EP1045089B1 - Structure de maçonnerie et procédé de renforcement associé - Google Patents

Structure de maçonnerie et procédé de renforcement associé Download PDF

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EP1045089B1
EP1045089B1 EP00401040A EP00401040A EP1045089B1 EP 1045089 B1 EP1045089 B1 EP 1045089B1 EP 00401040 A EP00401040 A EP 00401040A EP 00401040 A EP00401040 A EP 00401040A EP 1045089 B1 EP1045089 B1 EP 1045089B1
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EP
European Patent Office
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masonry structure
reinforcing element
arch
vault
masonry
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00401040A
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German (de)
English (en)
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EP1045089A1 (fr
Inventor
Marc-Henry Menard
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.)
M Lefevre SA
Original Assignee
M Lefevre SA
M Lefevre SA
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Filing date
Publication date
Application filed by M Lefevre SA, M Lefevre SA filed Critical M Lefevre SA
Publication of EP1045089A1 publication Critical patent/EP1045089A1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G23/0233—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements of vaulted or arched building elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the present invention relates to the field of reinforcement of masonry structures comprising at least one arc extending between two support points, for example example a vault element or a cross member, comprising a plurality of mutually compressive parts.
  • the restoration of a vault or a carrier arch in the event of cracking, degradation, deformation may be carried out, either by slurry of lime, the success of this process being random, by replacing the degraded or broken elements requiring scaffolding, even a reconstruction of the structure.
  • the present invention aims to remedy disadvantages of known methods.
  • the present invention aims to propose a method of reinforcement of masonry structure for easy and fast implementation and inexpensive, while respecting the elements that should not be modified by reinforcement.
  • the reinforcement method according to the invention is intended for a masonry structure comprising at least one arc extending between at least two support points distinct and comprising a plurality of mutually compression, each piece is now by friction on the parts adjacent.
  • the element is secured with a vault of the masonry structure.
  • vault means a portion of a vault bounded by ridges or ribs occupying the place of ridges.
  • the structure of masonry comprising at least one arc formed of juxtaposed clavels, the element is secured to said arc.
  • a vault of the Masonry structure can be caught between the bow and the element.
  • the claveaux are supported by the element.
  • the constraints of compression are distributed at least between the claveaux and the element. They can be divided between the claveaux, the vault of the masonry structure and element.
  • the constraints compression are distributed between a roof of the structure of masonry and the element.
  • the masonry structure and the reinforcing element by means of needles sealed in drilled holes in the masonry structure and protruding into the working element.
  • the masonry structure comprising at least one arc according to the invention extends between two ful points and includes a plurality of pieces mutually compression. Each piece is held by friction on the parts adjacent.
  • the structure comprises a reinforcement element made in materials with coefficients of expansion and elasticity close to those of the material constituting the masonry structure.
  • the element of reinforcement is disposed on an upper surface of said structure of masonry to the right of the arc and is secured to said masonry structure.
  • Reinforcement is achieved by increasing the section working of the structure.
  • the working element has a section variable adapted to the said efforts and thus allowing a reduction of amount of material used for the realization of the working element and therefore a reduction of the cost.
  • This increase of the section working environment makes it possible to reduce the constraints on the existing elements. It can even be expected that the working element will take up all the efforts and supports the parts of the masonry structure. We will be able to then provide a separation member between the working element and the existing structure, for example a sheet of felt, polyane or any other compatible material with sufficient resilience.
  • the working element can be of width equal to that arc of the masonry structure or of a width greater than that of the bow, in order to increase its transverse rigidity.
  • the working element may be provided on part of the surface of the existing structure, for example on some arches of a vault, on portions of arch of a vault, in console between a vault and a wall, etc.
  • a plurality of rods reinforcement are embedded in the reinforcing element.
  • the element of reinforcement is completed by a beam element, the element of reinforcement and the beam element being integral.
  • the reinforcing element is under the form of at least one flat beam secured to at least a portion of the said masonry structure, by means of tie rods.
  • At least a part of the said masonry structure is provided with tie rods capable of distributing at least part of the load towards points of support, each pulling being secured with the said part of the masonry structure and with a fulcrum.
  • a tie rod is sealed in a fulcrum provided with means of distribution of the efforts of traction exerted by the said pulling.
  • the means of distribution of a point of support may be formed by at least one reinforcing bar substantially perpendicular to the tie secured to said fulcrum.
  • part of the so-called masonry structure, subjected to transverse tensile forces is reinforced by crossed frames to form a traction zone homogeneous, which may include a bow part, a pillar part and a part of the intermediate block between intrados and extrados.
  • the working element a material presenting a Young's modulus more or less close to that of the existing structure according to the load transfer that we wish between the existing structure and the reinforcement.
  • the needles to secure the parts of the structure existing masonry and the working element are made from materials with good mechanical properties and little sensitivity to corrosion, for example fiberglass, carbon, aramid fibers. These needles are sealed in the existing structure by means of a synthetic resin, for example epoxy, filled or not with sand.
