FR2606057A1 - REINFORCEMENT OF STRUCTURAL ELEMENTS BY INSERTING HIGH-STRENGTH PLATES - Google Patents
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Abstract
UN PROCEDE DE RENFORCEMENT D'UN ELEMENT EN BOIS 1 COMPREND LES ETAPES SUIVANTES : CREUSER DES CAVITES 4 DANS LES ZONES A RENFORCER DE L'ELEMENT; INSERER DANS LESDITES CAVITES DES PLAQUES DE RENFORCEMENT 5; REMPLIR LESDITES CAVITES AU MOYEN D'UN PRODUIT DURCISSABLE DE REMPLISSAGE A BASE DE RESINE DE FACON A SOLIDARISER LESDITES PLAQUES A L'ELEMENT, LESDITES PLAQUES DE RENFORCEMENT ETANT SUFFISAMMENT RESISTANTES ET CORRECTEMENT DIMENSIONNEES POUR POUVOIR RESTITUER OU CONFERER A L'ELEMENT L'INERTIE SOUHAITEE APRES SOLIDARISATION. IL PEUT COMPRENDRE EN OUTRE LE REMPLACEMENT D'UNE PARTIE MANQUANTE 8 DUDIT ELEMENT EN BOIS PAR UN MORTIER DE RESINE, ET L'IMPREGNATION DE PARTIES DEGRADEES 3 DUDIT ELEMENT PAR UN MATERIAU A BASE DE RESINE. LESDITES PLAQUES DE RENFORCEMENT 5 PEUVENT ETRE DE BOIS, D'ACIER, DE METAL OU DE PLASTIQUE RIGIDE, PERCEES DE TROUS 6, MUNIES DE CHEVILLES DE POSITIONNEMENT ET DE SOLIDARISATION, ET COMPORTER DES TALONS D'APPUI. APPLICATION NOTAMMENT AUX OPERATIONS DE REHABILITATION ET DE RESTAURATION DE BATIMENTS.A PROCESS FOR REINFORCING A WOODEN ELEMENT 1 INCLUDES THE FOLLOWING STEPS: EXCAVATING CAVITIES 4 IN THE AREAS TO BE REINFORCED WITH THE ELEMENT; INSERT IN THE SAID CAVITES REINFORCEMENT PLATES 5; FILL SUCH CAVITES WITH A CURABLE RESIN-BASED FILLING PRODUCT TO SOLIDARIZE THE SAME, THE SAME REINFORCEMENT PLATES ARE SUFFICIENTLY RESISTANT AND CORRECTLY DIMENSIONED TO BE ABLE TO RESTITUTE OR CONFERATE AFTER SOLIDARIZATION. IT MAY ALSO INCLUDE THE REPLACEMENT OF A MISSING PART 8 OF SUCH A WOODEN ELEMENT WITH A RESIN MORTAR, AND THE IMPREGNATION OF DEGRADED PARTS 3 OF SAID ELEMENT WITH A RESIN-BASED MATERIAL. THE SAME REINFORCEMENT PLATES 5 MAY BE OF WOOD, STEEL, METAL OR RIGID PLASTIC, DRILLED WITH HOLES 6, PROVIDED WITH POSITIONING AND SOLIDARIZING PLUGS, AND INCLUDING SUPPORT HEELS. APPLICATION IN PARTICULAR TO REHABILITATION AND RESTORATION OPERATIONS OF BUILDINGS.
Description
La présente invention concerne un procédé de renforcement d'eléments enThe present invention relates to a method for reinforcing elements in
bois,wood,
notamment de charpente, tels que des poutres. in particular of framework, such as beams.
On peut être amené à renforcer des poutres et éléments de charpente en bois pour différentes raisons: - altération du bois par suite des intempéries ou de l'attaque par des larves d'insectes, des algues, des champignons, des micro-organismes (pourritures). Ces altérations touchent frequemment par exemple les extrémités de poutres encastrées, à cause notamment de l'humidité qui peut régner autour de la poutre au niveau de l'encastrement par absence de ventilation; 1 0 - apparition de charges anormales pouvant entraîner la rupture de fibres: surcharge des planchers, modification de la géométrie des assemblages par suite de tassements des We can reinforce wooden beams and structural elements for different reasons: - weathering of the wood as a result of bad weather or attack by insect larvae, algae, fungi, micro-organisms (rots ). These alterations frequently affect for example the ends of embedded beams, in particular because of the humidity which can reign around the beam at the level of the embedding by absence of ventilation; 1 0 - appearance of abnormal loads which can lead to the breaking of fibers: overloading of floors, modification of the geometry of assemblies as a result of settlement of
fondations, etc...foundations, etc ...
