EP1452670A1 - Procédé de renforcement d'un élément de construction et élément de construction - Google Patents

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EP1452670A1
EP1452670A1 EP04290351A EP04290351A EP1452670A1 EP 1452670 A1 EP1452670 A1 EP 1452670A1 EP 04290351 A EP04290351 A EP 04290351A EP 04290351 A EP04290351 A EP 04290351A EP 1452670 A1 EP1452670 A1 EP 1452670A1
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EP
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modules
prefabricated
building element
connectors
binder
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Marc-Henry Menard
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M Lefevre SA
M Lefevre SA
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M Lefevre SA
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    • 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
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    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
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    • 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
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    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
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    • 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 strengthening masonry, wooden or other building structures extending between two support points and working in flexion like a beam or in compression like an arch.
  • the invention applies especially to old constructions and recent constructions in aggressive environments, especially marine.
  • the restoration of a vault of a load-bearing arch vault in case of cracking, degradation, deformation can be carried out, either by lime grout, the success of this process being random, either by replacing degraded or broken elements requiring scaffolding, or even a reconstruction of the structure.
  • the invention aims to simplify the implementation of the reinforcement by facilitating its installation.
  • the invention also aims to reduce the size of the enhancement.
  • the connectors are fixed in the modules prefabricated before the addition of said prefabricated modules on the element of construction.
  • the connectors can be fixed in the factory prefabricated modules.
  • Factory prefabricated modules can also benefit from a composition and a more regular particle size than mortar or concrete mixed on site.
  • the connectors can be fixed in the prefabricated modules when the prefabrication of said modules.
  • the connectors are fixed in the building element before adding the prefabricated modules on the building element.
  • This variant is well suited to a building element having a surface irregular.
  • a binder layer on the top surface of the building element before adding the prefabricated modules on the building element.
  • the binder allows a transmission of mechanical forces between the building element and the prefabricated modules.
  • the element of construction is a beam.
  • the beam can be a stone lintel, a concrete beam or a metal beam.
  • the element of construction is an arch, for example of stone or brick.
  • the prefabricated modules include concrete.
  • the prefabricated modules can be made of concrete fibers or concrete loaded with silica fumes.
  • the connectors are rods based on fibers, for example glass or carbon fibers and resin epoxide.
  • the binder comprises a resin mortar, for example based on epoxy resin.
  • the prefabricated modules are presented under the shape of polygonal plates whose edges are provided with reliefs designed to favor the transmission of mechanical forces to neighboring prefabricated modules.
  • Prefabricated modules can be arranged in a layer.
  • the prefabricated modules can be present in a square form with a triangular toothing on their edges, rectangular in shape with round or sinusoidal toothing, or even triangular with partial overlap allowing a connector to pass through two prefabricated modules.
  • the invention also provides a building element disposed between at least two supports and working in flexion or in compression, said building element comprising a reinforcement disposed on an upper face of said element construction and provided with a plurality of prefabricated modules of reinforcement, connectors connecting said prefabricated modules and said building element, and a binder disposed between said prefabricated modules and said building element.
  • a beam 1 by wooden example, has a top surface 1a on which is disposed a reinforcement 2.
  • the reinforcement 2 comprises a plurality of prefabricated reinforcement modules 3, a plurality of connectors, here two connectors 4, 5, per prefabricated module 3, one binder layer 6 disposed between the prefabricated modules 3 and the upper surface 1a of the beam 1, and a layer of binder 7 disposed between the prefabricated modules 3.
  • a plurality of joists 8 rest by one of their ends on the upper surface 1a of the beam 1.
  • a floor 9 is fixed to the joists 8.
  • the height of the joists 8 can be of the order of 0.15 m. for example.
  • the reinforcement 2 can be produced as following.
  • the modules 3 are prefabricated in series in a industrial establishment, with the aim of reducing costs and consistency of their mechanical characteristics. For construction sites with special requirements, the shape of the modules 3 can be adapted.
  • Connectors 4, 5 are secured to modules 3 during prefabrication, and arranged according to a predefined template. On the site where beam 1 is located, access to the upper surface is cleared 1a by removing the floors, insulation, etc., which cover it.
  • a plurality of blind holes are drilled in beam 1 from upper surface 1a according to the same template as that quoted above. These terminal holes are intended for receive the end of connectors 4, 5 opposite to that embedded in prefabricated modules 3. You can also dig into the surface upper 1a of the beam 1 a plurality of notches or notches favoring the future attachment of the binder layer 6 and allowing thus a better transmission of mechanical forces, in particular of shear between beam 1 and reinforcement 2, for the purpose increase the working section of the reinforced beam.
