FR3119631A1

FR3119631A1 - Procédé de renforcement d’une structure

Info

Publication number: FR3119631A1
Application number: FR2101201A
Authority: FR
Inventors: Nicolas FABRY; Ivica Zivanovic; Jacky Seantier; Julien Mercier
Original assignee: Soletanche Freyssinet SA
Current assignee: Soletanche Freyssinet SA
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: FR3119631B1

Abstract

Procédé de renforcement d’une structure, le procédé comprenant : installer sur une surface (12) de la structure (10) un ensemble (15) incluant un renfort (13) comportant des fibres de renforcement structurel et au moins un élément drainant (17, 19), de façon à n’avoir aucun élément drainant entre la surface de la structure et le renfort ; recouvrir l’ensemble (15) par une membrane de manière à former, entre la surface (12) de la structure et la membrane, un volume étanche (V1) renfermant l’ensemble ; mettre le volume étanche (V1) en dépression et y injecter de la résine à un état fluide ; et faire prendre la résine pour former un matériau composite de renforcement. Figure de l’abrégé : Figure 3

Description

Procédé de renforcement d’une structure

La présente divulgation concerne un procédé de renforcement d’une structure. La présente divulgation vise également une structure ainsi renforcée.

Les structures, notamment ouvrages d’art, de génie civil ou bâtiments, sont soumises à des efforts et à des environnements pouvant conduire à leur dégradation.

Une évolution des réglementations élaborées par les pouvoirs publics peut rendre la structure non conforme aux standards relatifs à la tenue mécanique imposés par ces réglementations.

Ainsi, la structure peut avoir besoin d’être renforcée afin d’assurer une tenue mécanique satisfaisante et conforme aux réglementations, favorisant ainsi la sécurité de tout utilisateur de la structure. Le renforcement intervient typiquement dans le cadre d’une réparation de la structure, ou d’une modification de la structure ou des exigences qu’elle doit satisfaire. On peut aussi concevoir qu’un renfort composite tel que présenté ci-après soit appliqué d’emblée sur une structure en cours de construction.

Dans certains cas, le renforcement de la structure peut être réalisé par application sur la structure d’un renfort composite. L’élément structurel du renfort composite, désigné simplement par « renfort » ci-après, est par exemple formé par un tissu de fibres orientées telles que des fibres de carbone ou de verre.

Il est connu d’appliquer le renfort composite à partir d’un procédé de pose par tissu sec. Ce procédé comprend dans un premier temps une application d’un film mince de résine à l’état fluide sur une surface à renforcer de la structure. Ensuite, le renfort sec est disposé sur le film mince de résine encore à l’état fluide. Le renfort est alors marouflé, c’est-à-dire pressé contre la surface à renforcer. Ainsi, l’épaisseur de résine entre la surface et le renfort est égalisée et le renfort est bien imprégné de résine pour former un matériau composite robuste. Généralement, le marouflage est réalisé de manière manuelle par un opérateur.

Le procédé ci-dessus peut présenter l’inconvénient d’employer une quantité de résine importante et en surabondance. De plus, le marouflage étant réalisé manuellement, la résine migre selon des directions dépendantes de la pression exercée lors du marouflage. Il en résulte des performances mécaniques et une qualité du produit final parfois difficiles à maitriser. Enfin, le procédé ci-dessus expose potentiellement l’opérateur à des risques liés au contact avec des produits chimiques, tels que la résine.

Les renforts composites peuvent aussi être appliqués à partir d’un procédé de pose par injection sous vide de résine, ou procédé de pose par infusion. Le procédé de pose par infusion comprend dans un premier temps la disposition du renfort sur la surface à renforcer. Ensuite, une membrane étanche est installée de manière à couvrir le renfort et une dépression est appliquée entre le renfort et la membrane étanche. De la résine est alors introduite à l’état fluide dans le volume fermé entre la surface à renforcer et la membrane étanche, la résine pouvant alors migrer le long de la surface par la simple action de la dépression.