  • the invention is perfectly adapted to reinforcement vaults with semicircular arches, horseshoe or not, with broken arches, basket-shaped arches, creeping arches or multilobed arches, resting on walls or pillars, and reinforcement of a masonry structure right of the kind crosses or lintel made in several pieces working in compression.
  • FIG 1 there is shown the principle of a cross vault of warheads comprising two mutually perpendicular arches 1 and 2 and crossing in their centers.
  • the vault is limited on its edges 3 to 6, either by walls, either by double arches or arches.
  • the invention applies to all types of masonry structure resting on two points of support and working in compression, by example a vault according to Figure 1 or 2, or other types of vaults, vault of sexpartite warheads, flat vaults, or straight structure working in compression, regardless of the material in which the structure, bricks, different types of stones, granite, sandstone, limestone, etc.
  • FIG 3 we see a portion of stone vault 10 supported by a side 11 surmounted by a side wall 12.
  • the portion of vault 10 comprises an arc 13 formed of a succession of clavels 14 juxtaposed and whose separation planes pass through the axis of the vault 10.
  • Each keyway 14 is placed in compression between the neighboring clavels and neighboring knuckles and the load of the vault. 14 are usually provided with mortar joints ensuring maximum friction between the different bells 14.
  • the vault 10 also includes a vaulted portion bounded by arches and 15.
  • the vault 15 is of reduced thickness compared to the arc 13 on which it rests.
  • the intrados 16 of the vault 10 is visible to the public, whereas the upper surface is not, being covered with a floor or a roof.
  • a working element 18, made of synthetic mortar, is cast on the extrados 17 of the vault 10 to the right of the bow 13.
  • the working element 18 is firmly attached to with each key 14 by means of needles 19, for example resin epoxy filled with glass fibers.
  • each keyway 14 is hollowed out less a blind hole in which we just have a needle 19 that we sealed by means of a synthetic resin composition, for example epoxide.
  • a part of the needle 19 is left protruding from the 14.
  • the depth of the blind hole and therefore the length of sealing of the needle 19 are determined according to the load at supported by said needle 19. In case of very heavy load, it can provide several needles 19 per key 14.
  • the section of the working element 18 is calculated according to the constraints of compression to be supported.
  • the working element 18 can be at variable section to adapt to the variations of the constraints.
  • the element working 18 reduces the constraints to be supported by the existing elements.
  • the compression constraints between the working element 18 and the arc 13 as can be seen in FIG. synthetic mortar for forming the working element 18 is then directly cast on the claveaux 14 to promote good adhesion between these two elements.
  • Reinforcement frames 27 can be embedded in the working element 18 to increase its characteristics mechanical.
  • the frames 27 may be made of material synthetic material, of the epoxy resin type reinforced with glass fibers or carbon.
  • the working element 18 In other cases, for example if the vault is strongly degraded, the working element 18 must take up all the constraints of compression and support each keystone 14 of the bow 13. a separator 20 between the extrados 17 and the working element 18 to avoid that the bow 13 does not support efforts.
  • the separator 20 can present itself in the form of a membrane, for example of felt or polyane.
  • the separator 20 is arranged between the working element 18 and each keel 14 of the arc 13. has on the upper surface 17 of the roof 15 and on the outer surface of the element working 18 a glass fabric or laminate forming a veil of reinforcement 21 and which extends over part or all of the vault 15 in view of his participation in the resumption of compression constraints.
  • the reinforcement veil 21 can be made by a succession of layers of canvas fiberglass and resin, possibly including panels honeycomb sandwich.
  • stiffeners 22 arranged between a part of the reinforcing veil 21 to the right of the roof 15 and another part of the reinforcement veil 21 in contact with the working element 18.
  • the stiffeners 22 may be arranged at regular intervals, for example on the cob with a predetermined angle with respect to the working element 18 and can be made of any inert material capable of withstanding tensile stresses, for example aramid fibers.
  • FIG. 6 The variant illustrated in FIG. 6 is to be compared with FIG. 3.
  • a separator 20 is placed between the upper surface 17 of the arc 13 and the element working 18.
  • Reinforcement frames 27 are arranged in the working element 18.
  • the frames 27 are in the form of straight bars rigid, substantially cylindrical in diameter of the order of 10 to 30 mm.
  • We have several frames 27 so as to follow the general shape of the working element 18 while maintaining the said reinforcement 27 drowned in the working element 18 and intersecting in the cutting plane while being shifted in depth.
  • FIGS 7 and 8 illustrate a particular embodiment of the invention.
  • An arch 28 covering a square-shaped piece is supported at its center by a pillar 29 and on its outer edges by walls 30.
  • the upper surface 31 of the vault 28 is formed by the floor of the floor superior.
  • the intrados 32 is formed by arches and vaults.
  • a blockage 33 Enter the upper surface 31 and the lower surface 32, or more precisely between the floor of the floor superior and the arches and vaults, a blockage 33, often heterogeneous, is disposed and used to fill the space and to load the vault 28. In this type of structure, there is often a deformation of the intrados 32 and a settlement of the pillar 29.