  • the surface lower 3a of the prefabricated modules 3 is advantageously provided concavities and roughness allowing better attachment with the layer of binder 6.
  • the resin mortar is advantageously a mortar based on epoxy resin, whether or not loaded with quartz, glass fibers, fibers carbon, etc. This mortar must be able to be used under the atmospheric pressure and have a setting without shrinkage.
  • Connectors which allow the modules to be secured prefabricated 3 and beam 1, are made from materials having good mechanical qualities and not very sensitive to corrosion, e.g. glass fibers, carbon, fibers aramids, high-strength steel, especially stainless steel.
  • the connectors can be in the form of straight rods, a diameter of the order of 5 to 30 mm, or in the form of rods bent in a U like a staple, the bottom of the U being embedded in a module 3 or arranged on its upper surface.
  • the connectors have a length very slightly less than the height of the reinforced beam, to take up sharp forces.
  • the prefabricated modules 3 can be made on the basis of concrete.
  • This concrete can be reinforced.
  • a concrete with high mechanical resistance such as concrete loaded with fibers or powders, such as silica fumes.
  • We can thus reduce the thickness of the prefabricated modules 3 and reduce their mass, which facilitates their installation or allows, with equal mass, to enlarge their dimensions and reduce their number.
  • the reinforcement will lower height with equal resistance which is an advantage determining in certain sites, in particular to preserve the original floor height.
  • the reinforcement 2 has a height substantially equal to that of joists 8.
  • prefabricated modules 3 with a length of between 0.5 and 1.2 meters, for example of about 1 meter and variable width depending on the intended application and the width of the beam 1.
  • Such modules can be manipulated easily by a single operator, including in access locations difficult.
  • the invention allows a simplified installation of the reinforcement, avoids the use of formwork which is always time consuming, and therefore saves labor and faster site execution.
  • FIG. 2 is illustrated a variant in which the prefabricated modules 3, instead of being in the form of simple rectangular parallelepipeds as in the embodiment above, are here provided with a shoulder on their edges.
  • the prefabricated module 3 includes a reduced thickness shoulder 10 arranged in the lower position, in contact with the binder layer 6.
  • the prefabricated module adjacent to prefabricated module 3 includes a upper shoulder 12 which covers the shoulder 10 of the prefabricated module 3.
  • the space 13 remaining between the shoulders 10 and 12, is filled with a layer of binder which will advantageously be arranged after the installation of the prefabricated module 3 and before that of the adjacent prefabricated module.
  • a connector 5 is attached to the beam 1, at the shoulder 8 of the prefabricated module 3 and at the shoulder 10 of the adjacent prefabricated module, and not only ensures the connection with beam 1, but also the mutual connection of the modules prefabricated 3.
  • the connector 5 can, in a first variant be, prior to installation, independent of prefabricated modules 3.
  • the connector 5 is then first fixed to the beam 1 by sealing with a binder in the blind hole provided for host it.
  • we have the binder layer 6 on the surface upper 1a of beam 1 then we come to install the prefabricated module 3 on the binder layer 6, the shoulder 8 then having to be provided with a through hole intended to accommodate the part that remains free of the connector 12.
  • the hole, not shown, is filled with the shoulder 8, there is a layer of binder on the shoulder 8 and the edges ends of the prefabricated module 3.
  • we have the adjacent prefabricated module whose shoulder 10 is also provided with a through hole, not shown. This through hole receives the free end of connector 5 and is then filled of binder.
  • FIG. 3 is illustrated a portion of a module edge prefab 3, seen from above.
  • the represented edge of the module prefabricated 3 is provided with a plurality of merlons 13 and slots 14 rectangular intended to interlock with another module prefabricated, not shown, provided with the same type of edge teeth. This improves the transmission of shear forces between two prefabricated modules.
  • FIG. 4 is illustrated another variant, in which the merlons 13 and slots 14 are rounded, the module prefabricated 15, next to the prefabricated module 3, having the same toothing.
  • a binder 7 is, of course, disposed between the modules prefabricated 3 and 15.
  • the toothing has a triangular shape.
  • FIG. 6 and 7 we see a portion of stone vault 16 supported by a right foot 17 surmounted by a sideboard wall 18.
  • the portion of arch 16 comprises an arch 19 formed of a succession of keys 20 juxtaposed whose separation planes pass through the axis of the vault 16.
