EP1045090B1 - Reparation d'éléments de maçonnerie - Google Patents

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Marc-Henry Menard
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M Lefevre SA
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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

Definitions

  • the present invention relates to the field of repair masonry elements, such as solid stone walls or whose exterior surface is solid stone.
  • Such walls often very thick, for example greater at 1 meter, undergo different damage over time mechanical or chemical, for example by water infiltration, migration of mineral salts, by atmospheric exchange, etc., which cause a gradual decrease in their mechanical characteristics and a alteration of their surface.
  • the object of the present invention is to provide a method overcoming the above drawbacks.
  • the present invention relates to a repair method respectful of the existing and not modifying the functioning mechanics of a wall or masonry element.
  • the repair method according to the invention is intended for ashlar masonry units, of the type comprising a plurality of stones bound by a mortar and having undergone degradation partial, process in which a degraded part is removed from the face of a stone existing until a healthy part is exposed, we fix to the said healthy part a new stone at the location of the degraded part by means of connectors, fill the residual space between the new one with mortar. stone and the healthy part, so the new stone and the healthy part of the existing stone form a rigid unit restoring the masonry element substantially its original mechanical characteristics and filling with mortar the residual space between the new stone and the adjacent stones.
  • the fixing by connectors is carried out by drilling of blind holes in the said healthy part, drilling of holes blind in the new stone in locations corresponding to holes in the sound part, fitting and sealing connectors in the new stone and in the said healthy part, the connectors appearing in the form of substantially cylindrical rods of diameter less than that of the holes.
  • the connectors can be based on synthetic fibers, for example in epoxy resin loaded with fibers, the sealing being carried out with synthetic resin, for example epoxy.
  • the connectors may be in the form of studs or legs whose surface exterior is provided with roughness.
  • separation elements capable of separating the residual space between the new stone and the healthy part, from adjacent degraded parts or no, removed or not.
  • the elements of separation are in the form of sheets, for example thick less than or equal to 5 mm.
  • the dividing elements can be present in the form of poliana sheets, plywood sheets, etc.
  • the separation elements are removed after the stage of filling the residual space between the new stone and the healthy part.
  • the degraded part of each stone is removed of a plurality of neighboring existing stones until reaching the part healthy, we fix a row of new stones according to a horizontal bench, separating elements being placed between each new stone of the said row and the stones below, between the new stones, and between the new stones located at each end of the row and the neighboring stones laterally, we fill the space with mortar residual between each new stone in the row and the healthy part, we remove the separating elements, and fill the residual space with mortar between each new stone in the said row and the stones present in below, between the new stones, and between the new stones located at each end of the row and the neighboring stones laterally.
  • the steps are repeated for a plurality of rows.
  • the existing stones are only purged of their parts degraded by flushing their healthy parts.
  • the choice of thickness for the new stone will be carried out, or as close as possible to the old structure, case in which the thickness of the new stone will be very close to the thickness of the degraded part removed, the thickness of each new stone being adapted to the existing stone on which it will be fixed, either by seeking a more economical repair, in which case the thickness of the new stones will be constant, the variable residual space existing between the new stones and the healthy part of the existing stones being filled mortar.
  • a portion of the wall is formed of a plurality of stones referenced 1 to 6. These stones 1 to 6 are part of the original wall. Among these, stones 1 and 2 are in good condition and have not been repaired except surface cleaning and possibly a slight filling. Stones 3 to 6 have a healthy part 3a to 6a and a degraded part not visible in FIG. 1, in the extent that it was previously removed during a purge step allowing to find the surface of the healthy parts 3a to 6a.
  • the degraded parts had characteristics less mechanical and likely to be detrimental to operation mechanical of the whole wall.
  • the purge is carried out while respecting maximum healthy parts 3a to 6a.
  • Each stone 3 to 6 now includes a new part 3b to 6b also in stone, with the most characteristic and provenance possible close to the healthy parts 3a to 6a of origin, and a part intermediate 3c to 6c made in mortar, for example in mortar with lime or based on lime and stone powder, and arranged between the part healthy 3a to 6a and the new part 3b to 6b.
  • the mechanical connection between the healthy part 3a to 6a and the new part 3b to 6b is reinforced by connectors 7 sealed each in a healthy part 3a to 6a and in a new part 3b to 6b.
  • a connector 7 is a substantially cylindrical rod, of the type stud, of generally circular section, for example of epoxy resin (or polyester) loaded with glass fibers, carbon, or aramids.