Le procédé de pose par infusion tel que connu dans l’art antérieur, notamment tel que décrit par exemple dans US 5,879,778 A, ne conduit pas nécessairement à réduire la quantité de résine à employer pour l’installation du renfort composite. En outre, les conditions de propagation de la résine injectée par l’action de la dépression ne sont pas pleinement maîtrisées, ce qui peut donner lieu à des imperfections dans le renfort composite final.

Résumé

La présente divulgation vise à éliminer ou du moins atténuer tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.

Il est à cet effet proposé un procédé de renforcement d’une structure. Le procédé comprend :
installer sur une surface de la structure un ensemble incluant un renfort comportant des fibres de renforcement structurel et au moins un élément drainant, de façon à n’avoir aucun élément drainant entre la surface de la structure et le renfort ;
recouvrir l’ensemble par une membrane de manière à former, entre la surface de la structure et la membrane, un volume étanche renfermant l’ensemble ;
mettre le volume étanche en dépression et y injecter de la résine à un état fluide ; et
faire prendre la résine pour former un matériau composite de renforcement.

L’élément drainant permet de maîtriser les conditions de propagation de la résine. En particulier, l’élément drainant favorise une répartition homogène sur le renfort de la résine injectée, laquelle migre sous l’effet de la dépression créée dans le volume étanche. Le procédé permet ainsi d’améliorer les performances mécaniques du matériau composite formé.

Il n’y a pas d’élément drainant entre la surface de la structure et le renfort, de sorte que la transmission des efforts entre la structure et le renfort n’est pas gênée par la présence d’une couche pouvant constituer une faiblesse. En particulier, le renfort composite aura une meilleure tenue aux efforts de cisaillement qui s’exercent entre la structure et le renfort, notamment près des extrémités de celui-ci.

Selon un autre aspect, l’au moins un élément drainant comprend un élément drainant planaire placé contre le renfort pour faciliter un écoulement de la résine parallèlement à la surface de la structure.

Selon un autre aspect, l’élément drainant planaire comprend un filet en polyéthylène ayant un poids compris entre 150 g/m² et 200 g/m².

Selon un autre aspect, les fibres de renforcement structurel du renfort sont orientées majoritairement selon une direction principale de la surface de la structure, dans lequel l’au moins un élément drainant comprend en outre au moins un élément drainant linéaire placé contre le renfort ou l’élément drainant planaire le long de la direction principale.

Selon un autre aspect, les fibres de renforcement structurel du renfort sont orientées majoritairement selon une direction principale de la surface de la structure, et dans lequel l’au moins un élément drainant comprend au moins un élément drainant linéaire placé le long de la direction principale.

Selon un autre aspect, l’élément drainant linéaire est, transversalement à la direction principale, disposé au milieu du renfort.

Selon un autre aspect, la résine est injectée à travers la membrane au droit de l’élément drainant linéaire.

Selon un autre aspect, la résine est injectée à travers la membrane en au moins une position où le renfort couvre la surface de la structure.

Selon un autre aspect, la position où la résine est injectée est centrale par rapport au renfort.

Selon un autre aspect, la mise en dépression du volume étanche est réalisée à partir d’une pompe à vide connectée à au moins un point de raccordement dont la membrane est pourvue au niveau d’une extrémité de l’au moins un élément drainant.

Selon un autre aspect, mettre en dépression le volume étanche comprend faire régner dans le volume étanche une dépression comprise entre 600 mbar et 960 mbar, de préférence entre 800 mbar et 960 mbar.

Selon un autre aspect, le procédé comprend en outre retirer l’au moins un élément drainant après avoir fait prendre la résine. Ainsi, l’au moins un élément drainant est retiré après prise et durcissement de la résine.

Selon un autre aspect, l’ensemble installé sur la surface de la structure inclut en outre un film microporeux placé entre le renfort et l’au moins un élément drainant, de façon à faciliter le retrait de l’au moins un élément drainant après durcissement de la résine.