  • a working element 34 in the form of one or more beams is arranged in one or more recesses dug in the upper surface 31 and extends into the walls 30. Needles, no represented, can be arranged to secure the working element 34 and / or the arches or vaults of the underside 32.
  • Tie rods 35 are attached to an upper end in the working member 34 and at one end in the pillar 29, for example at a height between the intrados 32 and the extrados 31.
  • the tie rods 35 are distributed over all or part the length of the working element 34.
  • the tie rods 35 are formed in the same material as the needles and sealed in the same way.
  • the portion 29a of the pillar 29 in which the ends are fixed lower tie rods 35 is subject to important constraints of traction in a horizontal plane.
  • many tie rods 35 are fixed by sealing in the portion 29a.
  • an armed complex 36 (FIG. 11) is formed in said portion 29a and in his neighborhood.
  • the armed complex 36 comprises a plurality of rods 39 crosses comprising glass, carbon or other fibers and possessing mechanical characteristics adapted to traction.
  • the rods 39 are arranged in substantially horizontal holes drilled from the intrados 32 at the portion 29a.
  • the rods 39 are sealed from the same as the needles, in the portion 29a, blocking 33 and arches or vaults of the intrados 32.
  • the armed complex 36 forms an area suitable for withstand transverse tensile forces and receive anchorage from the lower end of the tie rods 35.
  • Tie-rods 37 or tablecloths tie rods, are attached to an upper end in the walls 30 and to a bottom end in pillar 29 at the armed complex. holes are drilled in the walls 30.
  • the upper end of the tie rods 37 is sealed on almost the entire wall thickness. are in a material similar to that of the needles and can reach sections of several square centimeters to recover efforts important. The sealing is done in the same way as for the needles. Prestressing may be applied to tie rods 37.
  • a wall 30 is a heterogeneous set of stones or bricks of varied dimensions and mortar. Its resistance to traction forces exerted by a tie 37 is difficult to model and, a priori, weak. To avoid the tearing of stones or bricks of said walls 30, one plans to reinforce it in the following way, prior to the laying of tie rods 37.
  • One or more horizontal holes are drilled in the direction of the length of a wall 30 substantially perpendicular to future tie rods 37.
  • Stems 38 of the same type as tie rods 37 are of suitable dimensions. Prestressing can be applied to them.
  • the zone in which the rods 38 are arranged has a cohesion high.
  • the forces exerted by the tie rods 37 can be distributed in the said area without risk of tearing stones or bricks. Thanks to the stems 38, one forms a kind of horizontal beam inserted into each wall 30 and constituting an effort splitter.
  • the zone in which the rods 38 are arranged is, of all ways, stabilized by the mass of the parts of walls 30 located at a level superior and exerting a compressive stress. To favor still the distribution of efforts, we can increase the number of ties 37 by decreasing their unit section and arranging them as a fan from the armed complex 36.
  • one has a method of reinforcement and a structure of masonry extending between two points of support and comprising a reinforcing element made with materials of expansion coefficients and elasticity close to those of the material constituting the structure of masonry, solidarisé with the said structure of masonry, at least a part of the said masonry structure being provided with suitable tie rods to distribute at least part of the load to support points, each pulling being secured to the said part of the masonry structure and with a fulcrum. It can thus reduce the compression load exercising on a fulcrum and postponing it on others.
  • a tie rod may be sealed in a fulcrum provided splitters of the tensile forces exerted by the said pulling.
  • a masonry structure is obtained considerably strengthened in so far as its stiffness is proportional to the cube of the height of its working section.
  • the invention is perfectly adapted to any structure whose bottom surface must be protected, both during the work of the reinforcement only at the end of these.

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Description

La présente invention concerne le domaine du renforcement de structures en maçonnerie comprenant au moins un arc s'étendant entre deux points d'appui, par exemple un élément de voûte ou un élément de traverse, comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression.
Au cours du temps, de telles structures sont susceptibles de se dégrader pour diverses raisons, infiltration d'eau provoquant une dégradation des pierres ou des briques constituant la structure, tassement du sol provoquant un mouvement des fondations du bâtiment et de ses superstructures, modification du bâtiment postérieurement à sa construction, etc.