  • epoxy resin or polyester
  • Such fiber-loaded epoxy resin stud has an outer surface irregular thus forming roughness which facilitates the sealing.
  • the sealing of connectors 7 both in the healthy parts 3a to 6a and in the new parts 3b to 6b, is carried out using epoxy resin.
  • sheets 8 are arranged between each stone 3 to 6 as well as between stone 3 and stones 1 and 2, at the level of the new parts 3b to 6b and of the intermediate parts 3c to 6c. These sheets make it possible to mechanically separate the different stones 1 to 6. Once all of the new parts 3b to 6b have been arranged, we proceed to the removal of the sheets 8 and the filling of the slots that they leave through a mortar joint. Each stone 3 to 6 is thus reconstructed in an extremely close manner to what it was originally and has substantially identical mechanical characteristics.
  • the length of studs will be adapted to the thickness of each new part 3b to 6b and each intermediate part 3c to 6c. In general, this length will be between 20 and 60 cm, with at least about 5 cm at each end of length sealed in a healthy part or in a new part.
  • each new part 3b to 6b is adapted to the thickness of the degraded part that has been purged.
  • Each new part 3b to 6b is therefore cut, in length and in height, to correspond to the dimension of the corresponding healthy part and in thickness to correspond to the thickness of degraded stone purged.
  • Each new part is separated from the neighboring stones by a sheet provided on its lower surface and one sheet on each side lateral.
  • We come to put the new part by presenting the studs in the corresponding holes of the healthy part and we proceed to the sealing of the studs in said healthy part. We can do this for everything a stone bench located on the same horizontal level. Then, we fill the intermediate space between the healthy part and the new part with mortar. The central parts of the studs are thus embedded in the mortar. After setting the mortar, the separation sheets are removed and forms mortar joints between the stones thus reconstituted.
  • Separation sheets avoid continuity between the foundations of the stones.
  • New parts at least 10 cm thick are fully integrated into the healthy parts and take part in mechanical operation, in particular when the efforts of compression that can occur.
  • the assembly of the new parts is facilitated by the presence of the connectors which constitute an aid for their positioning.
  • the coefficients of thermal expansion of the connectors and the sealing resin are chosen to ensure total homogeneity of the assembly formed by the new parts, the intermediate mortar, the connectors and healthy parts.
  • Each reconstituted stone behaves so in the same way as a massive stone of the same dimension.
  • the invention avoids the total replacement of stones which is damaging on the archaeological level while respecting the original design of the wall, which is a guarantee against possible destabilization or subsequent disorders.

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Description

La présente invention concerne le domaine de la réparation d'éléments de maçonnerie, tels que des murs en pierre massive ou dont la surface extérieure est en pierre massive.
De tels murs, souvent de forte épaisseur, par exemple supérieure à 1 mètre, subissent au cours du temps différents dommages par voie mécanique ou chimique, par exemple par infiltration d'eau, migration de sels minéraux, par échange atmosphérique, etc., qui provoquent une diminution progressive de leurs caractéristiques mécaniques et une altération de leur surface.
On connaít plusieurs méthodes destinées à leur rendre en partie leurs caractéristiques d'origine.
On peut enlever une fine couche de surface dudit mur et agrafer ensuite aux parties restantes une nouvelle "peau" sous forme de plaquettes de très faible épaisseur (par exemple 10 à 20 mm) qui lui rend son aspect d'origine. Toutefois, une telle peau est inapte à supporter des charges et repose entièrement sur les parties restantes du mur dont l'épaisseur est légèrement diminuée (voir par exemple DE 19 524 170 A).
Dans le cas de murs de forte épaisseur, on peut également creuser et enlever une partie du mur sur une grande profondeur, par exemple de 40 à 60 cm et reconstruire totalement un nouveau mur de ladite épaisseur devant la partie restante. Toutefois, lors du refouillement, le mur est affaibli, ce qui peut nécessiter des étaiements. La partie restante de mur et la partie reconstruite forment deux ensembles mécaniquement indépendants dont l'évolution future est mal maítrisée et peut dans certains cas conduire à leur séparation. Une telle méthode présente également l'inconvénient de la sortie d'un volume considérable et de la mise en oeuvre d'un volume équivalent de pierres neuves de coût élevé. Avec une telle méthode, des portions de pierres massives qui ne sont dégradées que très superficiellement sont nécessairement creusées à la même profondeur que celles dont la dégradation est plus importante.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé remédiant aux inconvénients ci-dessus.
La présente invention a pour objet un procédé de réparation respectueux de l'existant et ne modifiant pas le fonctionnement mécanique d'un mur ou élément de maçonnerie.