Le brevet français n' 2 170 498 de BOUWECONOMISCH EN TECHNOLOOHISCH ADVIESBUREAU décrit un procédé de renforcement de poutres en bois dans la region de leur i 5 appui par des tiges d'armature enfoncées dans des trous forés dans le bois et solidarisées au bois par une pâte durcissable à base de résine. Ce procédé présente plusieurs inconvénients: d'une part il est difficile de dimensionner les tiges d'armatures car on ne connait pas toujours la direction et l'intensité des forces à reprendre dans une poutre degradee, d'autre French Patent No. 2,170,498 to BOUWECONOMISCH EN TECHNOLOOHISCH ADVIESBUREAU describes a method of reinforcing wooden beams in the region of their support by reinforcing rods driven into holes drilled in the wood and secured to the wood by a resin-based curable paste. This process has several drawbacks: on the one hand, it is difficult to size the reinforcing rods because we do not always know the direction and intensity of the forces to be taken up in a degraded beam, on the other
part ce procédé ne concerne que les renforcements de poutres au niveau de leurs appuis. apart from this process only concerns the reinforcement of beams at the level of their supports.
Enfin, des tiges d'armature travaillent surtout en traction, et c'est la poutre dégradée qui doit fournir le complément de résistance mécanique nécessaire à la reprise des moments flécnissants et des efforts de compression Un but de la présente invention est de proposer un procéd de renforcement d'éléments en bois, notamment de charpente, tel que des poutres, sans ajouter de pièces de renforcement structurelles à l'extérieur desdits éléments, et tout en préservant la forme et l'encombrement d'origine de ces éléments, ainsi que leur aspect dans la plupart des cas. Un autre but de la présente Invention est que ledit renforcement soit facilement calculable, et qu'il soit possible en le mettant en oeuvre de renforcer un élément en bois tant au niveau de Finally, reinforcing rods work especially in traction, and it is the degraded beam which must provide the additional mechanical resistance necessary for the resumption of the bending moments and the compressive forces. An object of the present invention is to propose a method of reinforcing wooden elements, in particular of framework, such as beams, without adding structural reinforcing parts to the exterior of said elements, and while preserving the original shape and size of these elements, as well as their appearance in most cases. Another object of the present invention is that said reinforcement is easily calculable, and that it is possible by using it to reinforce a wooden element both at the level of
ses appuis qu'en d'autres endroits, voire sur toute sa longueur. its supports only in other places, even over its entire length.
Selon la présente invention, un procédé de renforcement d'un élément en bois, notamment de charpente, comprend les étapes suivantes: - creuser des cavités sensiblement planes dans les zones à renforcer de l'élément Insérer dans lesdites cavités des plaques de renforcement; - remplir lesdites cavités d'un produit durcissable de remplissage à base de résine de façon à solidariser lesdites plaques à l'élément, lesdites plaques de renforcement étant suffisamment résistantes et correctement dimensionnées pour pouvoir restituer ou conférer à l'élément l'inertie souhaitée après solidarisation. According to the present invention, a method of reinforcing a wooden element, in particular a framework, comprises the following steps: - digging substantially flat cavities in the areas to be reinforced of the element Insert reinforcement plates in said cavities; - Fill said cavities with a curable resin-based filling product so as to secure said plates to the element, said reinforcement plates being sufficiently resistant and correctly sized to be able to restore or give the element the inertia desired after solidarity.
Les cavités sont par exemple des feuillures ou des rainures creusées dans le bois. The cavities are for example rebates or grooves dug in the wood.
Le produit à base de résine peut être une résine époxydique, un coulis ou un mortier de résine, adhérant fortement aussi bien sur le bois que sur le matériau des plaques de renforcement, lequel peut être du métal, du bois, une matière plastique, ou tout autre The resin product can be an epoxy resin, a grout or a resin mortar, which adheres strongly to both the wood and the material of the reinforcing plates, which can be metal, wood, plastic, or other
matériau suffisamment rigide et résistant. sufficiently rigid and resistant material.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la solidarisation des plaques de renforcement avec le coulis ou le mortier de résine peut être améliorée, soit en perforant ou en ajourant les plaques de renforcement, soit en les équipant de saillies ou de reliefs tels que According to an advantageous embodiment of the invention, the connection of the reinforcement plates with the grout or the resin mortar can be improved, either by perforating or perforating the reinforcement plates, or by equipping them with projections or reliefs such than
des chevilles ou des tétons.ankles or nipples.