L'article « calcul, désordres, réparation et modernisation des ponts en maçonnerie » de Messieurs Delbecq, Michotey et Simonet, publié dans la revue Travaux No. 561 de décembre 1981, décrit les dégradations et différents modes de réparation des ponts en maçonnerie. Dans le cas de désordres de l'intrados de la voûte, il est prévu de réaliser une contrevoûte en béton projeté après nettoyage et rejointement de l'intrados. La contrevoûte est ancrée dans les parties saines par des épingles en acier et armée par un treillis soudé fixé sur ces épingles. Dans le cas d'un bombement de la partie supérieure de la voûte, on peut procéder au démontage et au remontage du tympan. Dans le cas de fissures transversales de la voûte, il convient tout d'abord de conforter les fondations puis, si l'état de la voûte n'est pas très critique, on peut être tenté de restaurer le monolithisme de la maçonnerie par des injections. Il ne faut cependant pas oublier qu'une voûte en maçonnerie s'adapte très bien : ce remède ne paraít donc pas toujours utile ; bien plus, il risque de modifier le schéma mécanique de la voûte en la rendant plus rigide. En outre, on ne sait pas très bien ce que l'on fait en injectant une fissure : où passeront les efforts ensuite ? Si une solution de ce type est adoptée, on devra en outre recomprimer la voûte (démontage et clavage de la pierre de clé, vérinage à la clé). En tout état de cause, dans le cas d'une insuffisance de la voûte, cette solution est inefficace : il faut augmenter « les coefficients de rupture » de la voûte en lui redonnant de l'épaisseur, après avoir éventuellement injecté les fissures pour les bloquer. Un épaississement part au-dessus est réalisé après décaissement du remblai avec création d'une voûte en béton épinglée à la voûte maçonnerie. L'épaississement par en dessous est réalisé avec une contrevoûte en béton projeté ou avec des poutrelles métalliques cintrées qui sont ensuite noyées dans un béton projeté ou coulé à l'avancement.
De façon connue, la restauration d'une voûte ou d'un arc porteur de voûte en cas de fissuration, dégradation, déformation, peut être réalisée, soit par coulis de chaux, la réussite de ce procédé étant aléatoire, soit par remplacement des éléments dégradés ou cassés nécessitant des échafaudages, voire une reconstruction de l'ouvrage. Ces procédés imposent de lourdes servitudes d'exploitation et de mise en oeuvre, notamment de délai, d'immobilisation du bâtiment ou de l'ouvrage d'art, de coût, et ne permettent pas de renforcer des ouvrages trop sollicités ou dégradés, en toute fiabilité et en toute sécurité, pour un coût raisonnable.
De plus, dans le cas de voûtes dont l'intrados supporte des éléments de grand intérêt historique ou artistique tels que des fresques, des peintures ou des sculptures, ces procédés ne permettent pas de les préserver intégralement.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des procédés connus.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de renforcement de structure en maçonnerie de mise en oeuvre facile, rapide et peu onéreuse, tout en respectant les éléments ne devant pas être modifiés par le renforcement.
Le procédé de renforcement, selon l'invention, est destiné à une structure de maçonnerie comprenant au moins un arc s'étendant entre au moins deux points d'appui distincts et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes. On ajoute sur la surface supérieure de la structure de maçonnerie au droit de l'arc un élément réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et de coefficients d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie, et solidarisé avec ladite structure de maçonnerie. On évite ainsi toute intervention sur la surface inférieure de la structure qui est généralement celle présentant un intérêt historique ou esthétique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément est solidarisé avec un voûtain de la structure de maçonnerie. On appelle "voûtain" une portion de voûte délimitée par des arêtes ou par des nervures occupant la place d'arêtes.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la structure de maçonnerie comprenant au moins un arc formé de claveaux juxtaposés, l'élément est solidarisé avec ledit arc. Un voûtain de la structure de maçonnerie peut être pris entre l'arc et l'élément.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les claveaux sont supportés par l'élément.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les contraintes de compression sont réparties au moins entre les claveaux et l'élément. Elles peuvent être réparties entre les claveaux, le voûtain de la structure de maçonnerie et l'élément.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les contraintes de compression sont réparties entre un voûtain de la structure de maçonnerie et l'élément.
Avantageusement, on solidarise la structure de maçonnerie et l'élément de renforcement au moyen d'aiguilles scellées dans des trous forés dans la structure de maçonnerie et en saillie dans l'élément travaillant.
La structure de maçonnerie comprenant au moins un arc, selon l'invention, s'étend entre deux points d'appui et comprend une pluralité de pièces mutuellement en compression. Chaque pièce se maintient par frottement sur les pièces adjacentes. La structure comprend un élément de renforcement réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie. L'élément de renforcement est disposé sur une surface supérieure de ladite structure de maçonnerie au droit de l'arc et est solidarisé avec ladite structure de maçonnerie.
On obtient ainsi une structure de maçonnerie renforcée sans intervention sur sa surface inférieure et dont le renforcement est invisible du côté de cette surface inférieure.
Le renforcement est réalisé par augmentation de la section travaillante de la structure. En fonction des efforts devant être repris par l'élément travaillant et des déformations de la structure de maçonnerie d'origine, on peut prévoir que l'élément travaillant présente une section variable adaptée aux dits efforts et permettant ainsi une réduction de la quantité de matière utilisée pour la réalisation de l'élément travaillant et par conséquent une réduction du coût. Cette augmentation de la section travaillante permet de réduire les contraintes sur les éléments existants. On peut même prévoir que l'élément travaillant reprenne l'ensemble des efforts et supporte les pièces de la structure de maçonnerie. On pourra alors prévoir un organe de séparation entre l'élément travaillant et la structure existante, par exemple une feuille de feutre, de polyane ou de tout autre matériau compatible présentant une résilience suffisante.