Selon un autre aspect, il est proposé une structure comprenant une surface à renforcer, sur laquelle un matériau composite de renforcement est formé à partir d’un procédé tel que décrit ci-avant.

D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

montre une vue de côté d’une structure associée à un renfort composite.

Fig. 2

montre une vue de face d’un exemple de renfort composite.

Fig. 3

montre une vue de côté d’un exemple de montage pour mettre en œuvre un procédé de renforcement d’une structure selon la présente invention.

Fig. 4

montre une vue de face d’un exemple d’ensemble compris dans le montage de la .

Fig. 5

montre une vue de face d’un exemple de montage partiel pour mettre en œuvre le procédé de renforcement d’une structure selon la présente invention.

Fig. 6

illustre la propagation de la résine dans une mise en œuvre du procédé de renforcement selon la présente invention.

Description de modes de réalisation

La montre une structure 10 associée à un matériau composite de renforcement 11.

La structure 10 est par exemple tout ou partie d’un ouvrage de génie civil ou d’un bâtiment. La structure 10 est par exemple construite en béton armé ou en béton précontraint, sans que ceci soit limitatif. Elle comprend une surface à renforcer 12, sur laquelle on vient appliquer le matériau composite 11.

Dans la description qui suit, le terme « renfort » désigne un élément structurel 13 du matériau composite 11 qui lui confère une résistance élevée à la traction, généralement selon une direction principale, tandis que l’expression « renfort composite » pourra être employée pour désigner le matériau composite 11 formé en associant un ou plusieurs renforts 13 à une résine 14 après sa prise.

Le renfort 13 est à base de fibres de renforcement structurel présentant un module d’Young élevé. La quantité et l’orientation des fibres du renfort sont généralement dictées par les calculs des ingénieurs de structure. Très souvent, les fibres du renfort 13 sont orientées majoritairement selon la direction principale. Le renfort 13est dit unidirectionnel si ses fibres structurelles sont toutes parallèles. Les fibres du renfort 13 sont souvent organisées en un tissu, avec une plus grande proportion de fibres de chaîne à orienter suivant la direction principale.

Le poids des fibres du renfort par unité de surface du renfort est par exemple compris entre 100 g/m²et 1500 g/m², de préférence entre 200 g/m²et 1400 g/m².

Le renfort 13 est à base de fibres de carbone, de verre, d’aramide ou de basalte, par exemple.

Dans le renfort composite 11, les fibres du renfort 13 sont agglomérées dans la résine 14 une fois que celle-ci a fait sa prise. La résine 14 est par exemple une résine époxy, un polyester ou un vinylester.

Pour permettre l’imprégnation des fibres du renfort 13, la résine 14 est dans un premier temps à l’état liquide. Elle peut être mélangée à un durcisseur. Le mélange résine-durcisseur est suffisamment liquide pour imprégner toutes les fibres de renforcement du renfort 13. La viscosité du mélange résine-durcisseur est par exemple comprise entre 100 mPa.s et 700 mPa.s, de préférence entre 200 mPa.s et 600 mPa.s. Le durcisseur agit de manière à provoquer un durcissement progressif de la résine 14 pendant l’imprégnation des fibres du renfort 13, jusqu’à ce que la résine 14 soit solidifiée. Avantageusement, le durcissement progressif est suffisamment lent pour permettre à la résine 14 d’imprégner correctement les fibres de renforcement, mais suffisamment rapide pour permettre la remise en service de la structure 10 dans un temps raisonnable. Ainsi, le mélange résine-durcisseur est choisi de manière à avoir une durée pratique d’utilisation (DPU) permettant de combiner la correcte imprégnation des fibres et le durcissement rapide de la résine 14. À une température de 20°C, la DPU du mélange résine-durcisseur est par exemple comprise entre 45 minutes et 4 heures, de préférence entre 1 heure et 3 heures.

