FR2818274A1 - Procede de protection, de reparation et de consolidation d'ouvrages d'arts comportant des elements metalliques inclus dans une matrice en beton, platre, ciment ou mortier - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de protection, de réparation et de consolidation d'ouvrages d'arts comportant des éléments métalliques inclus dans une matrice en béton, plâtre, ciment ou mortier. Elle consiste à introduire, à proximité immédiate des parties métalliques à protéger, et plus particulièrement de poutrelles métalliques inclues dans le béton, un liquide (20) inhibiteur de corrosion. Cette introduction se fait au moyen d'une pluralité de conduits (2) percés dans le béton, munis de chevilles (3) avec des clapets anti-retour puis remplis sous pression du liquide (20). Dans un mode de réalisation préféré, les conduits (2) comportent une courbure et sont réalisé par couples de 2 symétriques pour chaque poutrelle que l'on cherche à protéger, y compris au niveau de leurs encastrements dans les murs.L'invention s'applique plus particulièrement à la protection ou à la réfection des dalles de rez dans les immeubles hausmanniens. Elle s'applique également à la protection des garde-corps encastrés dans les balcons.

Description

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L'invention concerne un procédé de protection, de réparation et de consolidation d'ouvrages d'arts comportant des éléments métalliques inclus dans une matrice en béton, plâtre, ciment ou mortier.

La quasi-totalité des ouvrages du bâtiment et des travaux public comportent des parties métalliques participant à la stabilité des constructions, ces parties métalliques pouvant être par exemple des aciers d'armatures, des profilés métalliques, des poutrelles ou des câbles ainsi que des enrobages, réalisés par exemple en béton, ciment ou plâtre ou encore en mortier de ciment ou de chaux.

La stabilité et/ou la rigidité de la structure sont obtenues par combinaison des contributions des parties métalliques et des enrobages.

En principe, le fait d'être inclus dans le matériaux d'enrobage a pour conséquence de retarder l'apparition de phénomènes de corrosion des parties métalliques, ce qui permet d'obtenir une longue pérennité des ouvrages. Il n'en reste pas moins que les matériaux d'enrobage peuvent eux-mêmes se charger progressivement d'humidité, ladite humidité se transmettant aux parois des parties métalliques. Le plus souvent, ces parties métalliques sont soumises à des contraintes mécaniques de flexion de torsion, de traction et/ou de compression, si bien que leur surfaces extérieures se trouvent être plus vulnérables à l'infiltration d'humidité puis à la corrosion. En tout état de cause, on assiste fréquemment à l'apparition de corrosion sous forme de dépôt pelliculaire ou

feuilleté en surface de parties métalliques enrobées dans les ouvrages de bâtiment ou de 1 travaux publics. Cette corrosion se développe et prospère régulièrement, jusqu'à fragiliser puis détruire progressivement les éléments métalliques dont elle peut. à long terme, atteindre les parties centrales.

L'apparition de tels phénomènes de corrosion a pour conséquence de dégrader significativement la solidité et la sécurité des ouvrages concernés. En particulier, l'augmentation du volume de l'acier a pour conséquence d'endommager ou de détruire le matériau d'enrobage, lequel matériau ne joue plus son rôle de protection, ce qui aggrave le phénomène de corrosion. Le phénomène est d'autant plus dangereux qu'il

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est, pour ce qui concerne les parties métalliques totalement ou partiellement inclues dans les matériaux d'enrobage, pratiquement invisible.

Plusieurs procédés et produits ont été proposés dans le but de limiter ces phénomènes de corrosion ou d'en minimiser les conséquences. En premier lieu, on a pensé à intégrer dans le béton lui-même ou dans le liant des produits présentant des propriétés telles

qu'ils jouent le rôle d'inhibiteurs, ou, à tout le moins, de ralentisseurs de corrosion comme décrit dans le brevet français publié sous le ? 2 750 981 au nom de CIA ou dans le brevet ? EP0941975 au nom de SIKA AG ou encore dans le brevet WO 90/00635 au nom de LUIGGI STOPANI SPA. On. a également pensé à enduire les parties métalliques de produits ou résines jouant le rôle d'inhibiteur de corrosion, ces résines pouvant être constituées de zinc ou d'alliages de zinc et pouvant être appliquées par projection thermique comme décrit dans le brevet ? WO 9923282 au nom de GRILLOWERKE AG. On a proposé d'encapsuler les fers et poutrelles dans une enveloppe résistante à la corrosion formée de deux parties profilées reliées par un joint et restant à demeure autour des pièces métalliques qu'elles protègent (Brevet français NO 2 376 262 au nom de FOX DOUGLAS). On a enfin proposé d'avoir recours à des procédés électrolytiques, en plaçant les parties métalliques à un potentiel autre que neutre et en mettant ces parties métalliques en contact avec une anode, comme décrit par exemple dans la demande PCT/GB95/01468 publiée sous le ? WO 96/00805 au nom de ASW Limited.

