyens pour maintenir une tension dans le renfort parallèlement à la direction principale. Ces moyens comprennent avantageusement un système de verrouillage de la plaque d'ancrage dans un logement formé dans un support d'ancrage fixé au béton.
Un autre aspect de la présente invention se rapporte à un procédé de renforcement d'un ouvrage en béton, comprenant les étapes suivantes :
  • former au moins un renfoncement sur une surface de l'ouvrage ;
  • coller un renfort, comportant des fibres de renforcement, sur ladite surface de l'ouvrage en orientant certaines au moins des fibres de renforcement suivant une direction principale de ladite surface de l'ouvrage, le renfort étant disposé de manière à avoir au moins une portion collée sur une surface extérieure d'une plaque d'ancrage fixée dans un renfoncement de façon telle que la surface extérieure de la plaque d'ancrage affleure ladite surface de l'ouvrage.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaítront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence au dessin annexé, dans lequel :
  • la figure 1, précédemment commentée, est une vue schématique d'une poutre en béton armé pourvue d'un renfort collé et se rompant sous l'effet d'un effort de flexion ;
  • la figure 2 est une vue de face d'un dispositif de renforcement selon l'invention ;
  • la figure 3 est une vue en coupe du dispositif, suivant le plan III-III indiqué sur la figure 2 ;
  • la figure 4 est une vue en coupe du même type que la figure 3, montrant une variante du dispositif ;
  • la figure 5 est une vue de face d'une autre variante du dispositif, dans laquelle la plaque d'ancrage porte des moyens de mise en tension du renfort ;
  • les figures 6 à 8 sont des vues, respectivement en coupe longitudinale, de face et en coupe transversale d'une autre réalisation d'un dispositif de renforcement selon l'invention, les plans de coupe VI-VI et VIII-VIII des figures 6 et 8 étant indiqués sur la figure 7 ;
  • les figures 9 et 10 sont des vues de face et en coupe transversale d'une autre forme de réalisation du dispositif, le plan de coupe X-X de la figure 10 étant indiqué sur la figure 9 ;
  • les figures 11 et 12 sont des vues en coupe longitudinale et de face d'une variante de réalisation de la plaque d'ancrage, le plan de coupe XI-XI de la figure 11 étant indiqué sur la figure 12 ; et
  • les figures 13 et 14 sont des vues en coupe longitudinale et de face d'une autre variante de réalisation du dispositif d'ancrage, le plan de coupe XIII-XIII de la figure 13 étant indiqué sur la figure 14 .
Les figures 2 et 3 illustrent l'application de l'invention à un ouvrage en béton armé dont une surface 15 est pourvue d'un renfort collé 16.
Le renfort 16 est destiné à résister à la traction suivant une direction principale A de la surface 15. Il consiste de préférence en une bande de fibres de carbone ensimées orientées parallèlement à la direction A, ou encore en un tissu de fibres de carbone dont les fils de chaíne sont orientés selon la direction A, les fibres de carbone étant imprégnées d'une résine durcissant à température ambiante. La pose du renfort 16 peut notamment s'effectuer de la manière suivante: une résine époxy, apte à polymériser à température ambiante, est enduite à l'état liquide sur la surface 15 ; la bande ou le tissu est ensuite appliqué sur la surface enduite pour que la résine imprègne les fibres et assure le collage. La bande ou le tissu peut être appliqué par un simple marouflage, ne nécessitant pas l'application d'une pression prolongée.
La résine utilisée est par exemple la résine époxy bi-composants constituée d'une part par la résine de base de marque "CECA XEP 3935/A", et d'autre part par le durcisseur de marque "CECA XEP 2919/B", ces deux composants étant fabriqués et commercialisés par la société CECA S.A., 12 place de l'Iris, La Défense 2, Cedex 54, 92062 PARIS LA DEFENSE (FRANCE).
Cette résine présente, lors de son application à l'état fluide, une viscosité à température ambiante comprise entre 1 000 et 10 000 mPa.s.