Pour mettre en œuvre le procédé de renforcement de la structure 10, on dispose sur la surface 12 un ensemble 15 ( ) formé en empilant le renfort 13 et un ou plusieurs éléments drainants 17, 19. Dans cet ensemble 15, la couche la plus proche de la surface 12 est le renfort 13. L’ensemble 15 peut en outre comprendre un film microporeux 25 intercalé entre le renfort 13 et l’élément drainant 19. Le film microporeux 25 est de préférence adhérent à l’élément drainant 19, livré avec celui-ci et amovible. L’ensemble 15 est par exemple fixé à la surface 12 à l’aide d’un adhésif (non représenté).

Les fibres structurelles du renfort 13 sont par exemple orientées majoritairement selon une seule des directions X, Y parallèles à la surface 12. Dans les exemples des figures 4 et 5, les fibres de renforcement sont orientées majoritairement selon la direction principale de renforcement X. Typiquement, le renfort 13 a une dimension L1 suivant la direction principale X sensiblement plus grande que sa dimension W1 suivant la direction perpendiculaire Y.

On place ensuite une membrane 21 par-dessus l’ensemble 15. La membrane 21, étanche à l’air et à la résine 14, est par exemple une membrane en plastique amovible, c’est-à-dire apte à être pelée (ou décollée). La membrane 21 est fixée à la surface 12 autour de l’ensemble 15, par exemple à l’aide d’un adhésif 16 ( ) placé sur le pourtour d’un volume étanche V1 formé entre la surface 12 et la membrane 21. Dans l’exemple représenté sur les figures 3-5, ce volume V1 a une forme générale rectangulaire avec une dimension L3 le long de la direction principale X et une dimension W3 le long de la direction Y. Son épaisseur suivant la direction Z perpendiculaire à la surface 12 correspond à l’épaisseur de l’ensemble 15.

Comme précédemment indiqué, l’ensemble 15 et la membrane 21 sont fixés à la surface 12 à l’aide d’adhésif. En variante, l’ensemble 15 et la membrane 21 peuvent être supportés par des étais et des poutrelles ou des rails, notamment lorsque le renfort 13 est long et/ou la surface 12 est une surface inférieure ou en plafond de la structure 10.

La membrane 21 est pourvue de points de raccordement 20 à des conduits 22 d’un système de mise en dépression du volume étanche et d’injection de résine. Le nombre et la disposition des points de raccordement 20 sont choisis en fonction des dimensions L3, W3 du volume à injecter.

Si nécessaire, la surface 12 de la structure peut être traitée de façon connue avant d’installer l’ensemble 15, avec des agents facilitant l’adhésion de la résine ou renforçant l’étanchéité pour éviter les fuites lors de la mise en dépression.

Pour procéder à la mise en dépression du volume étanche délimité par la membrane 21, au moins un point de raccordement 20 est connecté à une pompe à vide 23 par l’intermédiaire d’un conduit 22. Chaque point de raccordement 20 connecté à la pompe à vide 23 est situé de préférence dans une position éloignée du centre des éléments drainants 17, 19, par exemple à leurs extrémités. La dépression appliquée par la pompe 23 est par exemple de 600 à 960 mbar, de préférence de 800 à 960 mbar, ce qui correspond approximativement à une pression résiduelle dans le volume étanche comprise entre 50 et 400 mbar, de préférence entre 50 et 200 mbar. La dépression fait que la membrane 21 se plaque contre l’ensemble 15 et permet de maintenir celui-ci contre la surface 12.

Une fois que la dépression a été appliquée, la résine 14 est injectée à l’état liquide dans le volume étanche. Pour ce faire, comme le montre la , au moins un point de raccordement 20 est relié à un réservoir de résine 24 par l’intermédiaire d’un conduit 22. Ainsi, la résine 14, préalablement mélangée au durcisseur, accède au volume étanche V1 à travers chaque point de raccordement 20 relié au réservoir 24. Le point de raccordement 20 relié au réservoir 24 est placé sur le renfort 13, de manière à ce que la résine 14 soit injectée en une position où le renfort 13 couvre la surface 12. La résine 14 est injectée par exemple en une position centrale par rapport au renfort 13.