Le procédé de réparation, selon l'invention, est destiné à des éléments de maçonnerie en pierre de taille, du type comprenant une pluralité de pierres liées par un mortier et ayant subi une dégradation partielle, procédé dans lequel on enlève une partie dégradée de la face d'une pierre existante jusqu'à affleurer une partie saine, on fixe à la dite partie saine une nouvelle pierre à l'emplacement de la partie dégradée au moyen de connecteurs, on remplit de mortier l'espace résiduel entre la nouvelle. pierre et la partie saine, de façon que la nouvelle pierre et la partie saine de la pierre existante forment un ensemble rigide redonnant à l'élément de maçonnerie sensiblement ses caractéristiques mécaniques d'origine et on remplit de mortier l'espace résiduel entre la nouvelle pierre et les pierres adjacentes.
On redonne ainsi à l'élément de maçonnerie ses caractéristiques mécaniques d'origine.
Avantageusement, la fixation par connecteurs est effectuée par perçage de trous borgnes dans la dite partie saine, perçage de trous borgnes dans la nouvelle pierre à des emplacements correspondants aux trous dans la partie saine, pose et scellement des connecteurs dans la nouvelle pierre et dans la dite partie saine, les connecteurs se présentant sous la forme de tiges sensiblement cylindriques de diamètre inférieur à celui des trous.
Les connecteurs peuvent être à base de fibres de synthèse, par exemple en résine époxyde chargée de fibres, le scellement étant effectué avec de la résine synthétique, par exemple époxyde. Les connecteurs peuvent se présenter sous la forme de goujons ou de pattes dont la surface extérieure est pourvue de rugosités.
Avantageusement, après l'étape de fixation par connecteurs, on dispose des éléments de séparation aptes à séparer l'espace résiduel entre la nouvelle pierre et la partie saine, de parties adjacentes dégradées ou non, enlevées ou non.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les éléments de séparation se présentent sous la forme de feuilles, par exemple d'épaisseur inférieure ou égale à 5 mm. Les éléments de séparation peuvent se présenter sous la forme de feuilles de poliane, de plaques de contreplaqué, etc.
Avantageusement, on retire les éléments de séparation après l'étape de remplissage de l'espace résiduel entre la nouvelle pierre et la partie saine.
Avantageusement, on enlève la partie dégradée de chaque pierre d'une pluralité de pierres existantes voisines jusqu'à atteindre la partie saine, on fixe une rangée de nouvelles pierres selon un banc horizontal, des éléments de séparation étant disposés entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée et les pierres présentes en dessous, entre les nouvelles pierres, et entre les nouvelles pierres situées à chaque extrémité de la rangée et les pierres voisines latéralement, on remplit de mortier l'espace résiduel entre chaque nouvelle pierre de la rangée et la partie saine, on retire les éléments de séparation, et on remplit de mortier l'espace résiduel entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée et les pierres présentes en dessous, entre les nouvelles pierres, et entre les nouvelles pierres situées à chaque extrémité de la rangée et les pierres voisines latéralement.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on réitère les étapes précédentes pour une pluralité de rangées.
Dans un mode de réalisation de l'invention, pour larangée la plus haute, on dispose des éléments de séparation entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée la plus haute et les pierres présentes au dessus.
Ainsi, on ne purge les pierres existantes que de leurs parties dégradées en affleurant leurs parties saines. On réduit la quantité de gravois au minimum. Le choix de l'épaisseur de la nouvelle pierre sera effectué, soit en se rapprochant le plus possible de la structure ancienne, cas auquel l'épaisseur de la nouvelle pierre sera très proche de l'épaisseur de la partie dégradée enlevée, l'épaisseur de chaque nouvelle pierre étant adaptée à la pierre existante sur laquelle elle va être fixée, soit en recherchant une réparation plus économique, cas auquel l'épaisseur des nouvelles pierres sera constante, l'espace résiduel variable existant entre les nouvelles pierres et la partie saine des pierres existantes étant rempli de mortier.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaítront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé, qui est une vue, partiellement en coupe, partiellement en perspective d'un mur réparé et renforcé par le procédé conforme à l'invention.
Comme on peut le voir sur la figure 1, une portion de mur est formée d'une pluralité de pierres référencées 1 à 6. Ces pierres 1 à 6 font partie du mur d'origine. Parmi celles-ci, les pierres 1 et 2 sont en bon état et n'ont pas fait l'objet de réparation si ce n'est un nettoyage de surface et éventuellement un léger rebouchage. Les pierres 3 à 6 possèdent une partie saine 3a à 6a et une partie dégradée non visible sur la figure 1, dans la mesure où elle a été préalablement ôtée lors d'une étape de purge permettant de trouver la surface des parties saines 3a à 6a.