Si l'on souhaite accroítre la cohésion entre l'élément travaillant et la structure existante, on peut prévoir un voile de renfort s'étendant de part et d'autre de l'élément travaillant, par exemple sur une certaine largeur d'une voûte plane ou d'un voûtain afin, là encore, d'augmenter l'inertie de la voûte. L'élément travaillant peut être de largeur égale à celle d'un arc de la structure de maçonnerie ou de largeur supérieure à celle de l'arc, afin d'augmenter sa rigidité transversale.
Selon les efforts à reprendre et la déformation de la structure existante, l'élément travaillant peut être prévu sur une partie de la surface de la structure existante, par exemple sur certains arcs d'une voûte, sur des portions d'arc d'une voûte, en console entre une voûte et un mur, etc.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une pluralité de tiges d'armature sont noyées dans l'élément de renforcement.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de renforcement est complété par un élément de poutre, l'élément de renforcement et l'élément de poutre étant solidaires.
Avantageusement, l'élément de renforcement se présente sous la forme d'au moins une poutre plane solidarisée avec au moins une partie de la dite structure de maçonnerie, au moyen de tirants.
Avantageusement, au moins une partie de la dite structure de maçonnerie est pourvue de tirants aptes à répartir au moins une partie de la charge vers des points d'appui, chaque tirant étant solidarisé avec la dite partie de la structure de maçonnerie et avec un point d'appui.
Dans un mode de réalisation de l'invention, un tirant est scellé dans un point d'appui pourvu de moyens de répartition des efforts de traction exercés par le dit tirant. Les moyens de répartition d'un point d'appui peuvent être formés par au moins une barre de renforcement sensiblement perpendiculaire au tirant solidarisé avec le dit point d'appui.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une partie de la dite structure de maçonnerie, soumise à des efforts de traction transversaux est renforcée par des armatures croisées pour former une zone de traction homogène, pouvant inclure une partie d'arc, une partie de pilier et une partie du blocage intermédiaire entre intrados et extrados.
On choisira pour réaliser l'élément travaillant, un matériau présentant un module d'Young plus ou moins proche de celui de la structure existante en fonction du transfert de charge que l'on souhaitera réaliser entre la structure existante et le renfort. On peut réaliser l'élément travaillant en mortier à base de résine synthétique, par exemple de résine époxyde, chargée ou non, de quartz, de fibres de verre, de fibres de carbone. Ce mortier doit pouvoir être mis en oeuvre sous la pression atmosphérique et avoir une prise sans retrait.
Les aiguilles permettant de solidariser les pièces de la structure de maçonnerie existantes et l'élément travaillant sont réalisées à base de matériaux présentant de bonnes qualités mécaniques et peu sensibles à la corrosion, par exemple des fibres de verre, de carbone, des fibres aramide. Ces aiguilles sont scellées dans la structure existante au moyen d'une résine synthétique, par exemple époxyde, chargée ou non de sable.
L'invention est parfaitement adaptée au renforcement de voûtes à arcs en plein cintre, outrepassés ou non, à arcs brisés, à arcs en anse de panier, à arcs rampants ou encore multilobés, reposant sur des murs ou des piliers, et au renforcement d'une structure de maçonnerie droite du genre traverse ou linteau réalisée en plusieurs pièces travaillant en compression.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique d'une voûte à croisée d'ogives;
  • la figure 2 est une vue schématique d'un voûte à croisée d'ogives et arcs secondaires;
  • la figure 3 est une vue partielle en coupe d'une voûte à croisée d'ogives selon III-III de la figure 1 renforcée selon un premier mode de réalisation de l'invention;
  • la figure 4 est une vue partielle en coupe d'une voûte à croisée d'ogives selon IV-IV de la figure 1 renforcée selon l'invention;
  • la figure 5 est une vue partielle en coupe selon V-V de la figure 3;
  • la figure 6 est une variante de la figure 3;
  • la figure 7 est une vue schématique en coupe d'une voûte renforcée selon un cinquième mode de réalisation de l'invention; et
  • la figure 8 est une vue schématique de dessus de la voûte de la figure 7.
    • Sur la figure 1, on a représenté le principe d'une voûte à croisée d'ogives comprenant deux arcs 1 et 2 mutuellement perpendiculaires et se croisant en leurs centres. La voûte est limitée sur ses bords 3 à 6, soit par des murs, soit par des arcs doubleaux ou des arcs formerets.
    Sur la figure 2, on voit que l'on a ajouté des arcs secondaires 7 coopérant avec des liernes 8 et 9.
    L'invention s'applique à tous types de structure en maçonnerie reposant sur deux points d'appui et travaillant en compression, par exemple une voûte selon la figure 1 ou 2, ou d'autres types de voûtes, voûte d'ogives sexpartite, voûte plane, ou encore structure droite travaillant en compression, quel que soit le matériau dans lequel est réalisée la structure, briques, différents types de pierres, granit, grès, calcaire, etc.
