FR3054578A1 - Procede de reparation d'un ouvrage de genie civil - Google Patents

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Abstract

Procédé de réparation d'un ouvrage de génie civil, comportant le dépôt directement sur une portion de l'ouvrage à réparer d'une structure de renfort formée d'une ou de plusieurs couches successives d'au moins un matériau de renfort, extrudées chacune au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé, par un système robotisé.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
054 578
57241
COURBEVOIE © Int Cl8 : E 04 G 23/02 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
©) Date de dépôt : 27.07.16. © Demandeur(s) : SOLETANCHE FREYSSINETSociété
(© Priorité : par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : STUBLER JEROME, ERDOGAN
JULIEN et ZANKER PHILIPPE.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 02.02.18 Bulletin 18/05.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : SOLETANCHE FREYSSINET Société
apparentés : par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET NONY.
154) PROCEDE DE REPARATION D'UN OUVRAGE DE GENIE CIVIL
©) Procédé de réparation d'un ouvrage de génie civil, comportant le dépôt directement sur une portion de l'ouvrage à réparer d'une structure de renfort formée d'une ou de plusieurs couches successives d'au moins un matériau de renfort, extrudées chacune au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé, par un système robotisé.
FR 3 054 578 - A1
Figure FR3054578A1_D0001
PROCEDE DE REPARATION D'UN OUVRAGE DE GENIE CIVIL
La présente invention concerne le renforcement d’ouvrages de génie civil, notamment de bâtiments ou d’ouvrages de travaux publics, tels que voûtes de tunnels, ponts, canalisations, etc..étant ici englobés sous l’expression « génie civil » tous types de constructions, quelle que soit leur destination.
Ces ouvrages peuvent nécessiter au cours de leur vie un renforcement afin par exemple de compenser le vieillissement de leur structure.
Il est usuel de mettre en œuvre des renforts structurels au moyen des techniques définies ci-après.
L’un des procédés courants consiste à effectuer un chemisage, entier ou partiel, d’un élément de la structure par mise en place d’un ou plusieurs renforts métalliques. Cette technique nécessite d’une part le remplissage des vides éventuels entre les surfaces de contact de la structure à renforcer et du renfort mis en œuvre, et d’autre part la réalisation d’inclusions rigides reliant la structure existante au renfort. La difficulté de cette technique réside notamment dans :
- les moyens importants nécessaires à sa mise en œuvre sur chantier, consommateurs de main d’œuvre et d’équipement de manutention et d’injection;
- le peu de possibilités de réaliser des renforts de dimension variable et précis;
- la qualité de la continuité du contact entre le renfort et la structure à renforcer.
Un second procédé couramment utilisé consiste à effectuer un chemisage, entier ou partiel, d’un élément de la structure par mise en place d’un renfort en béton en forme de coque ou de poutre. Cette technique peut nécessiter la mise en place manuelle de cages d’armatures, ancrées ou non dans la structure existante, et l’utilisation de coffrages avant mise en place du béton. Le béton est mis en place de façon traditionnelle au moyen d’une pompe à béton, par projection ou par élément préfabriqué avant installation. La difficulté de cette technique réside dans :
- les moyens nécessaires à sa mise en œuvre sur chantier, consommateurs de main d’œuvre, d’équipement de manutention et de coffrages;
- la grande difficulté de réalisation de renforts de dimension variable le long de la structure.
Un troisième procédé consiste à appliquer par collage manuel sur la structure existante des renforts à base de matériaux composites en forme de tissu, bande, ou jonc. A titre d’exemple, les matériaux composites couramment utilisés sont des matériaux composés de fibres de carbone imprégnés par une matrice époxy. Un tel procédé permet un renforcement en traction et en cisaillement des éléments de la structure existante mais n’apporte que peu d’avantage concernant l’augmentation de leur inertie.
Ces trois techniques sont parfois combinées.
Par ailleurs, il est connu de réaliser dans le domaine du bâtiment des structures en béton par une technique assimilée à de l’impression 3D, à l’aide d’une tête d’extrusion pilotée à partir de données numériques. La tête est déplacée, dans des plans successifs d’altitude croissante, par un bras robotisé, pour extruder des couches successives du matériau de construction selon la géométrie à réaliser. Le dépôt d’une couche sur la précédente ne s’effectue pas en fonction d’une acquisition en temps réel de données relatives au relief de la portion de l’ouvrage déjà réalisée, mais en fonction d’un maillage virtuel 3D en mémoire de la structure à réaliser.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus des procédés de réparation habituels, et elle y parvient grâce à un procédé de réparation d’un ouvrage de génie civil, comportant le dépôt directement sur une portion de l’ouvrage à réparer d’une structure de renfort formée d’une ou de plusieurs couches successives d’au moins un matériau de renfort, notamment en bandes, extrudées chacune au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé, par un système robotisé.
Par « extrusion au contact » il faut comprendre que l’orifice de sortie de la buse par lequel sort le matériau se situe à proximité de la surface sur laquelle le matériau est déposé, à une distance qui est de préférence de l’ordre de l’épaisseur de la couche déposée.
L’invention permet de renforcer facilement les structures de génie civil en y appliquant par extrusion plusieurs couches d’un matériau de renforcement au moyen du système robotisé, celui-ci étant de préférence piloté en temps réel par des moyens permettant un positionnement précis relativement à l’ouvrage.