Toujours selon l'invention, si l'élément comporte des zones dégradées, les zones dégradées peuvent préalablement être régénérées par imprégnation par capillarité ou i 5 injection de résines, éventuellement solvantées ou rechargées avec un mortier de résine Still according to the invention, if the element comprises degraded zones, the degraded zones can be regenerated beforehand by impregnation by capillary action or by injection of resins, optionally solvent-based or recharged with a resin mortar.
semi-souple dont l'élasticité aura été ajustée en fonction de celle du bois. semi-flexible whose elasticity will have been adjusted according to that of the wood.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on
lecture de la description suivante donnée à titre d'exemples non limitatifs des formes reading of the following description given by way of nonlimiting examples of the forms
possibles de réalisation de l'invention, en regard des dessins ci-joints et qui fera bien possible embodiments of the invention, with reference to the attached drawings, which will do well
comprendre comment l'invention peut être réalisée. understand how the invention can be realized.
Sur les dessins: les figures la à ld sont des coupes transversales de principe illustrant différentes étapes du renforcement d'un élément selon un mode de réalisation du procédé de l'invention; la figure 2 est une coupe transversale de principe d'un élément renforcé selon un autre mode de réalisation du procédé de l'invention; la figure 3 est une coupe longitudinale de principe d'un about pourri de poutre encastrée renforcé selon le procédé de l'invention; la figure 4a est une coupe longitudinale de principe d'un autre about de poutre encastrée renforcé selon le procédé de l'lnvention; la figure 4b est une coupe transversale de principe de l'about de poutre de la figure 4a, selon la ligne XX; la figure 5 est une vue partielle de côté d'une poutre surchargée en cours de renforcement selon le procédé de l'invention; la figure 6 est une vue en perspective d'une poutre en bois à laquelle on a restitué sa In the drawings: FIGS. La to ld are cross-sections in principle illustrating different stages of the reinforcement of an element according to an embodiment of the method of the invention; Figure 2 is a cross section in principle of a reinforced element according to another embodiment of the method of the invention; Figure 3 is a longitudinal section in principle of a rotten butt end of reinforced recessed beam according to the method of the invention; Figure 4a is a longitudinal section in principle of another end of a reinforced recessed beam according to the method of the invention; Figure 4b is a cross section in principle of the beam end of Figure 4a, along line XX; Figure 5 is a partial side view of an overloaded beam being reinforced according to the method of the invention; Figure 6 is a perspective view of a wooden beam to which has been restored
résistance initiale sur toute sa longueur grâce au procédé. initial resistance over its entire length thanks to the process.
Sur la figure la, on a représenté une poutre I de section rectangulaire en coupe transversale. Une première zone 2 est saine, tandis qu'une deuxième zone 3 est dégradée par pourrissement. Les traits interrompus montrent la forme initiale de la poutre Sur la figure 1 b, des cavités en forme de saignées 4 ont été creusées dans la poutre. Les saignées traversent la zone dégradée 3 et pénètrent dans la zone saine 2. La figure lc illustre une phase ultérieure du renforcement de poutre: la zone dégradée 3 a été imprégnée de résine, et des plaques de renforcement longitudinales 5 ont été mises en place dans lesdites saignées 4. Les plaques de renforcement 5 sont percées de trous 6. Sur la figure ld, le renforcement est terminé: on a injecté un coulis de résine 7 dans lesdites saignées 4 autour des plaques 5, et la forme de la poutre a été reconstituée par un apport de matériau en 8, qui peut être un mortier de résine. Les trous 6 ont des dimensions telles qu'ils se sont remplis de coulis de 1 0 résine lors de l'injection, ce qui améliore la solidarisation des plaques de renforcement avec In Figure la, there is shown a beam I of rectangular section in cross section. A first zone 2 is healthy, while a second zone 3 is degraded by rotting. The broken lines show the initial shape of the beam. In FIG. 1 b, recesses in the form of grooves 4 have been dug in the beam. The grooves cross the degraded zone 3 and enter the healthy zone 2. FIG. 1c illustrates a later phase of the beam reinforcement: the degraded zone 3 has been impregnated with resin, and longitudinal reinforcement plates 5 have been placed in said grooves 4. The reinforcing plates 5 are pierced with holes 6. In FIG. 1d, the reinforcement is finished: a resin grout 7 was injected into said grooves 4 around the plates 5, and the shape of the beam was reconstituted by an addition of material in 8, which can be a resin mortar. The holes 6 have dimensions such that they are filled with resin grout during injection, which improves the joining of the reinforcement plates with
le reste de la poutre 1.the rest of beam 1.