  • Each key 20 is put in compression between the keys neighbors and by said neighboring keyboards as well as by the burden of arch 16.
  • the keyboards 20 are generally provided with seals in mortar ensuring maximum friction between the different keystones 20.
  • the vault 16 also includes a delimited portion of the vault by arches and called "vault 21".
  • the vault 21 is thick reduced compared to the arc 19 on which it rests.
  • the lower surface 22 of the vault 16 is visible to the public, while the upper surface 23 does not is not, being covered with a floor or a roof.
  • An element working 24 is carried out on the upper surface 23 of the vault 16 in line with the arc 19.
  • the working element 24 is firmly secured to each key 20 by means of connectors 25.
  • the working element 24 includes adjacent prefabricated modules 3 as described above, in relation to Figure 1.
  • Installation of the working element 24 and connectors 25 is carried out as follows. We start by clearing the upper surface 23 in line with the arch 19 of any annoying element, such as a cracked coating or miscellaneous waste. From the upper surface 23, we dig into each key 20 at least one blind hole in which one comes to have a connector 25 which is sealed with a resin composition synthetic, for example epoxy.
  • the depth of the blind hole and therefore the connector sealing length 25 are determined according to of the load to be borne by said connector 25. In the event of very heavy load important, several connectors 25 can be provided per key 20.
  • the section of the working element 24 is calculated as a function compression constraints to be removed.
  • the element working 24 can be of variable section in order to adapt to variations in constraints.
  • the element working 24 reduces stresses to be supported by existing elements. Depending on the type and condition of degradation of the roof, we can choose to share the constraints of compression between the working element 24 and the arc 19.
  • the layer 6 of synthetic mortar is then poured directly onto the keystones 20 to promote good adhesion between these elements.
  • the working element 24 must take up all the constraints compression and support each key 20 of the arc 19.
  • the separator 26 may be in the form of a membrane, for example of felt or polyane.
  • the separator 26 is disposed between the working element 24 and each key 20 of the arc 19.
  • a glass or laminate fabric forming a reinforcing web 27 which extends over part or all of the vault 21 with a view to his participation in the recovery of the constraints of compression.
  • the reinforcing veil 27 can be produced by a succession of layers of glass fiber and resin canvas, including possibly honeycomb sandwich panels.
  • stiffeners 28 disposed between part of the reinforcement veil 27 in front of the roof 21 and another part of the reinforcement web 27 in contact with the working element 24.
  • the stiffeners 28 can be arranged at regular intervals, for example on the cob with a predetermined angle relative to the element working 24 and can be made of any inert material capable to withstand the tensile stresses, for example in fibers aramids.
  • FIG. 9 Another type of vault is illustrated in Figure 9.
  • This vault 16 is provided with a circular lower surface 22 and an upper surface 23 plan.
  • the arch 16 is therefore of variable thickness, smaller at center and stronger at the edges.
  • these blind holes of variable depth we just arrange and seal connectors 25 of suitable length to project beyond the upper surface 23, then just layer 6 of synthetic mortar.
  • the prefabricated modules 3 which will be provided with suitable through holes at the inclination of the connectors 25. If necessary, provision may be made for the through holes with a diameter much larger than that of connectors 25 in order to facilitate the installation of the prefabricated modules 3.
  • FIG 10 we see a masonry element of shape straight working in compression and comprising a plurality of keypads 29 in the form of a bevel in order to ensure their mutual wedging and an operation similar to that of a vault.
  • Each key 29 is drilled with one or more blind holes in which is arranged and sealed a connector 25 projecting above the keyway 29.
  • a working element 24 is installed by grouting a layer of mortar synthetic 6 above said keyboards 29, installation of modules prefabricated 3 on layer 6, the free ends of the connectors 25 projecting through through holes provided for this purpose in the prefabricated modules 3, sealing of said free ends of connectors 25, filling of spaces between modules prefabricated 3 with a binder 7, then covering the surface top of the prefabricated module 3 with a layer of mortar synthetic.
  • the invention is perfectly suited to any structure whose bottom surface must be protected, both during the work of reinforcement only at the end of these.