Le matériau de renfort peut être extrudé en bande de dimension relativement constante, en couches successives adhérentes, de façon à former la géométrie souhaitée. Le niveau de finition peut être adapté en fonction du besoin.
Ainsi le renforcement constitué par extrusion de matière peut être de profil constant, plat ou saillant, ou de profil variable, de façon à optimiser la quantité de matériau de renforcement utilisée et de s’adapter aux besoins structurels ainsi qu’aux conditions de gabarit imposées par son exploitation. Notamment, la structure de renforcement peut être une coque nervurée à inertie variable ou une poutre nervurée à inertie variable.
Tête d’extrusion
Le matériau est déposé à l’aide d’au moins une tête d’extrusion du système robotisé.
Il est avantageux que la tête d’extrusion présente une buse ayant un orifice de sortie pour le matériau en forme de fente. Dans ce cas, la buse peut être déplacée dans une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal de la fente. D’autres formes d’orifices de sortie sont néanmoins possibles.
La tête d’extrusion peut être monobuse ou multibuse.
La tête d’extrusion est de préférence agencée pour déposer le matériau sous la forme d’une bande.
La tête d’extrusion est alimentée par le matériau sous une pression suffisante pour son éjection par l’orifice de sortie de la buse.
Le cas échéant, la tête d’extrusion comporte une amenée de fibres de renfort, lesquelles peuvent être mélangées dans la tête d’extrusion à une formulation de base du matériau, notamment une formulation de base cimentaire. Le matériau extrudé peut encore être préparé avec l’introduction de fibres en amont de la tête d’extrusion.
La tête d’extrusion peut être équipée de tous conduits d’amenée de fluides de nettoyage et/ou de rinçage de la buse.
Acquisition de données de relief
Le procédé selon l’invention comporte de préférence l’acquisition de données de relief de la zone sur laquelle le matériau doit être déposé et le pilotage automatique de la tête d’extrusion au moins à partir de ces données de relief.
Par « données de relief » il faut comprendre des données qui renseignent sur la localisation de la surface sur laquelle le dépôt du matériau doit être effectué relativement à un référentiel connu du système robotisé, afin que la buse puisse de façon automatique être amenée dans la position convenant au dépôt du matériau en cours d’extrusion.
Il peut s’agir de données de relief 3D, c’est-à-dire que l’on réalise un maillage spatial, dans les trois directions d’un repère orthonormé, de la surface considérée. Il peut aussi s’agir d’une succession de scan 2D dans des plans de coupe espacés le long de l’ouvrage, voire d’un scan ID le long d’une poutre par exemple, de façon à maîtriser l’espacement entre la buse et la surface sur laquelle le matériau doit être déposé.
L’acquisition des données de relief peut s’effectuer à l’aide d’un système d’acquisition correspondant du système robotisé, par exemple porté par un même bras robotisé que la tête d’extrusion.
L’acquisition des données de relief peut comporter l’acquisition de données de relief en temps réel, simultanément à l’extrusion. Ces données peuvent servir au positionnement de la tête d’extrusion de façon à l’orienter convenablement pour effectuer le dépôt des différentes couches successives du matériau et lui permettre de se déplacer relativement à l’ouvrage.
L’acquisition des données de relief peut notamment permettre de maintenir la buse à une distance prédéfinie de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé ; il peut s’agir de la surface de l’ouvrage lors du dépôt de la première couche ou de celle d’une couche du matériau précédemment déposée.
L’acquisition des données de relief peut encore comporter l’acquisition de données de relief préalablement à l’extrusion.
Il est possible, dans un exemple de mise en œuvre de l’invention, de prévoir sur le système robotisé un système d’acquisition qui est utilisé une première fois pour réaliser un scan de la portion de l’ouvrage à réparer, sans déposer le matériau. Cette première acquisition peut notamment être utile pour calculer une trajectoire optimale à effectuer par la tête d’extrusion compte-tenu de la forme à donner à la structure de renfort ; une fois la trajectoire calculée, le système d’acquisition peut continuer à être utilisé pour connaître le positionnement de la buse par rapport à l’ouvrage et/ou se recaler par rapport à celui-ci. Cela permet de contrôler finement le dépôt des différentes couches, notamment en maintenant la buse à la distance requise de la surface de dépôt et avec l’orientation voulue.
Cette acquisition peut encore être effectuée par un système d’acquisition correspondant, distinct du système robotisé.
L’acquisition des données de relief peut s’effectuer à l’aide d’au moins un capteur optique, par balayage d’ondes ultrasonores ou millimétriques, et/ou à l’aide d’au moins un palpeur mécanique. Il peut s’agir d’une ou plusieurs caméras, avec éventuellement une projection de franges, ou d’un dispositif de type télémètre laser ou à ultrasons, ou d’un radar à ondes millimétriques, de type Lidar par exemple.
Le cas échéant, l’on procède également, par exemple simultanément à l’acquisition du relief, à un sondage de l’ouvrage, par exemple pour mettre en évidence des défauts de celui-ci. Dans le cas où un radar est utilisé pour réaliser un scan de la surface, ce radar peut aussi être utilisé pour scanner l’ouvrage dans son épaisseur. Le cas échéant, ces données additionnelles sont utilisées pour adapter la forme de la structure de renfort, afin par exemple de l’épaissir dans les zones où des défauts sont détectés. Une détection en temps réel des défauts peut être utile par exemple dans le cas de l’inspection d’une canalisation de grande longueur, et d’un renforcement préventif de zones où une fragilité potentielle est détectée.