La figure 2 est une coupe transversale d'une poutre renforcée selon une autre variante du procédé de la présente invention. On reconnaît une poutre 1 1, une zone saine 12, une zone dégradée 13 régénérée par imprégnation de résine, une saignée 14, qul s'étend 1 5 longitudinalement, et une plaque de renforcement 15 introduite dans ladite saignée. Cette fois, la plaque de renforcement 15 est munie de tétons ou chevilles 16 de solidarisation pour améliorer la solidarisation de ladite plaque au reste de la poutre 11. Lesdites chevilles permettent également de positionner la plaque de renforcement 15 dans la saignée avant Figure 2 is a cross section of a reinforced beam according to another variant of the method of the present invention. We recognize a beam 1 1, a healthy area 12, a degraded area 13 regenerated by impregnation of resin, a groove 14, which extends 1 5 longitudinally, and a reinforcing plate 15 inserted in said groove. This time, the reinforcing plate 15 is provided with pins or dowels 16 for securing to improve the joining of said plate to the rest of the beam 11. Said dowels also make it possible to position the reinforcement plate 15 in the front groove
l'injection et la prise du coulis de résine. injection and setting of the resin grout.
Sur la figure 3, on a représenté en coupe longitudinale un about de poutre encastrée renforcé selon le procédé de la présente invention. Une poutre en bois 21 est encastrée dans un mur porteur 20. Une première zone 22 de la poutre est saine et une deuxième zone 23 située près du mur est dégradée, par exemple par pourriture. Il manque du bois au bout de la poutre, au niveau de l'encastrement. Selon le procédé de l'invention, on a introduit une plaque de renforcement 25 dans une saignée longitudinale non représentée, mais similaire à celles 4, 14 décrites précédemment en références aux figures 1 et 2. La plaque de renforcement s'étend dans une partie de la zone saine 22, passe par la zone dégradée 23 et dépasse de cette deuxième zone vers l'extérieur, jusqu'au bout de la poutre telle qu'elle se présentait à l'origine. On Injecte ensuite un coulis de résine qui remplit tous les vides, autour des plaques de renforcement dans la saignée, lesdites plaques se trouvant ainsi noyées dans le coulis de In Figure 3, there is shown in longitudinal section a buttress of recessed beam reinforced according to the method of the present invention. A wooden beam 21 is embedded in a load-bearing wall 20. A first zone 22 of the beam is healthy and a second zone 23 located near the wall is degraded, for example by decay. There is a lack of wood at the end of the beam, at the level of the embedding. According to the method of the invention, a reinforcing plate 25 has been introduced into a longitudinal groove not shown, but similar to those 4, 14 described previously with reference to FIGS. 1 and 2. The reinforcing plate extends in a part from the healthy zone 22, passes through the degraded zone 23 and protrudes from this second zone towards the outside, to the end of the beam as it originally appeared. A resin grout is then injected which fills all the voids around the reinforcement plates in the groove, said plates thus being embedded in the grout of
résine, et entre ce qui reste de la poutre et le mur 20, dans le logement d'encastrement 28. resin, and between what remains of the beam and the wall 20, in the housing 28.
De plus, l'excédent de résine imprègne et renforce les zones dégradées ou décomposées 23 du bois, et leur confère une résistance supérieure à leur résistance initiale. Comme précédemment, la plaque 25 peut être munie de trous de solidarisation ou de chevilles 26 de In addition, the excess resin impregnates and strengthens the degraded or decomposed areas 23 of the wood, and gives them a resistance greater than their initial resistance. As before, the plate 25 can be provided with fixing holes or dowels 26 of
solidarisation et de positionnement. joining and positioning.
Les figures 4a et 4b illustrent une variante du procédé décrit en référence à la figure Figures 4a and 4b illustrate a variant of the process described with reference to the figure
3. Cette fois, le procédé de l'invention est utilisé pour reconstituer un about de poutre. 3. This time, the method of the invention is used to reconstruct a beam butt.