    Sur la figure 3, on voit une portion de voûte en pierre 10 supportée par un piédroit 11 surmonté d'un mur bahut 12. La portion de voûte 10 comprend un arc 13 formé d'une succession de claveaux 14 juxtaposés et dont les plans de séparation passent par l'axe de la voûte 10. Chaque claveau 14 est mis en compression entre les claveaux voisins et par lesdits claveaux voisins ainsi que par la charge de la voûte 10. Les claveaux 14 sont généralement pourvus de joints en mortier assurant un frottement maximal entre les différents claveaux 14. La voûte 10 comprend également une portion de voûte délimitée par des arcs et appelée voûtain 15. Le voûtain 15 est d'épaisseur réduite par rapport à l'arc 13 sur lequel il repose.
    Dans la plupart des monuments et des constructions, l'intrados 16 de la voûte 10 est visible par le public, tandis que l'extrados 17 ne l'est pas, étant recouvert d'un plancher ou d'une toiture. Un élément travaillant 18, réalisé en mortier synthétique, est coulé sur l'extrados 17 de la voûte 10 au droit de l'arc 13. L'élément travaillant 18 est solidarisé fermement avec chaque claveau 14 au moyen d'aiguilles 19, par exemple en résine époxyde chargée de fibres de verre.
    La pose de l'élément travaillant 18 et des aiguilles 19 s'effectue de la façon suivante. On commence par dégager l'extrados 17 au droit de l'arc 13 de tout élément gênant tel qu'un enduit fissuré ou des déchets divers. A partir de l'extrados 17, on creuse dans chaque claveau 14 au moins un trou borgne dans lequel on vient disposer une aiguille 19 que l'on scelle au moyen d'une composition de résine synthétique, par exemple époxyde.
    On laisse une partie de l'aiguille 19 en saillie par rapport au claveau 14. La profondeur du trou borgne et par conséquent la longueur de scellement de l'aiguille 19 sont déterminées en fonction de la charge à supporter par ladite aiguille 19. En cas de charge très importante, on peut prévoir plusieurs aiguilles 19 par claveau 14.
    Ensuite, on vient recouvrir l'extrados 17 au droit de l'arc 13 d'un mortier synthétique pour former l'élément travaillant 18. Les extrémités des aiguilles 19 en saillie par rapport à l'extrados 17 sont noyées dans le mortier synthétique formant l'élément travaillant 18. La section de l'élément travaillant 18 est calculée en fonction des contraintes de compression devant être supportées. L'élément travaillant 18 peut être à section variable afin de s'adapter aux variations des contraintes.
    Ainsi, quel que soit le type de voûte à renforcer, l'élément travaillant 18 permet de diminuer les contraintes devant être supportées par les éléments existants. Selon le type et l'état de dégradation de la voûte, on peut choisir de partager les contraintes de compression entre l'élément travaillant 18 et l'arc 13 comme on peut le voir sur la figure 3. Le mortier synthétique destiné à former l'élément travaillant 18 est alors directement coulé sur les claveaux 14 pour favoriser une bonne adhésion entre ces deux éléments. Des armatures de renforcement 27 peuvent être noyées dans l'élément travaillant 18 pour augmenter ses caractéristiques mécaniques. Les armatures 27 peuvent être réalisées en matériau synthétique, du type résine époxyde renforcée de fibres de verre ou de carbone.
    Dans d'autres cas, par exemple si la voûte est fortement dégradée, l'élément travaillant 18 doit reprendre toutes les contraintes de compression et supporter chaque claveau 14 de l'arc 13. On dispose alors un séparateur 20 entre l'extrados 17 et l'élément travaillant 18 afin d'éviter que l'arc 13 ne supporte des efforts. Le séparateur 20 peut se présenter sous la forme d'une membrane, par exemple de feutre ou de polyane.
    Si le voûtain 15 présente encore de bonnes caractéristiques mécaniques, on peut choisir de lui faire supporter une partie des contraintes. Comme on peut le voir sur la figure 5, le séparateur 20 est disposé entre l'élément travaillant 18 et chaque claveau 14 de l'arc 13. On dispose sur l'extrados 17 du voûtain 15 et sur la surface extérieure de l'élément travaillant 18 un tissu de verre ou stratifié formant un voile de renfort 21 et qui s'étend sur une partie ou sur la totalité du voûtain 15 en vue de sa participation à la reprise des contraintes de compression. Le voile de renfort 21 peut être réalisé par une succession de couches de toile de fibres de verre et de résine incluant éventuellement des panneaux sandwich alvéolés.