Structure de renfort
Le nombre de couches déposées dépend de l’épaisseur à donner localement à la structure de renfort et peut être compris par exemple entrel et 100, mieux 2 et 100. En particulier, là où l’épaisseur à donner à la structure de renfort est minimale, le nombre de couches peut être égal à 1, le nombre de couches étant supérieur là où l’épaisseur de la structure de renfort n’est pas minimale. La structure de renfort peut comporter au moins une portion où le nombre de couches extrudées superposées est supérieur à 1.
L’épaisseur de chaque couche dépend de la rhéologie du matériau et de sa vitesse de prise. Elle est par exemple comprise entre 1 et 30 mm.
Lorsque le matériau est déposé en bandes, la largeur de chaque bande est comprise par exemple entre 3 et 50 mm.
Le guidage de la tête d’extrusion s’effectue de préférence de façon à respecter une loi d’application préprogrammée du matériau de renfort, afin de donner à la structure de renfort sa forme voulue. Cette loi peut tenir compte du fluage du matériau, le cas échéant.
Cette loi peut viser par exemple à réaliser une structure de renfort d’épaisseur constante le long de la portion de l’ouvrage à renforcer.
Toutefois, le procédé selon l’invention permet de réaliser facilement une structure de renfort avec une forme optimale permettant de conférer le renfort nécessaire compte-tenu des contraintes auxquelles l’ouvrage est exposé, tout en minimisant la quantité de matériau utilisée.
Le procédé de réparation peut comporter un lissage de la structure avant sa prise à l’aide d’un outil du système robotisé, notamment une spatule. Il s’agit de préférence d’un outil porté par un même bras du système robotisé que la tête d’extrusion.
Ce lissage peut intervenir seulement après le dépôt de la couche la plus extérieure ; en variante il est procédé à une ou plusieurs actions de lissage entre des dépôts de couches successives. Le cas échéant, il est détecté de façon automatique un dépôt irrégulier du matériau, et une action de lissage est alors déclenchée. Ce dépôt irrégulier peut être détecté par exemple après acquisition d’un relief de la zone sur lequel le matériau est déposé.
Le nombre de couches déposées et/ou l’épaisseur des couches déposées peut varier de façon à réaliser une structure de renfort dont l’inertie varie. Il est ainsi possible de minimiser la quantité de matériau déposée tout en apportant le renfort nécessaire.
La structure de renfort peut être nervurée, les nervures étant orientées longitudinalement ou transversalement ou dans une direction intermédiaire selon le besoin.
La structure de renfort peut être une poutre, qui épouse par exemple une face d’une poutre de l’ouvrage à renforcer, le long d’une partie au moins de celle-ci.
La structure de renfort peut encore être une coque, notamment lorsqu’il s’agit de renforcer un dôme ou un voûte, d’un tunnel par exemple.
La structure de renfort peut encore être un bossage pour diffusion d’effort concentré, tel qu’un massif ancrage de câbles et/ou tirants, notamment un bossage d’ancrage de câble(s) de précontrainte additionnelle, de déviateur de câble(s) de précontrainte extérieure, d’appui ou d’ancrage d’amortisseur(s). De tels bossages sont utilisés en particulier sur des ouvrages d’art tels que des ponts.
La structure de renfort peut être réalisée avec une ou plusieurs réservations en jouant sur la localisation des couches déposées. De telles réservations sont utilisées par exemple pour la mise en place d’inserts, de barre de précontrainte pour le brelage à la structure existante, de bouchons ou de guides, notamment de câbles.
Déplacement de la tête d’extrusion
Le système robotisé peut se déplacer de façon autonome, comportant par exemple une plateforme automotrice.
En variante, le système robotisé comporte une plateforme qui est tractée.
Le déplacement du système robotisé peut s’effectuer sur roues, chenilles, câbles, ou patins de glissement.
Il peut être avantageux lorsque cela est possible, par exemple lors du renforcement d’une poutre, de faire en sorte que l’ouvrage contribue à guider mécaniquement le système robotisé dans son déplacement le long de l’ouvrage lors de la réalisation de la structure de renfort.
Par exemple, le guidage s’effectue par appui du système robotisé contre au moins une surface de l’ouvrage, en particulier au moins une surface définie par une poutre de l’ouvrage, par exemple plusieurs surfaces de l’ouvrage dont deux surfaces opposées. Ainsi, le système robotisé se déplace le long de la poutre en étant guidé par celle-ci, et dépose le matériau de renfort au fur et à mesure de son avancement sur la poutre.
De préférence, la précision de dépôt de la structure de renfort est meilleure que +/- 0,5 cm dans le sens de l’épaisseur et/ou dans une direction parallèle à la surface sousjacente de l’ouvrage.
Matériau de renfort
Le matériau utilisé présente une rhéologie compatible avec son extrusion et le dépôt de couches superposées, notamment sous forme de bandes.
De préférence, le temps de prise du matériau est suffisamment long pour que le dépôt d’une couche sur une couche précédemment déposée s’effectue avant prise complète de cette couche précédemment déposée ; on garantit ainsi une adhérence maximale entre les couches.
Le matériau de renforcement extrudé peut être de nature variée.
Notamment il peut être constitué, en fonction de la structure considérée et du besoin de renforcement, de matériaux cimentaires tels que du béton à haute performance ou ultra haute performance, fibré ou non.
Dans le cas d’une structure à renforcer constituée par une charpente en bois, le matériau de renforcement utilisé peut être constitué d’un mélange de résine et de bois. Ainsi, le matériau extrudé peut comporter une résine.