Les parties dégradées possèdaient des caractéristiques mécaniques diminuées et susceptibles d'être nuisibles au fonctionnement mécanique de l'ensemble du mur. La purge s'effectue en respectant au maximum les parties saines 3a à 6a.
Chaque pierre 3 à 6 comprend maintenant une partie nouvelle 3b à 6b également en pierre, de caractéristiques et de provenance les plus proches possibles des parties saines 3a à 6a d'origine, et une partie intermédiaire 3c à 6c réalisée en mortier, par exemple en mortier à la chaux ou à base de chaux et de poudre de pierre, et disposée entre la partie saine 3a à 6a et la partie nouvelle 3b à 6b. La liaison mécanique entre la partie saine 3a à 6a et la partie nouvelle 3b à 6b est renforcée par des connecteurs 7 scellés chacun dans une partie saine 3a à 6a et dans une partie nouvelle 3b à 6b.
Un connecteur 7 est une tige sensiblement cylindrique, du type goujon, de section globalement circulaire, par exemple en résine époxyde (ou polyester) chargée de fibres de verre, de carbone, ou aramides. Un tel goujon en résine époxyde chargée de fibres possède une surface extérieure irrégulière formant ainsi des rugosités qui facilitent le scellement. Le scellement des connecteurs 7 tant dans les parties saines 3a à 6a que dans les parties nouvelles 3b à 6b, est effectué au moyen de résine époxy.
Comme on peut le voir sur la figure 1, des feuilles 8 sont disposées entre chaque pierre 3 à 6 ainsi qu'entre la pierre 3 et les pierres 1 et 2, au niveau des parties nouvelles 3b à 6b et des parties intermédiaires 3c à 6c. Ces feuilles permettent de séparer mécaniquement les différentes pierres 1 à 6. Une fois que l'ensemble des parties neuves 3b à 6b a été disposé, on procède à l'enlèvement des feuilles 8 et au rebouchage des fentes qu'elles laissent par un joint de mortier. Chaque pierre 3 à 6 est ainsi reconstituée de façon extrêmement proche de ce qu'elle était à l'origine et présente des caractéristiques mécaniques sensiblement identiques.
Le fonctionnement mécanique d'origine du mur est préservé en ce sens que chaque pierre réparée 3 à 6 conserve son individualité grâce aux feuilles de séparation 8 qui évitent la prise en masse avec liaison mécanique du mortier formant les parties intermédiaires 3c à 6c. On évite ainsi la formation d'un élément hétérogène dans un mur.
A titre d'exemple, on pourra prévoir de former dans les parties saines 3a à 6a et dans les parties nouvelles 3b à 6b des trous borgnes d'un diamètre de 20 mm, dans lesquels on viendra sceller les goujons de résine époxyde armée de fibres d'un diamètre de 12 mm ou plus. La longueur des goujons sera adaptée à l'épaisseur de chaque partie nouvelle 3b à 6b et de chaque partie intermédiaire 3c à 6c. En général, cette longueur sera comprise entre 20 et 60 cm, avec à chaque extrémité environ 5 cm au moins de longueur scellée dans une partie saine ou dans une partie nouvelle. On disposera en général trois goujons par pierre. Bien entendu, pour des pierres de dimensions très importantes, on augmentera le nombre de goujons.
Sur la figure 1, l'épaisseur de chaque partie nouvelle 3b à 6b est adaptée à l'épaisseur de la partie dégradée ayant fait l'objet d'une purge. Chaque partie nouvelle 3b à 6b est donc taillée, en longueur et en hauteur, pour correspondre à la dimension de la partie saine correspondante et en épaisseur pour correspondre à l'épaisseur de pierre dégradée purgée.
En d'autres termes, on commence tout d'abord par purger la ou les pierres existantes qui en ont besoin. On taille les parties nouvelles devant s'adapter aux parties saines et prendre la place des parties purgées. On perce des trous borgnes en vue du scellement dans la partie saine et dans la partie nouvelle. On coupe les goujons à la longueur voulue. On les scelle dans la partie nouvelle au moyen de résine époxy, puis on prépare la pose de la partie nouvelle en disposant les feuilles de séparation horizontales et verticales nécessaires.