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Abstract

Procédé de renforcement d'un élément de construction (1) disposé entre au moins deux appuis et travaillant en flexion ou en compression, dans lequel on ajoute au moins sur une face supérieure (1a) dudit élément de construction (1) une pluralité de modules préfabriqués (3) de renforcement, on dispose des connecteurs (4,5) entre lesdits modules préfabriqués (3) et ledit élément de construction (1), eton dispose un liant (6) entre lesdits modules préfabriqués (3) et ledit élément de construction (1). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne le domaine du renforcement de structures de construction en maçonnerie, en bois ou autre, s'étendant entre deux points d'appui et travaillant en flexion comme une poutre ou en compression comme une voûte. L'invention s'applique notamment aux constructions anciennes et aux constructions récentes en milieu agressif, notamment marin.
Au cours du temps, de telles structures sont susceptibles de se dégrader pour diverses raisons, infiltrations d'eau, provoquant une dégradation des pierres ou des briques ou du bois 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...
De façon connue, la restauration d'une voûte 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 délais, 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.
On connaít, par le document FR-A-2 792 354, un procédé de renforcement d'une structure en maçonnerie s'étendant entre au moins deux points d'appui distincts et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression. Chaque pièce se maintient par frottement sur les pièces adjacentes. On ajoute sur une face supérieure de la structure de maçonnerie un élément travaillant réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie, et solidarisé avec ladite structure de maçonnerie. L'élément travaillant est réalisé par coulis de mortier synthétique.
Ce procédé donne satisfaction dans de nombreuses applications.
Toutefois, l'invention vise à simplifier la mise en oeuvre du renforcement en facilitant sa pose.
L'invention a également pour but de réduire l'encombrement du renforcement.
Selon un aspect de l'invention, le procédé de renforcement de l'élément de construction disposé entre au moins deux appuis travaillant en flexion ou en compression, comprend les étapes suivantes :
  • on ajoute au moins sur une face supérieure dudit élément de construction une pluralité de modules préfabriqués de renforcement,
  • on dispose des connecteurs entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction, et
  • on dispose un liant entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction.
Il est relativement aisé de disposer des modules de construction, y compris sur des surfaces convexes, irrégulières ou même concaves.
Avantageusement, les connecteurs sont fixés dans les modules préfabriqués avant l'ajout desdits modules préfabriqués sur l'élément de construction.
En d'autres termes, les connecteurs peuvent être fixés dans les modules préfabriqués en usine. Les modules préfabriqués en usine peuvent également bénéficier d'une composition et d'une granulométrie plus régulière qu'un mortier ou béton gâché sur place. Les connecteurs peuvent être fixés dans les modules préfabriqués lors de la préfabrication desdits modules.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les connecteurs sont fixés dans l'élément de construction avant l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction. Cette variante est bien adaptée à un élément de construction ayant une surface irrégulière.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on étale une couche de liant sur la surface supérieure de l'élément de construction avant l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction. Le liant permet une transmission des efforts mécaniques entre l'élément de construction et les modules préfabriqués.
Avantageusement, on étale du liant entre les modules préfabriqués, après leur pose. On assure ainsi la transmission des efforts mécaniques entre les différents modules préfabriqués.
Dans un autre mode de réalisation, on dispose du liant entre l'élément de construction et les modules préfabriqués après l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de construction est une poutre. La poutre peut être un linteau en pierre, une poutre en béton ou une poutre métallique.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de construction est une voûte, par exemple en pierre ou en brique.
Avantageusement, les modules préfabriqués comprennent du béton. Les modules préfabriqués peuvent être réalisés en béton de fibres ou en béton chargé de fumées de silice.
Avantageusement, les connecteurs sont des tiges à base de fibres, par exemple des fibres de verre ou de carbone et de résine époxyde.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le liant comprend un mortier de résine, par exemple à base de résine époxyde.
Avantageusement, les modules préfabriqués se présentent sous la forme de plaques polygonales dont les bords sont pourvus de reliefs prévus pour favoriser la transmission d'efforts mécaniques aux modules préfabriqués voisins. Les modules préfabriqués peuvent être disposés en une couche.
À titre d'exemple, les modules préfabriqués peuvent se présenter sous une forme carrée avec un denture triangulaire sur leurs bords, de forme rectangulaire avec une denture ronde ou sinusoïdale, ou encore de forme triangulaire avec un recouvrement partiel permettant à un connecteur de traverser deux modules préfabriqués.