Lors de l’injection de la résine 14, la dépression est maintenue au niveau du ou des autres points de raccordement 20. Ainsi, la résine 14 se propage dans le volume étanche. Voir la montrant la progression de la résine 14 lorsqu’elle est injectée par un point de raccordement central. La dépression peut être maintenue sur une durée d’une à deux heures après l’injection de la résine 14, afin de garantir le maintien de l’ensemble 15 et la membrane 21 contre la surface 12 pendant la prise et durcissement de la résine 14.

La propagation de la résine 14 et sa bonne répartition sur l’étendue du renfort 13 sont facilitées par les éléments drainants 17, 19 prévus dans l’ensemble 15.

L’ensemble 15 peut ainsi comprendre un élément drainant planaire 19 couvrant au moins tout le renfort 13. De préférence, l’élément drainant planaire 19 déborde autour du renfort 13, avec notamment une surlongueur de l’élément drainant 19 à chaque extrémité du renfort 13 suivant la direction principale X. À titre d’exemple, l’élément drainant planaire 19 comprend un maillage comportant des filaments disposés selon au moins deux directions. L’élément drainant planaire 19 peut être un tissu ou un non-tissé.

Dans une réalisation, l’élément drainant planaire 19 est en matériau polymère, par exemple un polyéthylène. En particulier, l’élément drainant planaire 19 peut être constitué d’un filet en polyéthylène ayant un poids compris entre 150 g/m² et 200 g/m². L’épaisseur de ce filet 19 est par exemple comprise entre 0.5 mm et 1,5 mm, de préférence entre 1 mm et 1,2 mm.

L’ensemble 15 peut encore comprendre un ou plusieurs éléments drainants linéaires 17 disposés parallèlement à la direction principale X. L’élément drainant linéaire 17 forme une sorte de mèche (ou rampe) qui assure une propagation préférentielle de la résine 14 le long de la direction X. Sa longueur L2 est inférieure ou égale à la dimension L1 du renfort 13. La largeur W2 de l’élément drainant linéaire 17 est sensiblement inférieure à la largeur W1 du renfort 13. Si la largeur W1 du renfort 13 est relativement grande, il est possible de disposer plusieurs éléments drainants linéaires 17 parallèlement les uns aux autres sur cette largeur W1.

Dans l’exemple des figures 4-6, il y a un seul élément drainant linéaire 17 dont la position, transversalement à la direction principale X, est au milieu du renfort 13. Cet élément drainant linéaire 17 peut être maintenu en position dans l’ensemble 15 par des morceaux de ruban adhésif 18.

L’élément drainant linéaire 17 peut être en un matériau polymère tel qu’un polyester. Dans certains cas, l’élément drainant linéaire 17 est constitué d’un noyau tridimensionnel à base de filaments de polyester enveloppé dans une gaine non tissée en polyester.

Dans l’exemple de réalisation de la , l’ensemble 15 comprend le renfort 13 recouvert par l’élément drainant planaire 19 lui-même recouvert par l’élément drainant linéaire 17. Ces éléments 13, 17, 19 peuvent être pré-assemblés avant d’amener l’ensemble 15 sur la surface 12. Une autre possibilité est d’amener le renfort 13 sur la surface 12 puis les éléments drainants 19, 17.

Une fois que le volume V1 a été rempli de résine, on laisse prendre la résine 14. Le renfort composite 11 est alors formé et adhérent à la surface 12.

Après prise et durcissement de la résine 14, les conduits 22, la membrane 21, l’adhésif 16 et les points de raccordement 20 sont retirés. Les éléments drainants 17,19 peuvent également être retirés. Le retrait des éléments drainants 17, 19 est facilité par la présence du film microporeux 25 associé à l’élément 19 à l’interface avec le renfort 13.

Le volume V1 étant mis en dépression pendant l’injection de la résine 14, le procédé décrit ci-dessus permet de limiter la quantité de résine 14 nécessaire pour former le renfort composite 11 et d’augmenter la proportion de fibres du renfort 13. Le poids de la résine 14 dans le renfort composite 11 est par exemple compris entre 500 g/m²et 800 g/m²pour un poids du renfort 13 de 500 g/m². Le rapport entre le poids de la résine 14 et le poids du renfort 13 est par exemple compris entre 1 et 1.6.