Cette résine, une fois durcie, présente :
  • une résistance au cisaillement compatible avec celle du matériau constituant l'ouvrage,
  • une résistance à la rupture en traction comprise entre 5 et 100 MPa, avec un allongement à la rupture compris entre 0,5 et 10%,
  • et une résistance à la rupture en compression comprise entre 5 et 100 MPa, avec un raccourcissement à la rupture compris entre 0,5 et 10%.
Les fibres de carbone ensimées constituant la bande ou le tissu 16 présentent une résistance à la rupture en traction qui est supérieure à 1 500 MPa, et un module élastique compris entre 200 et 400 GPa.
La bande ou le tissu de fibres de carbone 16 est prolongé au-delà de la zone de la structure devant être renforcée, afin de réaliser un ancrage de ses extrémités dans le béton de l'ouvrage. Pour réaliser un tel ancrage d'une extrémité, on installe une plaque 17 dont la surface extérieure affleure la surface de béton renforcée 15, et sur laquelle l'extrémité du renfort 16 est collée.
La longueur L (mesurée parallèlement à la direction A), de la portion du renfort 16 collée sur la plaque d'ancrage 17 est typiquement d'au moins 10 cm, afin d'assurer une bonne reprise de l'effort de cisaillement. Cette plaque 17 est avantageusement réalisée en acier avec une épaisseur d'au moins 5 mm afin de présenter une résistance adéquate au cisaillement. Les dimensions et matériaux précis de la plaque 17, ainsi que les caractéristiques des moyens utilisés pour l'ancrer dans le béton, sont des paramètres dont les valeurs sont ajustées en fonction des sollicitations pertinentes pour chaque ouvrage à renforcer et des caractéristiques du renfort composite.
Pour réaliser de tels ancrages du renfort 16, on procède comme suit.
Avant de coller le renfort 16, on forme un renfoncement 19 au niveau de l'extrémité à ancrer de ce renfort. Le fond du renfoncement 19 est traité avec un mortier de ragréage pour le rendre lisse. Puis on perce dans le béton des trous 20 destinés à recevoir les organes 18 de connexion de la plaque. Ces trous 20 s'étendent jusqu'aux fers d'armature (non représentés) du béton de l'ouvrage afin de réaliser une liaison appropriée entre ces armatures et le renfort 16. La plaque 17, préalablement préparée pour recevoir le renfort collé (sablage), est installée dans le renfoncement et ancrée à l'aide des connecteurs 18 engagés dans les trous 20. Les connecteurs 18 sont typiquement des tiges d'acier engagées dans les trous 20 où elles sont scellées chimiquement ou mécaniquement. Ils pourraient également être en un autre matériau ayant les capacités requises pour travailler en cisaillement et en traction. Ces connecteurs peuvent être actifs (précontraints) ou passifs.
Une fois mise en place et ancrée, la plaque 17 a sa surface extérieure qui affleure la surface 15 de l'ouvrage sur laquelle est collé le renfort 16. On peut alors coller le renfort 16 de la manière précédemment décrite de telle sorte que son extrémité chevauche la plaque d'ancrage 17. Selon les applications, un traitement protecteur et/ou décoratif de la surface renforcée pourra être appliqué.
Dans la variante représentée sur la figure 4, le renfort 16 est tenu entre la plaque d'ancrage 17a sur laquelle il est collé et une seconde plaque 17b. La seconde plaque 17b peut avoir une configuration semblable à celle de la plaque 17a. Elle est serrée contre le renfort 16 et la plaque d'ancrage 17a par la contrainte exercée sur les organes de connexion 18, par exemple au moyen des écrous.
Dans la variante représentée sur la figure 5, des supports 24 sont soudés sur la surface extérieure de la plaque d'ancrage 27 pour porter l'axe d'un rouleau 25 perpendiculaire à la direction A. Le rouleau 25, qui peut être amovible ou non, sert à mettre en tension la bande de tissu de renforcement 16 au moment de son collage. Par exemple, la bande de tissu peut être enroulée sur le rouleau 25 et mise en tension par l'actionnement de celui-ci. On peut également exercer la traction sur la bande 16 au-delà des rouleaux 25 qui servent alors de renvoi pour guider la bande le long de la surface de l'ouvrage à renforcer et orienter la traction parallèlement à cette surface.