Ouvrage à renforcer
L’ouvrage à renforcer est préexistant lorsque le procédé selon l’invention est mis en œuvre. Ce dernier vise à réparer l’ouvrage, c’est-à-dire à le consolider par l’apport de la structure de renfort selon l’invention.
L’ouvrage à renforcer peut avoir été achevé plus de trois mois, six mois ou un an avant la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
L’ouvrage peut être une voûte, notamment de tunnel ou de dôme.
L’ouvrage peut encore être un pont, la portion de l’ouvrage à réparer faisant par exemple partie du tablier du pont.
L’invention s’applique encore à la réparation d’un ouvrage creux tel qu’une canalisation, enterrée ou non, ou un mat, ou une galerie non visitable, le système robotisé circulant de préférence le long de cette canalisation, de ce mat ou de cette galerie, à l’intérieur de celui-ci ou celle-ci.
L’ouvrage peut encore être en maçonnerie et la structure de renfort qui est déposée sert au rejointement.
La portion de l’ouvrage à réparer peut être majoritairement en béton. La portion de l’ouvrage à réparer peut encore être métallique ou en bois.
L’invention a encore pour objet une structure de renfort recouvrant au moins partiellement un ouvrage de génie civil, notamment une structure de renfort sous forme de poutre, coque ou bossage, réalisée par la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
L’invention a encore pour objet un ouvrage de génie civil réparé par la mise en place sur l’ouvrage d’une structure de renfort réalisée par la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
L’invention a encore pour objet un système robotisé convenant à la réparation d’un ouvrage de génie civil, comportant :
- au moins une tête d’extrusion configurée pour former directement sur une portion de l’ouvrage à réparer une structure de renfort composée d’un matériau de renfort, ce matériau de renfort étant de préférence un béton, notamment fibré, ou comportant une résine,
- un système d’acquisition de données de relief de la zone sur laquelle le matériau doit être déposé,
- un calculateur pour contrôler automatiquement les déplacements de la tête d’extrusion relativement à l’ouvrage à réparer, à partir au moins des données de relief et de la forme à donner sur l’ouvrage à la structure de renfort, les déplacements de la tête d’extrusion étant contrôlés de façon à extruder le matériau en couches successives, l’extrusion du matériau ayant lieu au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé.
Ce système robotisé peut présenter tout ou partie des caractéristiques précédemment décrites en liaison avec le procédé de réparation selon l’invention.
Ainsi, ce système robotisé comporte avantageusement :
- un bras articulé portant la tête d’extrusion, notamment un bras à plusieurs degrés de liberté,
- une plateforme mobile le long de l’ouvrage, notamment une plateforme automotrice ou tractée, montée sur roues, chenilles, câbles ou patins de glissement, dont le déplacement est commandé par le calculateur,
- un outil pour lisser la structure déposée avant sa prise, notamment sous forme de spatule, cet outil étant de préférence porté par un même bras robotisé que la tête d’extrusion,
- des moyens pour orienter automatiquement une buse de la tête d’extrusion perpendiculairement à la surface sur laquelle le matériau de renfort est déposé, la tête d’extrusion comportant de préférence une buse en forme de fente.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
- La figure 1 représente de façon schématique et partielle un exemple de système robotisé selon l’invention, utilisé dans le cadre du renforcement d’une voûte,
- les figures 2A et 2B représentent isolément de façon schématique et partielle la tête d’extrusion au cours de l’extrusion du matériau,
- la figure 3 illustre la juxtaposition d’empilements de bandes extrudées superposées au fur et à mesure de l’avancement de la réalisation de la structure de renforcement,
- la figure 4 est un exemple de structure de renforcement réalisée à l’aide du système robotisé de la figure 1, ίο
- la figure 5 illustre la possibilité de faire varier l’inertie de la structure de renforcement réalisée à l’aide du système robotisé de la figure 1,
- la figure 6 représente un autre exemple de structure de renforcement, réalisée le long d’une poutre,
- la figure 7 illustre la possibilité de faire varier l’inertie de la structure de renforcement de la figure 5,
- la figure 7A illustre un détail de la figure 7,
- la figure 8 représente de façon schématique et partielle un autre exemple de système robotisé selon l’invention, utilisé dans le cadre du renforcement d’une canalisation,
- la figure 9 représente un exemple de structure de renforcement réalisé à l’aide du système robotisé de la figure 8,
- la figure 10 représente de façon schématique et partielle des exemples de systèmes robotisés selon l’invention, utilisés pour la réalisation de bossages sur un ouvrage tel qu’un pont,
- la figure 11 représente un bossage réalisé à l’aide du procédé selon l’invention, après brélage à la structure de l’ouvrage,
- les figures 12 et 13 représentent en coupe longitudinale des exemples de profils pouvant être donnés aux bossages,
- la figure 14 représente de façon schématique et partielle un autre exemple de système robotisé utilisé pour le renforcement d’une maçonnerie,
- la figure 15 est un schéma en blocs illustrant le lien entre différents composants du système robotisé, et
- la figure 16 illustre la possibilité d’équiper le système robotisé d’outils annexes, tels que des outils de finition comme une spatule.
On a représenté à la figure 1 un premier exemple de système motorisé 10 selon l’invention, utilisé pour renforcer un ouvrage de génie civil comportant une voûte V, par exemple celle d’un tunnel.
Le système robotisé 10 comporte une plateforme mobile 11, pouvant se déplacer le long de la voûte V.