La plupart des solutions proposées ont pour objet un traitement préventif et préalable de la corrosion susceptible d'apparaître dans les pièces métalliques enrobées dans du béton ou ciment. Elles ne peuvent donc pas s'appliquer a posteriori à des constructions existantes. La présente invention s'intéresse aux constructions existantes, dans lesquelles les pièces métalliques sont déjà incluses dans les ouvrages et se trouvent exposées à des phénomènes de corrosion lente, soit qu'il n'ait pas été prévu au départ de dispositions permettant d'inhiber la corrosion, soit que ces éventuelles dispositions initiales aient cessé de produire leurs effets. L'invention s'intéresse plus particulièrement au cas particulier des dalles de rez des immeubles hausmaniens. dans lesquelles des poutrelles, participant à la rigidité structurelle des planchers, sont incluses à intervalles réguliers. Il se trouve en effet que, dans ce type de constructions d'une part le vieillissement du béton ou ciment provoque une variation du pH telle qu'au bout de plusieurs dizaines d'années le pouvoir naturellement protecteur du béton vis à vis de la corrosion de l'acier s'estompe puis disparaît et, d'autre part, la diminution ou la

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suppression de la ventilation initialement ménagée dans les caves induit des phénomènes de saturation en humidité dans l'espace situé immédiatement sous les dalles de rez. Ces considérations expliquent l'importance du phénomène auquel l'invention apporte des solutions nouvelles, efficaces et originales. En effet, la plupart des immeubles, notamment ceux construits entre 1800 et 1950, sont affectés par des phénomènes de dégradation progressive par corrosion des poutrelles inclues dans leurs dalles de rez.

On trouve dans la littérature quelques propositions visant à introduire, dans le cas d'ouvrages ou de bâtiments déjà construits, des produits inhibiteurs de corrosion à proximité d'éléments métalliques inclus dans une matrice en béton. On citera par exemple à ce sujet le texte WO 93/12052 intitulé Imrovement in and relating to treatment for concrete au nom de ASTO MATERIAL SERVICES Itd qui propose d'injecter sous pression des composé de lithium dans du béton et le texte EP 0957071 intitulé a method for rehabilitative and/or protective corrosion-inhibition of reinforced steel embedded in a hardened concrete structure by means of surface-applied corrosioninhibiting compositions au nom de SIKA AG. Ce texte décrit un procédé d'apport d'inhibiteur de corrosion au moyen d'une pluralité de perçages réalisés dans le béton, concept antérieurement exposé dans dans le brevet américain US 5, 326, 529 (Miksic) et dans le brevet européen ? 0305393BI (au nom de Banks), ce dernier préconisant une introduction d'un liquide inhibiteur en phase vapeur. Dans tous les cas. les textes prévoient une diffusion de produits à travers une matrice béton, mais ne divulguent pas de moyens permettant de faire parvenir les produits à l'exact endroit où ils sont nécessaires, à savoir les surfaces corrodées, subissant un début de corrosion ou susceptibles de subir une corrosion à venir.

Dans les propositions comprises dans l'état de l'art, seule une petite partie des pièces métalliques incluses dans le béton peuvent être effectivement protégées par la présence de liquides inhibiteurs introduits par les moyens proposés. Or il suffit qu'il subsiste une seule longueur de quelques centimètres de poutrelle non protégée, dans laquelle perdurent les phénomènes de corrosion lente, pour que survienne un risque de rupture de la poutrelle et, par conséquent, d'effondrement ou d'affaissement de la dalle de rez.

La situation est comparable dans le cas des ancrages de garde-corps de balcon, ancrage qui sont des éléments de sécurité et dont les parties incluses dans le béton peuvent être l'objet de phénomènes de corrosion. L'objectif essentiel de l'invention est de proposer

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une solution permettant de supprimer définitivement, sur toute la longueur des z : l poutrelles de renforcement des dalles béton, en ce compris les parties terminales des dites poutrelles encastrées dans les murs, la corrosion lente susceptible d'affecter ces éléments métalliques et de nuire à leur rigidité.