Chaque partie nouvelle est séparée des pierres voisines par une feuille prévue sur sa surface inférieure et une feuille sur chaque côté latéral. On vient poser la partie nouvelle en présentant les goujons dans les trous correspondants de la partie saine et on procède au scellement des goujons dans ladite partie saine. On peut procéder de cette façon pour tout un banc de pierres situées à un même niveau horizontal. Puis, on remplit l'espace intermédiaire entre la partie saine et la partie nouvelle avec du mortier. Les parties centrales des goujons se trouvent ainsi noyées dans le mortier. Après prise du mortier, on retire les feuilles de séparation et on forme des joints au mortier entre les pierres ainsi reconstituées.
En variante, on peut sceller d'abord les goujons dans la partie saine, puis dans la partie nouvelle.
Les feuilles de séparation permettent d'éviter la continuité entre les assises des pierres. Les parties nouvelles épaisses d'au moins 10 cm sont totalement intégrées aux parties saines et prennent part au fonctionnement mécanique, notamment à la reprise des efforts de compression qui peuvent se produire. Le montage des parties nouvelles est facilité par la présence des connecteurs qui constituent une aide pour leur positionnement.
Les coefficients de dilatation thermique des connecteurs et de la résine de scellement sont choisis pour assurer une homogénéité totale de l'ensemble formé par les parties nouvelles, le mortier intermédiaire, les connecteurs et les parties saines. Chaque pierre reconstituée se comporte donc de la même manière qu'une pierre massive de même dimension.
Grâce à l'invention, on évite le remplacement total de pierres qui est dommageable sur le plan archéologique tout en respectant la conception d'origine du mur, ce qui est une garantie contre d'éventuelles déstabilisations ou désordres ultérieurs.

Claims (9)

  1. Procédé de réparation d'éléments de maçonnerie en pierre de taille, du type comprenant une pluralité de pierres (1, 3-6) liées par un mortier et ayant subi une dégradation partielle, dans lequel on enlève une partie dégradée de la face d'une pierre existant (3) jusqu'à affleurer une partie saine (3a), on fixe à la dite partie saine (3a) une nouvelle pierre (3b) à l'emplacement de la partie dégradée au moyen de connecteurs (7), on remplit de mortier l'espace résiduel entre la nouvelle pierre (3b) et la partie saine (3a), de façon que la nouvelle pierre (3b) et la partie saine (3a) de la pierre existante (3) forment un ensemble rigide redonnant à l'élément de maçonnerie sensiblement ses caractéristiques mécaniques d'origine et on remplit de mortier l'espace résiduel entre la nouvelle pierre (3b) et les pierres adjacentes.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fixation par connecteurs est effectuée par perçage de trous borgnes dans la dite partie saine, perçage de trous borgnes dans la nouvelle pierre à des emplacements correspondants aux trous dans la partie saine, pose et scellement des connecteurs dans la nouvelle pierre et dans la dite partie saine, les connecteurs se présentant sous la forme de tiges sensiblement cylindriques de diamètre inférieur à celui des trous.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les connecteurs sont à base de fibres de synthèse, le scellement étant effectué avec de la résine synthétique.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel après l'étape de fixation par connecteurs, on dispose des éléments de séparation (8) aptes à séparer l'espace résiduel entre la nouvelle pierre et la partie saine, de parties adjacentes dégradées ou non, enlevées ou non.
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les éléments de séparation se présentent sous la forme de feuilles.
  6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel on retire les éléments de séparation après l'étape de remplissage de l'espace résiduel entre la nouvelle pierre et la partie saine.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on enlève la partie dégradée de chaque pierre d'une pluralité de pierres existantes voisines jusqu'à atteindre la partie saine, on fixe une rangée de nouvelles pierres selon un banc horizontal, des éléments de séparation étant disposés entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée et les pierres présentes en dessous, entre les nouvelles pierres, et entre les nouvelles pierres situées à chaque extrémité de la rangée et les pierres voisines latéralement, on remplit de mortier l'espace résiduel entre chaque nouvelle pierre de la rangée et la partie saine, on retire les éléments de séparation, et on remplit de mortier l'espace résiduel entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée et les pierres présentes en dessous, entre les nouvelles pierres, et entre les nouvelles pierres situées à chaque extrémité de la rangée et les pierres voisines latéralement.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on réitère les étapes précédentes pour une pluralité de rangées.
  9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel, pour la rangée la plus haute, on dispose des éléments de séparation entre chaque nouvelle pierre de la dite rangée la plus haute et les pierres présentes au dessus.
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