Le système robotisé 10 comporte un bras articulé 12 qui peut comporter un ou plusieurs segments en fonction du nombre de degrés de liberté nécessaire pour réaliser la dépose du matériau. Ce bras 12 peut être articulé autour d’un axe parallèle à une génératrice de la voûte.
Dans l’exemple illustré, le bras comporte trois segments articulés, mais l’invention englobe tout type de structure déformable et/ou orientable, adaptée à l’opération de renforcement à effectuer.
Le bras porte une tête d’extrusion 13 qui permet de déposer plusieurs couches successives d’un matériau de renforcement, par exemple à base de ciment.
La tête d’extrusion 13 comporte, comme visible à la figure 2A, une buse 14 par laquelle est extrudé le matériau de renforcement à l’état fluide.
Cette extrusion a lieu d’abord, lors d’un premier passage de la tête d’extrusion, au contact de la surface extérieure S de l’ouvrage, pour former une première couche en bande Ci, comme illustré à la figure 2A, puis au cours du passage suivant au contact de la couche Ci précédemment déposée, pour former la deuxième couche en bande C2, comme illustré sur la figure 2B, et ainsi de suite selon le nombre de couches à déposer pour former la structure de renforcement souhaitée. Le dépôt d’une couche sur la précédente a lieu de préférence avant que la couche précédente ait terminé sa prise, de façon à avoir la meilleure adhérence possible entre les couches.
Après formation d’une portion de la structure de renforcement dont la largeur w correspond à celle d’une bande, on passe à la réalisation de la portion suivante. Cette portion peut être formée dans la continuité de la précédente, sans recouvrement des bandes, comme illustré à la figure 3. Lorsque les bandes successives se juxtaposent alors que le matériau n’a pas encore pris, les bandes peuvent fusionner sur leurs bords en contact, de sorte que la structure de renforcement finale présente après prise du matériau une continuité dans une direction transversale aux bandes. Sur la figure 3 on a représenté trois empilements successifs dans la direction longitudinale de l’ouvrage, chaque empilement comportant quatre bandes de matériau superposées, notées Ci,i à C4,i pour le premier empilement, Ci,2 à C2,4 pour le deuxième empilement, et Ci,3 à C4,3 pour le troisième empilement.
L’orifice de sortie de la buse 14 présente de préférence une section de forme allongée selon un axe longitudinal X, par exemple rectangulaire, cet axe longitudinal X étant de préférence orienté perpendiculairement à la direction D selon laquelle se déplace la buse 14 pour déposer chacune des couches en bandes de la structure de renforcement.
L’épaisseur e de chaque couche qui est déposée est par exemple sensiblement constante pour chacune des couches de la structure de renforcement et l’on joue sur le nombre de couches déposées localement pour donner à la structure de renforcement l’épaisseur voulue en chaque point.
On a par exemple e compris entre 1 et 30mm et la largeur w des bandes entre 3 et 50mm. L’épaisseur peut dépendre de la rhéologie du matériau utilisé, et l’épaisseur qui est déposée est de préférence choisie pour que la couche adhère en totalité à la surface sur laquelle elle est déposée, sans perdre sa cohésion.
Le nombre de couches superposées localement dépend de l’épaisseur que doit avoir la structure de renforcement en ce point.
Lors de l’extrusion d’une couche, la distance d de la buse 14 à la surface sur laquelle le matériau est déposé est de préférence égale à e. Cela permet une adhérence du matériau à la surface sur laquelle il est déposé, même lorsque l’extrusion se fait avec l’axe de la buse 14 dirigé vers le haut.
La tête d’extrusion 13 est avantageusement équipée d’un obturateur non représenté, qui se ferme en l’absence d’extrusion, par exemple lorsque l’extrusion est localement interrompue du fait que le matériau de renforcement n’a pas à être déposé, par exemple parce que la tête d’extrusion 13 est trop éloignée de l’ouvrage pour y extruder le matériau de renforcement à son contact ou parce que le nombre de couches déjà déposé correspond à l’épaisseur voulue pour la structure de renforcement dans la zone où se situe la buse 14.
La buse 14 est alimentée en matériau de renforcement par tout conduit, la pression d’amenée du matériau de renforcement étant choisie en fonction de sa rhéologie et du débit se sortie de la buse.
De préférence, le matériau de renforcement est pompé dans un réservoir qui peut être fixe relativement à l’ouvrage, auquel cas une canalisation flexible est prévue entre ce réservoir et la plateforme 11. Le réservoir peut encore se déplacer avec le système robotisé 10, notamment lorsque la quantité de matériau de renforcement à déposer le permet.
Le système robotisé 10 comporte, dans l’exemple illustré, un système d’acquisition 30 de données de relief, représenté schématiquement à la figure 15, qui lui permet de déterminer le relief de la surface de l’ouvrage sur laquelle la structure de renforcement doit être réalisée afin de contrôler le déplacement du bras 12 et de la plateforme 11 pour que le matériau de renforcement puisse être déposé comme souhaité.
Ce système d’acquisition 30 peut être fixe ou mobile par rapport au bras 12 et/ou à la plateforme 11. Il peut encore être externe à la plateforme 11 et/ou au bras 12, par exemple situé sur un autre engin dont le positionnement relatif par rapport à la plateforme 11 et/ou au bras 12 est connu avec la précision suffisante.