Un objectif complémentaire de l'invention est de proposer un procédé rapide et facile à mettre en oeuvre, bon marché et fiable et qui ne laisse pratiquement aucune trace après avoir été mis en oeuvre. A la différence des propositions antérieures, l'invention propose de mettre à profit la forme spécifique des poutrelles présentant une section en 1 et la discontinuité des résistances mécaniques des matériaux béton d'une part et métal d'autre part pour réaliser une protection surfacique complète des poutrelles incluses dans les dalles de ciment ou de béton.

Pour ce faire, l'invention propose de réaliser un petit nombre de perçages, préférentiellement à partir de la face intérieure de la dalle objet du traitement (le plafond de la cave dans le cas d'une dalle de rez) sur des axes déterminés de telle façon que les dits perçages déboucheront sur l'une des faces verticales principales des poutrelles et ce dans une direction non perpendiculaire à la face concernée. Dans un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention, les perçages seront réalisés avec des outils de perçage munis de mèches à béton, dans des directions telles que l'ont soit assuré de venir en contact, à la fin de l'opération de perçage, avec les éléments métalliques. Un dispositif sensitif ou autre sera utilisé pour mettre fin aux opérations de perçage dès que les parties métalliques seront atteintes. Ce mode opératoire permet de réaliser un conduit étanche car réalisé par l'action d'un forêt dans un milieu homogène débouchant sur un espace libre, à savoir l'interface matrice béton/métal, ledit espace se trouvant avoir été préalablement agrandi par la formation de corrosion en feuilles et'par l'expansion du métal dû à la corrosion. Ainsi, le liquide, injecté ensuite dans les conduits et retenu par les clapets anti-retour, parviendra dans la quasi totalité des zones vulnérables que l'on souhaite protéger.

1 1 çaies lit Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, les perçages seront réalisés au moyen de méches-obus de faible longueur, ayant un affûtage tel qu'elles pénètrent facilement dans le béton et pas ou très mal dans le métal. Ces mèches obus seront reliées à l'outil de perçage par un axe ressort prolongeable en plusieurs segments emboîtés les uns dans les autres et susceptibles de transmettre un couple de rotation dans une direction autre que strictement axiale. Cette disposition permettra de réaliser des canaux comportant une première partie droite correspondant à l'approche à travers

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le béton, une deuxième partie courbe correspondant à la transition entre le béton et le métal et une troisième partie droite longeant globalement la face verticale principale de la poutrelle que l'on cherche à protéger. Après leur réalisation, ces canaux seront obstrués au moyen d'une cheville munie d'un clapet antiretour. Après quoi il sera procédé à l'injection, à travers la dite cheville munie d'un clapet antiretour, par exemple au moyen d'une seringue, d'un pistolet injecteur ou d'un compresseur, d'un produit ou d'une pluralité de produits liquides présentant des propriétés inhibitrices de corrosion pour les métaux. On obtient ainsi la protection des poutrelles inclues dans une matrice béton ou ciment, et ce sur la totalité des faces vulnérables des dites poutrelles.

L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux figures suivantes données à titre d'illustration d'un mode de réalisation préférentiel dans lesquelles : La Figure 1 est une illustration d'un mode simple de protection selon l'invention des poutrelles inclues dans une matrice béton. La figure 2 représente une vue en coupe d'une poutrelle traitée selon cette méthode.

La Figure 3 représente une vue en perpective des canaux d'introduction du liquide inhibiteur de corrosion, dans le cas de la variante préférée de réalisation du procédé selon l'invention.

Les figures 4 et 5 décrivent les différentes étapes de réalisation d'un traitement de poutrelles contre la corrosion, à l'aide de la variante préférée du procédé selon l'invention.

Le figure 6 illustre une application du procédé selon l'invention, dans le cas particulier de la protection des garde-corps de balcons.

Comme indiqué en Figure 1, pour stopper la progression de la corrosion affectant'les parties métalliques enrobées dans les ouvrages d'art, de bâtiment ou de génie civil, l'invention propose un procédé consistant à : 1) localiser les parties métalliques à traiter (1).

2) Percer le matériau d'enrobage par une pluralité de canaux (2a, 2 b, 2c.....) débouchant à proximité immédiate des parties métalliques (1).

3) Munir ces canaux de chevilles obstruantes (3a, 3b, 3c....).

4) Injecter, à travers les chevilles obstruantes, un produit (4) jouant le rôle d'inhibiteur de corrosion. De façon préférentielle, on réalisera l'injection de telle façon que le produit occupe l'intégralité du volume qui aura précédemment été libéré par

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l'apparition et la croissance des phénomènes de corrosion. On s'inspirera pour ce faire des modes opératoires habituellement utilisés dans les opérations de traitement de bois de charpente. On utilisera par exemple un pistolet relié à un compresseur de façon à forcer le passage du produit à travers les chevilles obstruantes en direction de la partie métallique à traiter.