L'extrémité d'une poutre en bois 31 appuyée par cette extrémité dans un mur 30 est dégradée et il faut reconstituer l'appui. Deux saignées longitudinales 34 sont creusées dans la poutre et des plaques de renforcement 35 percées de trous 36 sont introduites dans les saignées Les plaques de renforcement sont ici munies de talons d'appui 40 à leur partie inférieure. Les saignées partent d'une zone saine 32 de la poutre, traversent la zone dégradée 33 et se prolongent vers l'appui jusqu'à l'extrémité de la poutre telle qu'elle se présentait avant sa dégradation. Comme précédemment, un coulis de résine est injecté dans les saignées 34. Il remplit ces saignées, imprègne la zone dégradée 33 et remplace la matière manquante 38, ici du bois, à l'extrémité de la poutre. Un fond de joint 39 peut être prévu pour limiter les The end of a wooden beam 31 supported by this end in a wall 30 is degraded and the support must be restored. Two longitudinal grooves 34 are dug in the beam and reinforcement plates 35 pierced with holes 36 are introduced into the grooves The reinforcement plates are here provided with bearing heels 40 at their lower part. The grooves start from a healthy zone 32 of the beam, cross the degraded zone 33 and extend towards the support up to the end of the beam as it appeared before its degradation. As before, a resin grout is injected into the grooves 34. It fills these grooves, permeates the degraded area 33 and replaces the missing material 38, here wood, at the end of the beam. A seal bottom 39 can be provided to limit the
1 0 débordements de résine.1 0 resin overflows.
Le procédé de l'invention peut également être utilisé pour permettre à une poutre de résister à des efforts pour laquelle elle n'avait pas été prévue à l'origine. Cette application du procéde de l'invention est illustré sur la figure 5. A la suite d'une surcharge engendrant un moment fléchissant excessif, une poutre 41 en bois est fissurée en son milieu selon des surfaces définies par des lignes obliques 42. Selon l'invention, après avoir repris la flèche de la poutre au moyen d'étançons 43, on creuse dans la partie inférieure de la poutre une ou plusieurs saignées longitudinales 44 dans chacune desquelles on glisse une plaque de renforcement 45 percée de trous 46. Aprés avoir réalisé des forages d'injection 47, 48 qui recoupent les fissures de rupture 42 dans la poutre 41, on injecte un produit à base de 2 0 résine dans ces forages. De cette façon, le produit à base de résine chemine dans les fissures et rétabli le monolithisme de la poutre. Comme précédemment, les saignées sont elles aussi The method of the invention can also be used to allow a beam to withstand forces for which it was not originally intended. This application of the process of the invention is illustrated in FIG. 5. Following an overload causing an excessive bending moment, a wooden beam 41 is cracked in the middle along surfaces defined by oblique lines 42. According to the invention, after having taken up the deflection of the beam by means of props 43, one or more longitudinal grooves 44 are hollowed out in the lower part of the beam 44 in each of which a reinforcing plate 45 is pierced with holes 46. After having produced injection holes 47, 48 which intersect the rupture cracks 42 in the beam 41, a resin-based product is injected into these holes. In this way, the resin product travels through the cracks and restores the monolithism of the beam. As before, the bloodletting is also
remplies de résine.filled with resin.
Dans le dernier exemple, illustré sur la figure 6, une poutre en bois 51 de 8 mètres de long et de 0,4 x 0,4 m2 de section, encastrée en ses extrémités sur une profondeur de 0,40 m, a été renforcée sur toute sa longueur au moyen d'une plaque métallique 55 de mm d'épaisseur insérée dans une saignée 54 de 20 mm de large partant du dessus de la poutre et s'arrêtant à 50 mm du bas de la poutre. La plaque 51 est percée de trous de solidarisation 56. Dans cet exemple, on a redonné à la poutre sa résistance initiale après durcissement de la résine injectée dans la saignée 54 autour de la plaque métallique. Il est facile de dimensionner la plaque métallique, car il suffisait ici de lui donner la même résistance mécanique que la poutre en bois du point de vue des moments fléchissants et efforts tranchants, le reste de la poutre en bois ne servant ici qu'a s'opposer au flambage de la partie In the last example, illustrated in Figure 6, a wooden beam 51 8 meters long and 0.4 x 0.4 m2 in section, embedded at its ends to a depth of 0.40 m, was reinforced over its entire length by means of a metal plate 55 mm thick inserted into a groove 54 20 mm wide starting from the top of the beam and stopping 50 mm from the bottom of the beam. The plate 51 is pierced with securing holes 56. In this example, the beam has been restored to its initial strength after hardening of the resin injected into the groove 54 around the metal plate. It is easy to size the metal plate, because it was enough here to give it the same mechanical resistance as the wooden beam from the point of view of bending moments and cutting forces, the rest of the wooden beam being used here only for s to oppose the buckling of the game
comprimée de la plaque métallique, au-dessus de son axe neutre. compressed from the metal plate, above its neutral axis.
Le procédé de la présente invention s'applique notamment au renforcement des structures de bâtiments, par exemple dans le cadre d'opérations de réhabilitation, de The method of the present invention is particularly applicable to the reinforcement of building structures, for example in the context of rehabilitation operations,
reconversion ou de restauration de bâtiment. building conversion or restoration.
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