    Pour améliorer la solidarisation du voûtain 15 et de l'élément travaillant 18, on peut encore prévoir des raidisseurs 22 disposés entre une partie du voile de renfort 21 au droit du voûtain 15 et une autre partie du voile de renfort 21 en contact avec l'élément travaillant 18. Les raidisseurs 22 peuvent être disposés à intervalles réguliers, par exemple en épi avec un angle prédéterminé par rapport à l'élément travaillant 18 et peuvent être réalisés en tout matériau inerte capable de supporter des contraintes de traction, par exemple en fibres aramide.
    Si l'on veut que les claveaux 14 participent aussi à la reprise des contraintes de compression, on procédera à la pose de l'élément de renforcement 18 illustré sur la figure 5, en omettant le séparateur 20.
    La variante illustrée sur la figure 6 est à rapprocher de la figure 3. Un séparateur 20 est posé entre l'extrados 17 de l'arc 13 et l'élément travaillant 18. Des armatures de renforcement 27 sont disposées dans l'élément travaillant 18. Les armatures 27 ont la forme de barres droites rigides, sensiblement cylindriques de diamètre de l'ordre de 10 à 30 mm. On dispose plusieurs armatures 27 de façon à épouser la forme générale de l'élément travaillant 18 tout en maintenant les dites armatures 27 noyées dans l'élément travaillant 18 et se croisant dans le plan de coupe tout en étant décalées en profondeur.
    Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation particulier de l'invention. Une voûte 28 recouvrant une pièce de forme carrée est supportée en son centre par un pilier 29 et sur ses bords extérieurs par des murs 30. L'extrados 31 de la voûte 28 est formé par le sol de l'étage supérieur. L'intrados 32 est formé par des arcs et des voûtains. Entre l'extrados 31 et l'intrados 32, ou plus précisément entre le sol de l'étage supérieur et les arcs et les voûtains, un blocage 33, souvent hétérogène, est disposé et sert à remplir l'espace et à charger la voûte 28. Dans ce type de structure, on constate souvent une déformation de l'intrados 32 et un tassement du pilier 29.
    Un élément travaillant 34 sous la forme d'une ou plusieurs poutres est disposé dans un ou plusieurs évidements creusés dans l'extrados 31 et se prolonge dans les murs 30. Des aiguilles, non représentées, peuvent être disposées pour solidariser l'élément travaillant 34 et/ou les arcs ou voûtains de l'intrados 32. Des tirants 35 sont fixés à une extrémité supérieure dans l'élément travaillant 34 et à une extrémité inférieure dans le pilier 29, par exemple à une hauteur comprise entre l'intrados 32 et l'extrados 31. Les tirants 35 sont répartis sur tout ou partie de la longueur de l'élément travaillant 34. Les tirants 35 sont formés dans le même matériau que les aiguilles et scellés de la même façon.
    La portion 29a du pilier 29 dans laquelle sont fixés les extrémités inférieures des tirants 35 est soumise à d'importantes contraintes de traction dans un plan horizontal. De plus, de nombreux tirants 35 sont fixés par scellement dans la portion 29a. Pour reprendre ces contraintes, un complexe armé 36 (figure 11) est formé dans la dite portion 29a et dans son voisinage. Le complexe armé 36 comprend une pluralité de tiges 39 croisées comprenant des fibres de verre, de carbone ou autres et possédant des caractéristiques mécaniques adaptées en traction. Les tiges 39 sont disposées dans des trous sensiblement horizontaux forés à partir de l'intrados 32 au niveau de la portion 29a. Les tiges 39 sont scellées de la même façon que les aiguilles, dans la portion 29a, le blocage 33 et les arcs ou voûtains de l'intrados 32. Le complexe armé 36 forme une zone apte à résister aux efforts de traction transversale et à recevoir l'ancrage de l'extrémité inférieure des tirants 35.
    Pour la simplicité du dessin de la figure 8, l'élément travaillant 34 et les tirants 35 n'ont pas été représentés. Des tirants 37, ou des nappes de tirants, sont fixés à une extrémité supérieure dans les murs 30 et à une extrémité inférieure dans le pilier 29 au niveau du complexe armé 36. Des trous sont forés dans les murs 30. L'extrémité supérieure des tirants 37 est scellée sur la presque totalité de l'épaisseur des murs 30. Les tirants 37 sont dans un matériau analogue à celui des aiguilles et peuvent atteindre des sections de plusieurs centimètres carrés pour reprendre des efforts importants. Le scellement s'effectue de la même façon que pour les aiguilles. Une précontrainte peut être appliquée aux tirants 37.
    Un mur 30 est un ensemble hétérogène de pierres ou de briques de dimensions variées et de mortier. Sa résistance aux efforts de traction exercés par un tirant 37 est difficilement modélisable et, à priori, faible. Pour éviter l'arrachement de pierres ou briques des dits murs 30, on prévoit de le renforcer de la façon suivante, préalablement à la pose des tirants 37.