Dans une variante avantageuse de l'invention, le produit inhibiteur de corrosion sera formulé de telle façon qu'il sera doté de propriétés permettant d'optimiser son affinité avec les éléments métalliques qu'il aura pour objectif de protéger.

On pourra par exemple prévoir un additif ou une formulation permettant de doter le produit inhibiteur de corrosion de propriétés ferromagnétiques. On pourra également prévoir de porter, par tout moyen approprié, les parties métalliques à protéger à un potentiel électrique et/ou magnétique et/ou acidobasique permettant d'augmenter leur affinité avec le produit dans les instants qui suivront l'injection du dit produit dans les canaux.

Le procédé décrit sur les figures 1 et 2 montre que l'on aboutit à une protection des parties vulnérables des poutrelles mais que cette protection dépend de la densité des perçages et qu'il peut subsister des zones peu ou insuffisamment protégées, notamment au niveau des encastrements des poutrelles dans les murs. C'est pour résoudre cette difficulté particulière et pour protéger les poutrelles sur l'intégralité de leurs surfaces vulnérables que l'invention propose, dans une variante appelée variante préférée, de réaliser des conduits courbes comme représentés en figure 3. Ces conduits courbes présenteront un premier tronçon globalement droit (4), un deuxième tronçon courbe (5) et un troisième tronçon globalement droit (6). De façon avantageuse, ils seront réalisés par couples de 2 conduits percés de façon symétrique par rapport à chacune des poutrelles que l'on cherche à protéger.

Le mode de réalisation pratique des conduits est illustré par les figures 4 et 5. Ce mode de réalisation consiste à utiliser une mèche obus (10) de faible longueur, la dite mèche obus présentant un affûtage permettant une pénétration facile dans du béton, plâtre ou ciment mais difficile ou impossible dans un matériau plus dense comme de l'acier. On fixera cette mèche obus à l'une des extrémités d'une tige flexible (II), par exemple réalisée au moyen d'enroulement de fils d'aciers autour d'un axe virtuel, l'autre extrémité étant reliée au mandrin d'un outil de perçage (12). On choisira de réaliser le perçage initial dans un axe non strictement perpendiculaire à l'âme de la poutrelle la plus proche. Ainsi, lorsque la mèche obus arrivera en contact avec la dite âme, elle sera

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déviée et continuera son trajet le long de la paroi métallique qui représentera pour elle un obstacle infranchissable. La tige flexible (11), qui pourra avantageusement être constituée de plusieurs tronçons flexibles se connectant successivement et progressivement les uns aux autres, permettra de transmettre à la mèche obus un mouvement de rotation permettant la progression vers l'avant malgré le virage imposé par le changement de matériau. Cette progression ultérieure se fera selon une direction globalement conforme au grand axe de la poutrelle ; toutefois, la mèche obus pourra être déviée vers le haut ou vers le bas en fonction notamment de l'état de l'interface {acier en bon état/acier corrodé/béton} qu'elle rencontrera. En tout état de cause, les parties planes supérieures et inférieures de la poutrelle serviront de guide à la mèche obus, si bien que le troisième tronçon du perçage sera toujours situé dans la zone où l'on souhaite faire l'apport de produits inhibiteurs de corrosion. Cette combinaison entre le comportement d'une mèche obus dessinée pour pénétrer le béton et non le métal, un angle d'incidence initial non strictement perpendiculaire à l'âme des poutrelles et le profil latéral des poutres en I constituant un guide de progression de la mèche obus constitue une caractéristique essentielle de l'invention. Elle permet d'obtenir des conduits qui vont concerner la quasi totalité de la surface que l'on souhaite traiter. Plus particulièrement, le fait de réaliser des couples de conduits opposés comme représentés figure 3 permet d'atteindre les parties de poutre encastrées dans les murs, lesquels parties ont un rôle essentiel pour la tenue et la rigidité de la dalle et ne pourraient pas être atteinte autrement.