L'invention a été décrite en référence aux figures 2 à 5 dans le cas de l'ancrage de l'extrémité d'un renfort collé. De façon semblable, toute portion du renfort pourrait être ancrée en recouvrant une plaque d'ancrage convenablement fixée à la structure à l'aide de connecteurs. De façon générale, le procédé de renforcement selon l'invention a l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre avec des configurations très diverses de la surface renforcée.
Dans les réalisations représentées sur les figures 6 à 14, la plaque d'ancrage sur laquelle est collée l'extrémité du renfort composite 16 n'est pas ancrée directement dans le béton. Un support d'ancrage 30, 40, 60 (non représenté pour l'exemple des figures 11 et 12) est fixé dans chaque renfoncement, préalablement formé dans le béton de l'ouvrage, par exemple au moyen d'organes de connexion 18 semblables à ceux précédemment décrits. Ce support d'ancrage 30, 40, 60 est pourvu d'un logement 31, 41, 61 ouvert vers l'extérieur de l'ouvrage et apte à recevoir la plaque d'ancrage 32, 42, 62.
En service, un système de verrouillage bloque la plaque d'ancrage 32, 42, 52, 62 dans son logement 31, 41, 61, de façon à maintenir un effort de précontrainte suivant la direction principale A dans le renfort composite 16.
Dans la réalisation représentée sur les figures 6 à 8, le support 30 et la plaque d'ancrage 32 sont pourvus d'orifices 33, 34 débouchant sur la face extérieure de l'ouvrage, destinés à recevoir un système de mise en tension de la bande 16. Le système de mise en tension peut comprendre un ou plusieurs vérins télescopiques ayant une extrémité reliée aux orifices 33 et une extrémité opposée reliée à l'orifice 34. L'actionnement de ces vérins permet de mettre en tension la bande 16, dont l'extrémité a été préalablement fixée par collage sur la plaque d'ancrage 32, en faisant coulisser la plaque 32 dans le logement 31. Une cale 35 est alors engagée dans le logement 31 afin d'y bloquer la plaque d'ancrage 32 pendant et après le durcissement de la colle dont la surface de béton a été enduite.
Dans l'exemple représenté, les bords latéraux du logement 31 comprennent deux rainures longitudinales respectives 36A, 36B formées dans l'épaisseur du support d'ancrage 30, l'une 36A recevant un rebord complémentaire 37A prévu sur un bord latéral de la plaque d'ancrage 32, et l'autre 36B recevant un rebord complémentaire 37B prévu sur le bord latéral opposé de la cale 35. La plaque 32 et la cale 35 sont en contact mutuel suivant une surface 38 parallèle à la direction A, et inclinée par rapport à la surface de l'ouvrage, afin que la cale 35 empêche la plaque 32 de sortir de son logement 31. D'autre part, la cale 35 prend appui sur le support 30 suivant une rampe 39 formant un angle avec la direction A, de telle sorte que lorsque le système de mise en tension est activé, il suffit de pousser la cale 35 dans le logement 31 en direction de la bande de tissu 16 pour bloquer la plaque 32 dans le logement 31, ce qui maintient l'effort de précontrainte dans la bande 16 pendant et après le durcissement de la colle.