Le système d’acquisition 30 comporte par exemple une ou plusieurs caméras et/ou un ou plusieurs dispositifs radiofréquences par exemple de type Lidar.
Le système robotisé 10 comporte un calculateur 31 qui reçoit les données générées par le système d’acquisition 30 et pilote la plateforme 11, le bras 12 et l’extrusion du matériau en conséquence.
Ce pilotage se fait de façon à respecter une loi prédéfinie de dépôt du matériau de renforcement sur l’ouvrage.
Il s’agit par exemple, comme illustré à la figure 4, de réaliser une structure de renforcement 100 sous la forme d’une coque dont l’épaisseur diminue vers les bords, en section prise perpendiculairement à la direction longitudinale de l’ouvrage.
Cette loi de dépôt du matériau de renforcement est choisie en fonction des contraintes mécaniques auxquelles l’ouvrage est exposé ; l’invention permet, de par l’extrusion contrôlée, de ne déposer localement que la quantité de matériau de renforcement nécessaire pour conférer la résistance mécanique requise en chaque point de l’ouvrage, de sorte que l’on réalise une économie de matière comparativement à certaines techniques de réparation connues.
Le système robotisé peut comporter une interface homme/machine 32 permettant de le renseigner sur la loi de dépôt à respecter ; cette loi de dépôt peut résulter d’une étude préalable des défauts de l’ouvrage qui sont à corriger.
De préférence, le calculateur 31 est programmé pour que l’opération de dépôt de la structure de renforcement s’effectue de façon autonome, sans intervention humaine pour piloter les déplacements nécessaires de la buse d’extrusion 14.
Les données de relief sont avantageusement utilisées en temps réel pour assurer que le dépôt de la première couche du matériau s’effectue bien en suivant le relief de la portion d’ouvrage à renforcer et, pour chaque couche suivante, celui du relief de la dernière couche déposée, de façon à ce que le dépôt d’une nouvelle couche sur une ou plusieurs couches précédemment déposées puisse conduire à la géométrie finale recherchée.
Le dépôt d’une couche sur la précédente s’effectue de préférence en fonction d’une acquisition en temps réel de données relatives au relief de la portion de l’ouvrage déjà réalisée, de façon à pouvoir adapter en conséquence le positionnement de la buse.
Le dépôt des différentes couches s’effectue ainsi, de préférence, avec une possibilité de correction en temps réel de la trajectoire de la buse 14 grâce aux données de relief.
Le système robotisé 10 peut ainsi être réalisé de façon à pouvoir s’auto-adapter à son environnement. La mise en œuvre du système robotisé s’en trouve alors facilitée.
On a désigné par la référence 34 sur la figure 15 l’ensemble des actuateurs du système robotisé dont le fonctionnement est commandé par le calculateur 31 de façon à réaliser le dépôt de la structure de renforcement selon la géométrie souhaitée.
Le déplacement de la plateforme 11 peut être commandé à partir des mêmes données de relief que celles servant à déterminer les mouvements du bras 12. En variante, l’acquisition des données de relief sert seulement à piloter les déplacements du bras relativement à la plateforme et le déplacement de cette dernière s’effectue indépendamment du relief de la portion de l’ouvrage sur laquelle la structure de renforcement est réalisée.
Par exemple, la plateforme est déplacée par incréments le long de l’ouvrage, avec à chaque arrêt de la plateforme un balayage de la surface de l’ouvrage par la buse 14 pour y déposer une couche de matériau de renfort, en fonction de la géométrie à réaliser. Le balayage a lieu autant de fois que nécessaire pour déposer le nombre de couches permettant d’atteindre l’épaisseur maximale recherchée.
Lors de ce balayage, une acquisition des données de relief en temps réel permet de déterminer les mouvements du bras nécessaires pour déplacer la buse à une distance prédéfinie de la surface au contact de laquelle doit s’effectuer l’extrusion.
Une fois toutes les couches déposées, la plateforme est déplacée d’un nouvel incrément. Ce déplacement peut correspondre à la largeur d’une bande extrudée, de façon à permettre l’obtention d’une structure de renforcement continue le long de l’ouvrage, comme expliqué ci-dessus.
Lorsque la plateforme 11 est sur roues ou chenilles, le calculateur 31 peut commander le ou les moteurs d’entraînement de celle-ci de façon à suivre une trajectoire prédéfinie. La correction de cette trajectoire peut s’effectuer par tous moyens.
Le guidage de la plateforme 11 dans son déplacement le long de l’ouvrage peut encore être assuré mécaniquement par un ou plusieurs rails ou par filoguidage.
Le déplacement de la plateforme 11 peut être assisté par un système optique, par exemple grâce à une ou plusieurs caméras, notamment autres que celles servant à reconnaître la topologie de la surface sur laquelle le matériau de renforcement doit être déposé.
Le cas échéant, des marqueurs sont positionnés le long de l’ouvrage pour aider le système robotisé à se repérer le long de l’ouvrage. Ces marqueurs peuvent être réalisés de façon à être détectés par le système d’acquisition de données de relief. Il peut s’agir de marqueurs optiques, passifs ou actifs.
Le guidage de la plateforme 11 peut encore s’effectuer à l’aide d’un système de localisation satellite par exemple de type dGPS et/ou par pseudolites terrestres ou marins.
On peut disposer le cas échéant, en au moins un point prédéfini de l’ouvrage, et mieux en plusieurs points, un ou plusieurs tags RFID ou autres balises de repérage, ou un ou plusieurs marqueurs optiques, donnant au système robotisé une référence de position, et/ou pouvant par exemple délimiter une zone d’action du système robotisé ou l’aider à s’orienter.