Une fois ces conduits (2) réalisés, en autant d'exemplaires que jugé nécessaire par l'opérateur de façon à protéger l'intégralité des poutrelles, on placera à l'extrémité apparente de chacun des dits conduits une cheville obstruante (3) munie d'un orifice'luimême obstrué par un clapet ou dispositif anti-retour. On procédera ensuite, à travers chacune de ces chevilles obstruantes (3) à l'injection, à l'aide d'un dispositif approprié (13) d'un produit (20) inhibiteur de corrosion choisi pour son affinité avec le métal constituant les poutrelles. Cet inhibiteur de corrosion pourra être choisi parmi les différentes préparations du commerce destinées à cet usage. On comprend que le produit s'écoulera à travers les conduits (2), conduits dont les parois seront étanches pour le premier tronçon (4) et non étanche puisque situées à l'interface béton 1 métal pour le troisième tronçon (6). C'est donc à partir et de part et d'autre de ce troisième tronçon (6) que le liquide protecteur (20) va se répandre le long de la paroi de l'âme verticale des poutrelles, occupant l'intégralité des espaces libres c'est à dire libérés par

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l'apparition antérieure de plaques et cirques de corrosion en surface de la poutrelle. On a donc ainsi l'assurance d'avoir procédé à la protection durable et fiable de tout ce qui devait l'être.

L'invention trouve également des applications dans de nombreuses situations où l'on cherche à protéger des ouvrages ou bâtiments existants contre la corrosion. A titre d'exemple complémentaire, la Figure 6 illustre l'application de l'invention au cas particulier de la protection des encrages des gardes-corps de balcons. Dans ce cas particulier, le procédé consiste à protéger la partie incluse dans la dalle du garde-corps (21) au moyen d'au moins un perçage oblique débouchant à proximité immédiate des parties métalliques. Le conduit (2) issu des opérations de perçage oblique est obstrué par une cheville (3) faisant office de clapet anti-retour à travers laquelle on introduit le ou inhibiteur de corrosion. Ce liquide se répand, comme symbolisé par les flèches dans l'ensemble de l'espace libre existant à l'interface entre le métal et le béton (espace d'autant plus important que les phénomènes de corrosion antérieurs ont été significatifs). Etant bloqué par le clapet antiretour (3) le liquide inhibiteur introduit sous pression pourra déborder au niveau de la dalle, ce qui indiquera que les opérations de remplissage ont'été réalisé de façon suffisante. On choisira alors de protéger et d'obstruer l'interface métal/béton au niveau du sol, par exemple au moyen d'une résine (22) mono ou multi composants.

Les descriptions ci-dessus sont données à titre indicatif pour illustrer un mode de réalisation préférentiel du procédé selon l'invention et l'on pourra choisir des modes de réalisation alternatif sans pour autant sortir du cadre de l'invention. qui s'applique plus particulièrement mais non exclusivement à la protection des dalles de rez dans les immeubles Hausmaniens.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1/Procédé de protection, de réparation et de consolidation d'ouvrages d'arts comportant des éléments métalliques inclus dans une matrice en béton, plâtre, ciment ou mortier, caractérisé en ce que l'on réalise successivement les opérations suivantes : - localiser les parties métalliques à traiter (1).

Percer le matériau d'enrobage par une pluralité de canaux (2a, 2b, 2c.....) débouchant à proximité immédiate des parties métalliques (1)..

- Munir ces canaux de chevilles obstruantes (3a, 3b, 3c....).

- Injecter, à travers les chevilles obstruantes, un produit (20) jouant le rôle d'inhibiteur de corrosion, de telle façon que le produit occupe l'intégralité du volume qui aura précédemment été libéré par l'apparition et la croissance des phénomènes de corrosion.

2/Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise pour injecter le produit à travers les chevilles obstruantes (3) munies de clapets anti-retour une seringue, un pistolet injecteur ou un compresseur.

3/Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que le liquide (20) inhibiteur de corrosion est doté de propriétés ferromagnétiques.

4/Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux percés dans le matériau d'enrobage ont la forme de conduits courbes comportant un premier tronçon globalement droit (4), un deuxième tronçon courbe (5) et un troisième tronçon globalement droit (6).

5/Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conduits courbes sont réalisés à l'aide d'une mèche-obus (10) de faible longueur présentant un affûtage permettant une pénétration facile dans du béton mais difficile dans de l'acier.

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6/Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la mèche-obus est reliée à une tige flexible (11), elle même reliée au mandrin d'un outil de perçage (12).

7/Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tige flexible (1)) est 1 constituée de plusieurs tronçons flexibles se connectant successivement et progressivement les uns aux autres.

8/Procédé selon revendication 6, caractérisé en ce que le profil en 1 des poutrelles à

protéger (1) est utilisé pour guider la progression de la mèche obus (10) dans la LI direction souhaitée.

9/procédé selon revendication 6, caractérisé en ce que l'angle d'incidence de perçage tDdes conduits (2) est choisi comme non strictement perpendiculaire à l'âme poutrelles (1) à protéger.

Z > 10/Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conduits courbes zu sont réalisés par couples de 2 conduits percés de façon symétrique par rapport à chacune des poutrelles que l'on cherche à protéger.