Les figures 9 et 10 montrent une variante de réalisation dans laquelle les bords latéraux de la plaque d'ancrage 42 sont pourvus de rebords respectifs 47 engagés dans des rainures complémentaires 46 formées dans les bords latéraux du logement 41. Les rainures 46 sont interrompues dans un partie avant 43 du logement 41, sur une longueur au moins égale à celle de la plaque 42. Dans cette partie avant 43, le logement 41 est plus large que la plaque d'ancrage 42, afin de permettre son introduction. La plaque 42 peut ensuite coulisser vers l'arrière lors de la mise en tension du renfort composite, en étant guidée et maintenue en place par les rainures 46. Cette mise en tension peut être effectuée au moyen de deux cales à effet de coin 44, 45 interposées dans la partie avant 43 du logement 41, prenant appui l'une sur l'autre selon une surface oblique, la cale 44 étant appliquée contre le bord avant de la plaque 42, et la cale 45 étant appliquée contre le bord avant du logement 41. En poussant l'une vers l'autre les cales 44, 45, comme indiqué par les flèches P sur la figure 9, on réalise la mise en tension du renfort composite préalablement collé sur la plaque d'ancrage 42.
Dans la réalisation représentée sur les figures 11 et 12, la plaque d'ancrage 52 présente une fente 53 perpendiculaire à la direction A, et de longueur légèrement supérieure à la largeur de la bande de tissu 16. La bande 16 est engagée dans la fente 53, et enroulée autour de la portion 54 de la plaque 52 située en avant de la fente 53, avant d'être collée sur cette portion 54. On augmente ainsi la robustesse de la fixation du renfort 16 sur la plaque d'ancrage 52. Une fois que cette fixation est réalisée, on peut installer la plaque 52 sur un support d'ancrage préalablement scellé dans la surface de béton à renforcer. Ce support d'ancrage peut par exemple être du même genre que ceux décrits précédemment en référence aux figures 6 à 10.
Dans la réalisation selon les figures 13 et 14, la plaque d'ancrage 62 présente également une fente 63 perpendiculaire à la direction A. Les références 62A et 62B désignent respectivement les portions de la plaque 62 situées en avant et en arrière de la fente 63. Dans cette réalisation, la bande de tissu 16 est enroulée en S autour des deux portions 62A, 62B de la plaque d'ancrage 62, comme montré sur la figure 13. L'extrémité de la bande 16 est appliquée sur la face extérieure de la portion arrière 62B, et à partir de là, la bande 16 contourne le bord arrière de la plaque 62, longe la face intérieure de la portion 62B, traverse la fente 63, longe la face extérieure de la portion 62A, contourne le bord avant de la plaque 62, longe la face intérieure des portions 62A et 62B, retourne autour du bord arrière de la plaque 62, puis longe à nouveau la face extérieure des portions 62B et 62A avant de venir au contact de la face de béton à renforcer.
Cet enroulement en S assure une fixation ferme de la bande 16 sur la plaque d'ancrage 62, de telle sorte que le collage de la bande 16 sur la plaque d'ancrage 62 peut être effectué en même temps que le collage de cette bande sur la face de béton. D'autre part, la mise en tension de la bande de tissu 16 peut être effectuée en appliquant le bord avant de la plaque 62 contre le bord avant du logement 61 formé dans le support d'ancrage 60, et en rabattant le bord arrière de la plaque 62 comme indiqué en traits mixtes sur la figure 13. Après cette mise en tension, la plaque 62 est immobilisée dans son logement 61, par exemple par vissage sur le support 60 à travers des orifices 64 prévus de part et d'autre de la bande 16 dans la plaque d'ancrage 62. Comme le montre la figure 14, pour ne pas endommager le tissu 16, le bord avant de la plaque d'ancrage 62 ne prend appui contre le bord avant du logement 61 que de part et d'autre de la largeur de la bande 16.

Claims (21)

  1. Dispositif de renforcement d'un ouvrage en béton, comprenant un renfort (16) collé sur le béton de l'ouvrage et des moyens d'ancrage d'au moins une portion du renfort sur l'ouvrage, dans lequel le renfort comporte des fibres de renforcement s'étendant suivant au moins une direction principale (A), caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent au moins une plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) fixée au béton de l'ouvrage dans une position telle qu'une surface extérieure de la plaque d'ancrage affleure une surface (15) de l'ouvrage recevant le renfort, et en ce que ladite portion du renfort est collée sur la surface extérieure de la plaque d'ancrage.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le renfort (16) recouvre la surface extérieure de la plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) sur une longueur (L) d'au moins 10 cm mesurée parallèlement à la direction principale (A).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) présente une résistance au cisaillement supérieure à 1,5 MPa.