Plusieurs techniques de repérage peuvent être combinées pour une meilleure précision, le cas échéant.
De préférence, le système robotisé 10 comporte une plateforme inertielle et/ou un odomètre l’aidant à déterminer la position et/ou l’orientation de la plateforme 11 au cours du temps, lorsqu’elle se déplace.
L’invention permet de réaliser des structures de renforcement de toute géométrie adaptée à la nature de l’ouvrage à réparer.
Il est ainsi possible de réaliser la structure de renforcement avec une inertie variable, par exemple plus importante là où les contraintes sont les plus grandes.
Par exemple, dans le cas du renforcement d’une voûte, on peut comme illustré à la figure 5, faire varier l’inertie le long de l’ouvrage en réalisant par exemple des nervures 101 espacées le long de l’ouvrage.
On a illustré sur la figure 6 la possibilité de consolider à l’aide de la structure de renforcement 100 une poutre P. La structure de renforcement 100 se présente par exemple elle-même sous la forme d’une poutre, par exemple de section en I, dont le plat de base peut être plus large que le plat de sommet.
On peut faire varier l’inertie de la structure de renforcement le long de la poutre, comme illustré à la figure 7, avec par exemple des portions d’inertie réduite 102 limitées au plat de base. La transition 103 entre les portions de plus grande inertie et celles de plus faible inertie peut être sensiblement linéaire à l’échelle de l’ouvrage, une grande variété de profils de transition étant réalisable grâce à l’invention. Si l’on observe de plus près la structure de renforcement 100, on peut voir dans les transitions un relief en gradins avec des marches de largeur w, comme illustré à la figure 7A, du fait que le dépôt s’effectue par bandes de largeur w. La hauteur entre deux marches successives correspond sensiblement à la différence du nombre de couches déposées pour réaliser les deux empilements correspondants.
Les dimensions et/ou la morphologie du système robotisé 10 peuvent être adaptées en fonction de la géométrie de l’ouvrage à réparer.
Dans l’exemple d’une canalisation D, visitable ou non, enterrée ou non, comme illustré à la figure 8, la plateforme 11 peut avoir des roues orientées pour prendre appui sur la surface intérieure de la canalisation afin de se déplacer le long de celle-ci. Le bras 12 peut être télescopique et comporter un segment rotatif autour d’un axe confondu avec celui de la canalisation. La buse 14 peut être déplacée dans la direction radiale afin d’être amenée à la distance souhaitée de la surface sur laquelle le matériau de renforcement doit être extrudé. Chaque bande peut être déposée sur toute ou partie de la circonférence.
Dans un tel cas, l’acquisition des données de relief peut se limiter par exemple à une acquisition de la distance à l’axe de la canalisation, dans la direction radiale, de la surface intérieure de la canalisation S.
Le cas échéant, une nervure de renforcement 105 peut être réalisée, formant saillie sur la surface intérieure de la canalisation, comme illustré à la figure 9. Le système robotisé peut effectuer le cas échéant plusieurs passages dans la canalisation.
On a illustré à la figure 10 la réparation d’un pont à l’aide de deux systèmes robotisés travaillant en parallèle, l’un pour réaliser une structure de renforcement 100 sous la forme d’un bossage à l’extérieur de l’ouvrage, l’autre travaillant à l’intérieur de l’ouvrage.
Dans le cas où la structure de renforcement est un bossage, celui-ci peut être réalisé avec un passage 108 permettant l’ancrage d’un câble de précontrainte PC à l’aide d’un bloc d’appui B A, comme illustré à la figure 12, ou avec un passage 109 de forme évasée à ses extrémités pour dévier un câble de précontrainte PC.
Une fois le bossage réalisé, il peut être en outre être brélé à l’ouvrage, comme illustré à la figure 11. Dans ce cas, le dépôt des couches par extrusion est réalisé de façon à ménager des trous pour l’installation ultérieure du système de brelage.
On a illustré à la figure 14 la réparation d’une maçonnerie à l’aide d’un système robotisé 10 selon l’invention. Le système robotisé est alors utilisé pour le rejointement, entre les pierres R. Le cas échéant, le système robotisé peut être équipé d’un outil pour gratter les joints existants, préalablement à la pose des nouveaux joints par extrusion.
On peut équiper le système robotisé d’autres outils, et par exemple d’une spatule 17 comme illustré à la figure 16, afin par exemple de lisser le matériau de renforcement déposé par extrusion avant sa prise.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être donnés.
On peut réparer grâce à l’invention tous types d’ouvrage de génie civil.

Claims (36)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de réparation d’un ouvrage de génie civil, comportant le dépôt directement sur une portion de l’ouvrage à réparer d’une structure de renfort (100) formée d’une ou de plusieurs couches successives d’au moins un matériau de renfort, extrudées chacune au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé, par un système robotisé (10).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, le matériau étant extrudé en bandes.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, le matériau étant déposé à l’aide d’au moins une tête d’extrusion (13) du système robotisé, notamment une tête d’extrusion présentant un orifice de sortie pour le matériau en forme de fente.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un lissage de la structure avant sa prise à l’aide d’un outil (17) du système robotisé, notamment une spatule, de préférence un outil porté par un même bras (12) du système robotisé que la tête d’extrusion (13).