L'invention propose également un élément de construction disposé entre au moins deux appuis et travaillant en flexion ou en compression, ledit élément de construction comprenant un renforcement disposé sur une face supérieure dudit élément de construction et pourvu d'une pluralité de modules préfabriqués de renforcement, de connecteurs reliant lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction, et d'un liant disposé entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture 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 en coupe longitudinale d'une poutre renforcée selon un mode de réalisation de l'invention;
  • la figure 2 est une vue de détail d'une variante de la figure 1;
  • les figures 3 à 5 sont des vues de détail de modules préfabriqués selon différents aspects de l'invention; et
  • les figures 6 à 10 sont des vues en coupe transversale de voûtes renforcées selon un aspect de l'invention.
Comme on peut le voir sur la figure 1, une poutre 1, par exemple en bois, possède une surface supérieure 1a sur laquelle est disposé un renforcement 2. Le renforcement 2 comprend une pluralité de modules préfabriqués de renforcement 3, une pluralité de connecteurs, ici deux connecteurs 4, 5, par module préfabriqué 3, une couche de liant 6 disposée entre les modules préfabriqués 3 et la surface supérieure 1a de la poutre 1, et une couche de liant 7 disposée entre les modules préfabriqués 3. Une pluralité de solives 8 reposent par une de leurs extrémités sur la surface supérieure 1a de la poutre 1. Un plancher 9 est fixé sur les solives 8. La hauteur des solives 8 peut être de l'ordre de 0,15 m. par exemple.
Dans ce mode de réalisation, le renforcement 2 peut être réalisé comme suit. Les modules 3 sont préfabriqués en série dans un établissement industriel, dans un but de réduction des coûts et de constance de leurs caractéristiques mécaniques. Pour des chantiers présentant des exigences particulières, la forme des modules 3 peut être adaptée. Les connecteurs 4, 5 sont solidarisés avec les modules 3 lors de la préfabrication, et disposés selon un gabarit prédéfini. Sur le site où se trouve la poutre 1, on dégage l'accès à la surface supérieure 1a en enlevant les planchers, isolants, etc., qui la recouvrent.
On procède ensuite au perçage d'une pluralité de trous borgnes dans la poutre 1 à partir de la surface supérieure 1a selon le même gabarit que celui cité ci-dessues. Ces trous bornes sont destinés à accueillir l'extrémité des connecteurs 4, 5 opposée à celle noyée dans les modules préfabriqués 3. On peut également creuser dans la surface supérieure 1a de la poutre 1 une pluralité d'encoches ou d'entailles favorisant l'accrochage futur de la couche de liant 6 et permettant ainsi une meilleure transmission des efforts mécaniques, notamment de cisaillement entre la poutre 1 et le renforcement 2, dans le but d'augmenter la section travaillante de la poutre renforcée.
Pour des raisons de simplicité du dessin, ces encoches n'ont pas été représentées sur la figure 1. De la même façon, la surface inférieure 3a des modules préfabriqués 3 est avantageusement pourvue de concavités et d'aspérités permettant un meilleur accrochage avec la couche de liant 6. On vient ensuite remplir les trous borgnes creusés dans la poutre 1 par un mortier de résine et disposer la couche 6 réalisée dans le même mortier de résine sur la surface supérieure 1a. On pose ensuite les modules préfabriqués 3 en disposant les extrémités inférieures des connecteurs 4, 5 dans les trous borgnes. Une fois que deux modules préfabriqués 3 adjacents sont posés, on vient remplir la fente qui les sépare par du liant 7 également en mortier de résine.
Le mortier de résine est avantageusement un mortier à base de résine époxyde, chargé ou non de quartz, de fibres de verre, de fibres de carbone, etc. Ce mortier doit pouvoir être mis en oeuvre sous la pression atmosphérique et avoir une prise sans retrait.
Les connecteurs, qui permettent de solidariser les modules préfabriqués 3 et la poutre 1, sont réalisés 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 aramides, de l'acier à haute résistance, notamment inoxydable. Les connecteurs peuvent se présenter sous la forme de tiges droites, d'un diamètre de l'ordre de 5 à 30 mm, ou encore sous la forme de tiges coudées en U comme une agrafe, le fond du U étant noyé dans un module 3 ou disposé sur sa surface supérieure. Les connecteurs présentent une longueur très légèrement inférieure à la hauteur de la poutre renforcée, pour reprendre les efforts tranchants.
Les modules préfabriqués 3 pourront être réalisés à base de béton. Ce béton pourra être armé. Préférablement, on mettra en oeuvre un béton à haute résistance mécanique, tel qu'un béton chargé en fibres ou en poudres, du genre fumées de silice. On pourra ainsi réduire l'épaisseur des modules préfabriqués 3 et réduire leur masse, ce qui facilite leur pose ou permet, à masse égale, d'agrandir leurs dimensions et de réduire leur nombre. En outre, le renforcement sera de hauteur plus faible à résistance égale ce qui présente un avantage déterminant dans certains chantiers, notamment pour conserver la hauteur du plancher d'origine. Sur la figure 1, on voit que le renforcement 2 présente une hauteur sensiblement égale à celle des solives 8.