    On fore un ou plusieurs trous horizontaux dans le sens de la longueur d'un mur 30 sensiblement perpendiculairement aux futurs tirants 37. On y dispose et y scelle des tiges 38 du même type que les tirants 37 et de dimensions adaptées. Une précontrainte peut leur être appliquée. La zone dans laquelle sont disposées les tiges 38 présente une cohésion élevée. Les efforts exercés par les tirants 37 peuvent se répartir dans la dite zone sans risque d'arrachement de pierres ou briques. Grâce aux tiges 38, on forme une sorte de poutre horizontale insérée dans chaque mur 30 et constituant un répartiteur d'efforts.
    La zone dans laquelle sont disposées les tiges 38 est, de toutes façons, stabilisée par la masse des parties des murs 30 situées à un niveau supérieur et exerçant une contrainte de compression. Pour favoriser encore la répartition des efforts, on peut augmenter le nombre de tirants 37 en diminuant leur section unitaire et en les disposant en éventail à partir du complexe armé 36.
    En variante, on peut concevoir un renforcement seulement à base de tirants 37, tiges 38 et complexe armé 36.
    Ainsi, on dispose d'un procédé de renforcement et d'une structure de maçonnerie s'étendant entre deux points d'appui et comprenant un élément de renforcement réalisé avec des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie, solidarisé avec la dite structure de maçonnerie, au moins une partie de la dite structure de maçonnerie étant pourvue de tirants aptes à répartir au moins une partie de la charge vers des points d'appui, chaque tirant étant solidarisé avec la dite partie de la structure de maçonnerie et avec un point d'appui. On peut ainsi diminuer la charge de compression s'exerçant sur un point d'appui et la reporter sur d'autres.
    Un tirant peut être scellé dans un point d'appui pourvu de répartiteurs des efforts de traction exercés par le dit tirant.
    Grâce à l'invention, on obtient une structure de maçonnerie renforcée de façon considérable dans la mesure où sa raideur est proportionnelle au cube de la hauteur de sa section travaillante.
    L'invention est parfaitement adaptée à toute structure dont la surface inférieure doit être protégée, tant pendant les travaux de renforcement qu'à l'issue de ceux-ci.

    Claims (17)

    1. Procédé de renforcement d'une structure de maçonnerie comprenant au moins un arc s'étendant entre au moins deux points d'appui distincts et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes, dans lequel on ajoute seulement sur la surface supérieure de la structure de maçonnerie au droit de l'arc un élément à base de résine synthétique réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie, et solidarisé avec la dite structure de maçonnerie.
    2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la structure de maçonnerie comportant un voûtain, l'élément est solidarisé avec le dit voûtain.
    3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la structure de maçonnerie comprenant au moins un arc formé de claveaux juxtaposés, l'élément est solidarisé avec le dit arc.
    4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel un voûtain de la structure de maçonnerie est pris entre l'arc et l'élément.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel les claveaux sont supportés par l'élément.
    6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel les contraintes de compression sont réparties au moins entre les claveaux et l'élément.
    7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les contraintes de compression sont réparties entre les claveaux, le voûtain de la structure de maçonnerie et l'élément.
    8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les contraintes de compression sont réparties entre un voûtain de la structure de maçonnerie et l'élément.
    9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on solidarise la structure de maçonnerie et l'élément de renforcement au moyen d'aiguilles scellées dans des trous forés dans la structure de maçonnerie et en saillie dans l'élément.
    10. Structure de maçonnerie (10) comprenant au moins un arc s'étendant entre deux points d'appui (11) et comprenant une pluralité de pièces (14) mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un élément de renforcement (18) réalisé à base de résine synthétique avec des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie, disposé seulement sur une surface supérieure (17) de la structure de maçonnerie au droit de l'arc, et solidarisé avec la dite structure de maçonnerie.
    11. Structure selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'une pluralité de tiges d'armature sont noyées dans l'élément de renforcement.
    12. Structure selon la revendication 10 ou 11, caractérisée par le fait que l'élément de renforcement est complété par un élément de poutre, l'élément de renforcement et l'élément de poutre étant solidaires.
    13. Structure selon la revendication 10 ou 11, caractérisée par le fait que l'élément de renforcement se présente sous la forme d'au moins une poutre plane solidarisée avec au moins une partie de la dite structure de maçonnerie, au moyen de tirants.
    14. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée par le fait qu'au moins une partie de la dite structure de maçonnerie est pourvue de tirants aptes à répartir au moins une partie de la charge vers des points d'appui, chaque tirant étant solidarisé avec la dite partie de la structure de maçonnerie et avec un point d'appui.
    15. Structure selon la revendication 14, caractérisée par le fait qu'un tirant est scellé dans un point d'appui pourvu de moyens de répartition des efforts de traction exercés par le dit tirant.
    16. Structure selon la revendication 15, caractérisée par le fait que les moyens de répartition d'un point d'appui sont formés par au moins une barre de renforcement sensiblement perpendiculaire au tirant solidarisé avec le dit point d'appui.
    17. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisée par le fait qu'une partie de la dite structure de maçonnerie, soumise à des efforts de traction transversaux est renforcée par des armatures croisées pour former une zone de traction homogène.
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