Le procédé décrit ci-dessus limite l’intervention d’un opérateur à la mise en place du montage de la , ce qui permet de mieux maitriser les propriétés du renfort composite 11 et d’augmenter la reproductibilité du procédé. De plus, l’exposition de l’opérateur à des produits chimiques est limitée.

Le procédé de renforcement selon la présente invention peut être appliqué à la structure 10 à titre préventif ou afin de réparer des dommages existants dans la structure 10.

Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont une simple illustration de la présente invention. Diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées.

Par exemple, plusieurs ensembles 15 installés sur une surface de la structure pourraient être renfermés dans le volume étanche V1, chaque ensemble 15 visant le renforcement des zones à renforcer différentes. Ainsi, à partir d’une seule opération, plusieurs zones à renforcer peuvent être traitées.

Claims

Procédé de renforcement d’une structure, le procédé comprenant :
installer sur une surface (12) de la structure (10) un ensemble (15) incluant un renfort (13) comportant des fibres de renforcement structurel et au moins un élément drainant (17, 19), de façon à n’avoir aucun élément drainant entre la surface de la structure et le renfort ;
recouvrir l’ensemble (15) par une membrane (21) de manière à former, entre la surface (12) de la structure et la membrane, un volume étanche (V1) renfermant l’ensemble ;
mettre le volume étanche (V1) en dépression et y injecter de la résine (14) à un état fluide ; et
faire prendre la résine pour former un matériau composite de renforcement (11).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un élément drainant comprend un élément drainant planaire (19) placé contre le renfort (13) pour faciliter un écoulement de la résine (14) parallèlement à la surface (12) de la structure.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’élément drainant planaire (19) comprend un filet en polyéthylène ayant un poids compris entre 150 g/m² et 200 g/m².
Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel les fibres de renforcement structurel du renfort (13) sont orientées majoritairement selon une direction principale (X) de la surface (12) de la structure, dans lequel l’au moins un élément drainant comprend en outre au moins un élément drainant linéaire (17) placé contre le renfort (13) ou l’élément drainant planaire (19) le long de la direction principale.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel les fibres de renforcement structurel du renfort (13) sont orientées majoritairement selon une direction principale (X) de la surface (12) de la structure, et dans lequel l’au moins un élément drainant comprend au moins un élément drainant linéaire (17) placé le long de la direction principale.
Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel l’élément drainant linéaire (17) est, transversalement à la direction principale (X), disposé au milieu du renfort (13).
Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel la résine (14) est injectée à travers la membrane (21) au droit de l’élément drainant linéaire (17).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résine (14) est injectée à travers la membrane (21) en au moins une position où le renfort (13) couvre la surface (12) de la structure.
Procédé selon la revendication 8, dans lequel la position où la résine (14) est injectée est centrale par rapport au renfort (13).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mise en dépression du volume étanche est réalisée à partir d’une pompe à vide (23) connectée à au moins un point de raccordement (20) dont la membrane (21) est pourvue au niveau d’une extrémité de l’au moins un élément drainant (17, 19).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel mettre en dépression le volume étanche comprend faire régner dans le volume étanche une dépression comprise entre 600 mbar et 960 mbar, de préférence entre 800 mbar et 960 mbar.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre retirer l’au moins un élément drainant (17, 19) après avoir fait prendre la résine (14).
Procédé selon la revendication 12, dans lequel l’ensemble (15) installé sur la surface (12) de la structure (10) inclut en outre un film microporeux (25) placé entre le renfort (13) et l’au moins un élément drainant (17, 19), de façon à faciliter le retrait de l’au moins un élément drainant (17, 19) après durcissement de la résine (14).
Structure comprenant une surface à renforcer (12), sur laquelle un matériau composite de renforcement (11) est formé à partir d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.