À titre d'exemple, on pourra prévoir des modules préfabriqués 3, d'une longueur comprise entre 0,5 et 1,2 mètres, par exemple de l'ordre de 1 mètre et de largeur variable selon l'application prévue et la largeur de la poutre 1. De tels modules peuvent être manipulés facilement par un opérateur seul, y compris dans des endroits d'accès difficile.
On comprend que l'invention permet une pose simplifiée du renforcement, évite la mise en oeuvre de coffrage qui est toujours consommatrice de temps, et permet donc une économie de main-d'oeuvre et une exécution plus rapide des chantiers.
Sur la figure 2 est illustrée une variante dans laquelle les modules préfabriqués 3, au lieu de se présenter sous la forme de simples parallélépipèdes rectangles comme dans le mode de réalisation précédent, sont ici pourvus d'un épaulement sur leurs bords. Le module préfabriqué 3 comprend un épaulement d'épaisseur réduite 10 disposé en position inférieure, en contact avec la couche de liant 6. Le module préfabriqué adjacent au module préfabriqué 3, comprend un épaulement supérieur 12 qui vient recouvrir l'épaulement 10 du module préfabriqué 3. L'espace 13 subsistant entre les épaulements 10 et 12, est rempli d'une couche de liant qui sera avantageusement disposée après la pose du module préfabriqué 3 et avant celle du module préfabriqué adjacent. En outre, un connecteur 5 est fixé à la poutre 1, à l'épaulement 8 du module préfabriqué 3 et à l'épaulement 10 du module préfabriqué adjacent, et assure non seulement la liaison avec la poutre 1, mais également la liaison mutuelle des modules préfabriqués 3.
Dans un tel mode de réalisation, le connecteur 5 peut, dans une première variante être, préalablement à la pose, indépendant des modules préfabriqués 3. Le connecteur 5 est alors d'abord fixé à la poutre 1 par scellement avec un liant dans le trou borgne prévu pour l'accueillir. Puis, on dispose la couche de liant 6 sur la surface supérieure 1a de la poutre 1, puis on vient poser le module préfabriqué 3 sur la couche de liant 6, l'épaulement 8 devant alors être prévu avec un trou traversant destiné à accueillir la partie restée libre du connecteur 12. On remplit le trou, non représenté, de l'épaulement 8, on dispose une couche de liant sur l'épaulement 8 et les bords d'extrémités du module préfabriqué 3. Enfin, on vient disposer le module préfabriqué adjacent dont l'épaulement 10 est également pourvu d'un trou traversant, non représenté. Ce trou traversant accueille l'extrémité restée libre du connecteur 5 et est ensuite rempli de liant.
Dans un but de simplification, on pourra prévoir d'utiliser le même liant pour le scellement des différentes portions du connecteur, la couche de liant 6 et le remplissage de l'espace 11. Toutefois, afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques très élevées, on pourra prévoir de réaliser la couche de liant 6 avec un liant plus chargé que celui qui sert au scellement du connecteur 5.
Sur la figure 3 est illustrée une portion d'un bord de module préfabriqué 3, en vue de dessus. Le bord représenté du module préfabriqué 3 est pourvu d'une pluralité de merlons 13 et de créneaux 14 rectangulaires destinés à s'enclencher avec un autre module préfabriqué, non représenté, pourvu du même type de denture de bord. On améliore ainsi la transmission d'efforts de cisaillement entre deux modules préfabriqués.
Sur la figure 4 est illustrée une autre variante, dans laquelle les merlons 13 et les créneaux 14 sont de forme arrondie, le module préfabriqué 15, voisin du module préfabriqué 3, possédant la même denture. Un liant 7 est, bien entendu, disposé entre les modules préfabriqués 3 et 15.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, la denture présente une forme triangulaire.