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) est en acier et d'épaisseur au moins égale à 5 mm.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface extérieure de la plaque d'ancrage (27) présente des moyens (24) de support d'un système (25) de mise en tension du renfort (16) suivant la direction principale (A).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le renfort est tenu entre la plaque d'ancrage (17a) et une seconde plaque (17b), lesdites plaques étant fixées au béton au moyen d'organes de connexion communs (18).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens pour maintenir une tension dans le renfort parallèlement à la direction principale (A).
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens pour maintenir une tension dans le renfort parallèlement à la direction principale (A) comprennent un système de verrouillage de la plaque d'ancrage (32 ; 42 ; 52 ; 62) dans un logement (31 ; 41 ; 51 ; 61) formé dans un support d'ancrage fixé au béton.
  9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le système de verrouillage comprend au moins un organe à effet de coin (35 ; 44, 45) disposé entre le support d'ancrage et la plaque d'ancrage pour résister à la tension exercée dans le renfort (16).
  10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la plaque d'ancrage (52, 62) présente une fente (53, 63) sensiblement perpendiculaire à la direction principale (A), et dans lequel le renfort (16) est en forme de bande ayant une portion d'extrémité enroulée autour de la plaque d'ancrage en traversant ladite fente.
  11. Procédé de renforcement d'un ouvrage en béton, comprenant les étapes suivantes :
    former au moins un renfoncement (19) sur une surface (15) de l'ouvrage ;
    coller un renfort (16), comportant des fibres de renforcement, sur ladite surface de l'ouvrage (15) en orientant certaines au moins des fibres de renforcement suivant une direction principale (A) de ladite surface de l'ouvrage, le renfort étant disposé de manière à avoir au moins une portion collée sur une surface extérieure d'une plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) fixée dans un renfoncement de façon telle que la surface extérieure de la plaque d'ancrage affleure ladite surface de l'ouvrage.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel une plaque d'ancrage (17;17a;27) est fixée dans chaque renfoncement au moyen d'organes de connexion (18) avant de coller le renfort.
  13. Procédé selon la revendications 12, dans lequel on place le renfort entre la plaque d'ancrage (17a) et une seconde plaque (17b) fixée au moyen des organes de connexion (18).
  14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on exerce une contrainte sur les organes de connexion (18) afin de serrer la seconde plaque (17b) contre le renfort (16) et la plaque d'ancrage (17a).
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel on dispose le renfort (16) de manière qu'il recouvre la surface extérieure de la plaque d'ancrage (17 ; 17a ; 27 ; 32 ; 42 ; 52 ; 62) sur une longueur (L) d'au moins 10 cm mesurée parallèlement à la direction principale (A).
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, dans lequel on dispose le renfort (16) de manière qu'il s'interrompe, parallèlement à la direction principale (A), sur la surface extérieure de la plaque d'ancrage (17; 17a; 27; 32; 42; 52; 62).
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans lequel on met le renfort en tension au moment du collage du renfort (16) sur ladite surface de l'ouvrage (15).
  18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la mise en tension est effectuée au moyen d'un système (25) installé sur la plaque d'ancrage.
  19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, dans lequel on fixe un support d'ancrage dans le renfoncement formé sur ladite surface (15) de l'ouvrage, et on bloque la plaque d'ancrage dans un logement formé dans ledit support d'ancrage pour maintenir la tension exercée au moment du collage du renfort sur ladite surface de l'ouvrage.
  20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel on colle le renfort (16) sur ladite surface de l'ouvrage (15) après avoir collé ladite portion sur la plaque d'ancrage (32 ; 42 ; 52), la tension du renfort étant appliquée par traction sur la plaque d'ancrage.
  21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel on colle le renfort (16) sur ladite surface de l'ouvrage (15) en même temps que ladite portion sur la plaque d'ancrage (62).
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