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’acquisition de données de relief de la zone sur laquelle le matériau doit être déposé et le pilotage automatique de la tête d’extrusion au moins à partir de ces données de relief.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, l’acquisition des données de relief s’effectuant à l’aide d’un système d’acquisition du système robotisé, notamment porté par un même bras que la tête d’extrusion.
  7. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, l’acquisition des données de relief comportant l’acquisition de données de relief en temps réel, simultanément à l’extrusion.
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, l’acquisition des données de relief comportant l’acquisition de données de relief préalablement à l’extrusion
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédente, l’acquisition des données de relief s’effectuant à l’aide d’au moins un capteur optique, par balayage d’ondes ultrasonores ou millimétriques, et/ou à l’aide d’au moins un palpeur mécanique.
  10. 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dont la revendication 3, le guidage de la tête d’extrusion s’effectuant de façon à respecter une loi d’application préprogrammée du matériau de renfort.
  11. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le nombre de couches déposées étant compris entre 2 et 100 et l’épaisseur de chaque couche entre 1 et 30 mm.
  12. 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de couches déposées et/ou l’épaisseur des couches déposées varie de façon à réaliser une structure de renfort (100) dont l’inertie varie.
  13. 13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, la structure de renfort étant nervurée.
  14. 14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure de renfort étant une poutre.
  15. 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, la structure de renfort étant une coque.
  16. 16. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure de renfort étant un bossage de diffusion d’effort concentré, tel qu’un massif d’ancrage de câbles et/ou tirants, notamment un bossage d’ancrage de câble(s) de précontrainte additionnelle, de déviateur de câble(s) de précontrainte extérieure, d’appui ou d’ancrage d’amortisseur(s).
  17. 17. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure de renfort étant réalisée avec une ou plusieurs réservations en jouant sur la localisation des couches déposées.
  18. 18. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ouvrage contribue à guider mécaniquement le système robotisé dans son déplacement le long de l’ouvrage lors de la réalisation de la structure de renfort, notamment par appui du système robotisé contre au moins une surface de l’ouvrage, en particulier au moins une surface définie par une poutre de l’ouvrage.
  19. 19. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la précision de dépôt de la structure de renfort étant meilleure que +/- 0,5 cm dans le sens de l’épaisseur et/ou dans une direction parallèle à la surface sous-jacente de l’ouvrage.
  20. 20. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le matériau extrudé étant un béton, notamment fibré, de préférence un béton à haute performance ou ultra haute performance.
  21. 21. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le matériau extrudé comportant une résine.
  22. 22. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’ouvrage étant une voûte (V), notamment de tunnel ou de dôme.
  23. 23. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’ouvrage étant un pont, la portion de l’ouvrage à réparer faisant notamment partie du tablier du pont.
  24. 24. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’ouvrage étant une canalisation ou un mat, le système robotisé circulant de préférence le long de cette canalisation ou de ce mat, à l’intérieur de celui-ci.
  25. 25. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’ouvrage étant en maçonnerie et la structure déposée (100) servant au rejointement.
  26. 26. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la portion de l’ouvrage à réparer étant majoritairement en béton.
  27. 27. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 25, la portion de l’ouvrage à réparer étant métallique.
  28. 28. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 25, la portion de l’ouvrage à réparer étant en bois.
  29. 29. Structure de renfort (100) recouvrant au moins partiellement un ouvrage de génie civil, notamment poutre, coque ou bossage, réalisée par la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  30. 30. Ouvrage de génie civil réparé par la mise en place sur l’ouvrage d’une structure de renfort (100) réalisée par la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 28.
  31. 31. Système robotisé (10) convenant à la réparation d’un ouvrage de génie civil, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 28, comportant :
    - au moins une tête d’extrusion (13) configurée pour former directement sur une portion de l’ouvrage à réparer une structure de renfort composée d’un matériau de renfort, ce matériau de renfort étant de préférence un béton, notamment fibré, ou comportant une résine,
    - un système d’acquisition de données de relief de la zone sur laquelle le matériau doit être déposé,
    - un calculateur pour contrôler automatiquement les déplacements de la tête d’extrusion (13) relativement à l’ouvrage à réparer, à partir au moins des données de relief et de la forme à donner sur l’ouvrage à la structure de renfort, les déplacements de la tête d’extrusion étant contrôlés de façon à extruder le matériau en couches successives,
    5 l’extrusion du matériau ayant lieu au contact de la surface sur laquelle le matériau doit être déposé.
  32. 32. Système robotisé selon la revendication 31, comportant un bras articulé (12) portant la tête d’extrusion, notamment à plusieurs degrés de liberté.
  33. 33. Système robotisé selon la revendication 31 ou 32, comportant une 10 plateforme (11) mobile le long de l’ouvrage, notamment une plateforme automotrice ou tractée, montée sur roues, chenilles, câbles ou patins de glissement, dont le déplacement est commandé par le calculateur.
  34. 34. Système selon l’une quelconque des revendications 31 à 33, comportant un outil pour lisser la structure déposée avant sa prise, notamment sous forme de spatule, cet
    15 outil étant de préférence porté par un même bras que la tête d’extrusion.
  35. 35. Système selon l’une quelconque des revendications 31 à 34, comportant des moyens pour orienter automatiquement une buse de la tête d’extrusion perpendiculairement à la surface sur laquelle le matériau de renfort est déposé.
  36. 36. Système selon l’une quelconque des revendications 31 à 35, la tête 20 d’extrusion (13) comportant une buse (14) en forme de fente.
    1/4
    IVI Vq
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