Sur les figures 6 et 7, on voit une portion de voûte en pierre 16 supportée par un pied-droit 17 surmonté d'un mur bahut 18. La portion de voûte 16 comprend un arc 19 formé d'une succession de claveaux 20 juxtaposés dont les plans de séparation passent par l'axe de la voûte 16. Chaque claveau 20 est mis en compression entre les claveaux voisins et par lesdits claveaux voisins ainsi que par la charge de la voûte 16. Les claveaux 20 sont généralement pourvus de joints en mortier assurant un frottement maximal entre les différents claveaux 20. La voûte 16 comprend également une portion de voûte délimitée par des arcs et appelée « voûtain 21 ». Le voûtain 21 est d'épaisseur réduite par rapport à l'arc 19 sur lequel il repose.
Dans la plupart des monuments et des constructions, l'intrados 22 de la voûte 16 est visible par le public, tandis que l'extrados 23 ne l'est pas, étant recouvert d'un plancher ou d'une toiture. Un élément travaillant 24 est réalisé sur l'extrados 23 de la voûte 16 au droit de l'arc 19. L'élément travaillant 24 est solidarisé fermement avec chaque claveau 20 au moyen de connecteurs 25. L'élément travaillant 24 comprend des modules préfabriqués 3 adjacents comme décrit ci-dessus, en rapport avec la figure 1.
La pose de l'élément travaillant 24 et des connecteurs 25 s'effectue de la façon suivante. On commence par dégager l'extrados 23 au droit de l'arc 19 de tout élément gênant, tel qu'un enduit fissuré ou des déchets divers. À partir de l'extrados 23, on creuse dans chaque claveau 20 au moins un trou borgne dans lequel on vient disposer un connecteur 25 que l'on scelle au moyen d'une composition de résine synthétique, par exemple époxyde.
On laisse une partie du connecteur 25 en saillie par rapport au claveau 20. La profondeur du trou borgne et par conséquent la longueur de scellement du connecteur 25 sont déterminées en fonction de la charge à supporter par ledit connecteur 25. En cas de charge très importante, on peut prévoir plusieurs connecteurs 25 par claveau 20.
Ensuite, on vient recouvrir l'extrados 23 au droit de l'arc 19 d'une couche 6 de mortier synthétique, puis de modules préfabriqués 3. On peut ensuite recouvrir les modules préfabriqués 3 avec une couche du même mortier de résine synthétique. Les éléments travaillants 3 seront pourvus de trous traversants destinés à accueillir les extrémités libres des connecteurs 25, ces trous étant ensuite remplis avec ledit mortier.
La section de l'élément travaillant 24 est calculée en fonction des contraintes de compression devant être supprimées. L'élément travaillant 24 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 24 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 24 et l'arc 19. La couche 6 de mortier synthétique est alors directement coulée sur les claveaux 20 pour favoriser une bonne adhésion entre ces éléments.
Dans d'autres cas, par exemple si la voûte est fortement dégradée, l'élément travaillant 24 doit reprendre toutes les contraintes de compression et supporter chaque claveau 20 de l'arc 19. On dispose alors un séparateur 26 entre l'extrados 23 et l'élément travaillant 24 afin d'éviter que l'arc 19 ne supporte des efforts. Le séparateur 26 peut se présenter sous la forme d'une membrane, par exemple de feutre ou de polyane.
Si le voûtain 21 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 8, le séparateur 26 est disposé entre l'élément travaillant 24 et chaque claveau 20 de l'arc 19. On dispose sur l'extrados 23 du voûtain 21 et sur la surface extérieure de l'élément travaillant 24 un tissu de verre ou stratifié formant un voile de renfort 27 qui s'étend sur une partie ou sur la totalité du voûtain 21 en vue de sa participation à la reprise des contraintes de compression. Le voile de renfort 27 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 21 et de l'élément travaillant 24, on peut encore prévoir des raidisseurs 28 disposés entre une partie du voile de renfort 27 au droit du voûtain 21 et une autre partie du voile de renfort 27 en contact avec l'élément travaillant 24. Les raidisseurs 28 peuvent être disposés à intervalles réguliers, par exemple en épi avec un angle prédéterminé par rapport à l'élément travaillant 24 et peuvent être réalisés en tout matériau inerte capable de supporter les contraintes de traction, par exemple en fibres aramides.
Si l'on veut que les claveaux 20 participent aussi à la reprise des contraintes de compression, on procèdera à la pose de l'élément de renforcement 24 illustré sur la figure 8, en omettant le séparateur 26.
Un autre type de voûte est illustré sur la figure 9. Cette voûte 16 est pourvue d'un intrados 22 de forme circulaire et d'un extrados 23 plan. La voûte 16 est donc d'épaisseur variable, plus faible au centre et plus forte sur les bords. On creuse alors des trous borgnes de longueur adaptée pour pénétrer dans les pierres ou les briques formant l'intrados 22 de la voûte 16. Ces pierres ou briques peuvent être, soit des claveaux si la voûte 16 est un arc, ou des éléments de voûtain si la voûte 16 est une voûte plane non nervurée. Dans ces trous borgnes de profondeur variable, on vient disposer puis sceller des connecteurs 25 de longueur adaptée pour faire saillie au-delà de l'extrados 23, puis on vient couler la couche 6 de mortier synthétique. On dispose ensuite les modules préfabriqués 3 qui seront pourvus de trous traversants adaptés à l'inclinaison des connecteurs 25. Si nécessaire, on peut prévoir les trous traversants de diamètre nettement plus élevé que celui des connecteurs 25 afin de faciliter la pose des modules préfabriqués 3. On dispose ensuite du liant 7 entre les modules préfabriqués 3 et éventuellement une couche supérieure de liant venant recouvrir les modules préfabriqués 3.
Sur la figure 10, on voit un élément de maçonnerie de forme droite travaillant en compression et comprenant une pluralité de claveaux 29 en forme de biseau afin d'assurer leur coincement mutuel et un fonctionnement analogue à celui d'une voûte. Chaque claveau 29 est percé d'un ou plusieurs trous borgnes dans lequel est disposé et scellé un connecteur 25 faisant saillie au-dessus du claveau 29. Un élément travaillant 24 est installé par coulis d'une couche de mortier synthétique 6 au-dessus desdits claveaux 29, pose de modules préfabriqués 3 sur la couche 6, les extrémités libres des connecteurs 25 faisant saillie dans des trous traversants prévus à cet effet dans les modules préfabriqués 3, scellement desdites extrémités libres des connecteurs 25, remplissage des espaces entre les modules préfabriqués 3 par un liant 7, puis recouvrement de la surface supérieure du module préfabriqué 3 par une couche de mortier synthétique.
Ainsi, on dispose d'un procédé de renforcement et d'une structure porteuse s'étendant entre deux points d'appui et comprenant un renforcement réalisé avec des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure d'origine, solidarisé avec ladite structure, au moins une partie de ladite structure étant pourvue de connecteurs aptes à répartir au moins une partie de la charge vers l'élément de renforcement.
Grâce à l'invention, on obtient une structure renforcée de façon économique sans encombrement excessif et avec un chantier dont l'exécution peut être relativement rapide.
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 (20)

  1. Procédé de renforcement d'un élément de construction disposé entre au moins deux appuis et travaillant en flexion ou en compression, dans lequel on ajoute au moins sur une face supérieure dudit élément de construction une pluralité de modules préfabriqués de renforcement, on dispose des connecteurs entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction, et on dispose un liant entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les connecteurs sont fixés dans les modules préfabriqués avant l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les connecteurs sont fixés dans les modules préfabriqués lors de la préfabrication desdits modules.
  4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les connecteurs sont fixés dans l'élément de construction avant l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on étale une couche de liant sur la face supérieure dudit élément de construction avant l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on étale du liant entre les modules préfabriqués.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on dispose du liant entre l'élément de construction et les modules préfabriqués après l'ajout des modules préfabriqués sur l'élément de construction.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de construction est une poutre.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément de construction est une voûte.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les modules préfabriqués comprennent du béton.
  11. Procédé selon la revendication 11, dans lequel les modules préfabriqués comprennent du béton de fibres.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les connecteurs sont des tiges à base de fibres de verre ou de carbone.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les connecteurs comprennent de l'acier à haute résistance.
  14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant comprend un mortier de résine.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un connecteur est commun à au moins deux modules préfabriqués.
  16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel deux modules préfabriqués se recouvrent partiellement.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins deux modules préfabriqués possèdent des bords pourvus de dents.
  18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un module préfabriqué possède une surface inférieure comprenant des aspérités et/ou des concavités.
  19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les modules préfabriqués sont disposés en une couche.
  20. Elément de construction (1) disposé entre au moins deux appuis et travaillant en flexion ou en compression, caractérisé par le fait qu'il comprend un renforcement disposé sur une face supérieure (1a) dudit élément de construction et pourvu d'une pluralité de modules préfabriqués (3) de renforcement, de connecteurs (4, 5) reliant lesdits modules préfabriqués (3) et ledit élément de construction, et d'un liant (6) disposé entre lesdits modules préfabriqués et ledit élément de construction.
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