Brevet FR2422001A1 — publié le 19791102

La présente invention concerne de manière générale des éléments de construction pouvant se présenter soit sous la forme d'éléments de revetement tels que des éléments de façade ou de parement, des caissons etc., soit sous forme d'éléments porteurs tels que des colonnes, linteaux, cadres,destinés à l'intérieur ou à l'extérieur des bâtiments qui sont obtenus à partir d'éléments en pierres naturelles ou composites renforcées par un système d'armatures. L'utilisation des pierres naturelles dans la construction a toujours rencontré un vif succès par les avantages et qualités intrinsèques de ces produits. Actuellement cependant, deux inconvénients d'ordre économique limitent une utilisation plus généralisée de ces matériaux. Il s'agit d'une part du prix élevé de la matière première et d'autre part le coût de la pose résultant du fait que les éléments traditionnels sont relativement de petites dimensions. Généralement, on limite la section des éléments utilisés afin de réduire la consommation des pierres relativement onéreuses,ce qui entraîne cependant une réduction de la résistance de ces éléments. Si l'on réduit en particulier la section des pierres, on se trouve confronté d'une part à la faible résistance aux chocs et à la traction et d'autre part au manque de fiabilité résultant notamment de l'apparition de microfissures et/ou d'une porosité limitant l'utilisation extérieure dans laquelle les pierres sont soumises aux intempéries. Une réduction du cout de la pose des pierres naturelles est possible en leur conférant des caractéristiques mécaniques suffisantes pour les préassembler en éléments de plus grandes dimensions, relativement légers, avec un système éventuel de fixation incorporé. Avantageusement, ce préassemblage doit pouvoir se réaliser en atelier. La présente invention vise par conséquent à fournir des éléments de construction qui répondent aux exigences prémentionnées de réduction de la section des pierres à mettre en oeuvre tout en maintenant leurs caractéristiques mécaniques et leur fiabilité et d'autre part de réduction du prix de pose. Un autre but visé par l'invention est de valoriser les pierres naturelles en tirant avantage de leurs qualités esthétiques et de leurs qualités de vieillissement tout en leur conservant leurs fonctions d'éléments de construction qui sont actuellement souvent assumées par l'acier et le béton qui reçoivent ;seulement un parement de pierres naturelles. Divers procédés ont déjà été étudiés pour atteindre le but décrit. On a notamment cherché à réaliser une précontrainte et/ou un assemblage de pierres, soit par des barres ou des câbles métalliques, tendus par boulonnage dans la masse des pierres mais indépendants de celles-ci, soit par des cerclages dans des cannelures ménagées dans la masse des pierres soit encore dans des rainures extérieures. On a également tenté de réaliser un assemblage par collage, éventuellement renforcé par des fibres de verre ou autres, de différents éléments de pierres pour obtenir deux ou plusieurs épaisseurs de pierres en 11lamellé" par exemple. Tous ces procédés, auxquels on peut faire des reproches sur le plan économique, esthétique ou pratique, ne sont guère exploités. Le but visé par l'invention peut etre obtenu de manière particulièrement efficace et simple par des éléments en pierres qui sont obtenus par assemblage et renforcement à l'aide d'armatures noyées dans des canaux dans les pierres1 et solidarisées à celles-ci par des résines synthétiques. Avantageusement, l'armature est constituée de fibres souples noyées dans la résines au moment de la fabrication de l'élément, la nature de la résine étant choisie de manière que le retrait du à sa polymérisation réalise une précontrainte dans l'assemblage. Dans le cas de la fabrication d'éléments rectilignes constitués d'une ou plusieurs pierres assemblées sans joint , on peut utiliser comme armatures des barres ou des tubes rigides en polyester époxyde ou une autre résine armée ou encore d'autres matériaux rigides. Une ou deux extrémités des canaux dans lesquels sont logées les armatures peuvent rester libres sur quelques centimètres pour permettre un emboitement avec un élément voisin ou bien les barres ou tubes peuvent dépasser les quelques centimètres à une ou à deux extrémités des pierres pour servir ainsi de broches utilisées pour la fixation ou l'accrochage ou encore pour la pénétration dans un élément voisin tout en préservant, si nécessaire, la libre dilatation des éléments. Selon une caractéristique particulièrement intéressante de l'invention, il est possible de ménager des joints ouverts entre les différentes pierres assemblées par la même armature et de permettre à cette armature de servir également de dispositif d'accrochage pour l'élément assemblé. Il est également possible de ménager différents canaux de jonc- tion, d'un diamètre supérieur à celui du canal recevant les armatures, dans l'axe et perpendiculairement à l'axe de ces derniers, pour ménager ainsi des points a'attache aux armatures. Par le recours à des armatures souples (réalisées par exemple en résines et en fibres), il est possible d'assembler plusieurs éléments constitués eux-memes de pierres assemblées, les éléments étant disposés dans des plans différents pour réaliser ainsi des cadres en forme de U ou de L dotés des caractéristiques mécaniques particulièrement intéressantes. La section des éléments constitutifs, la section et le nombre des canaux armés ainsi que le choix des armatures sont calculés en fonction des sollicitations imposées aux éléments ainsi conçus, afin d'optimaliser les différents facteurs économiques et esthétiques des éléments. Lorsqu'on a recours à la précontrainte selon une caractéristique particulièrement intéressante de l'invention mentionnée ci-dessus, les calculs tiendront compte également de la quantité, de la qualité et de la position relatives des matières -de renforcement, des pierres et des résines synthétiques de solidarisation pour réaliser des éléments qui allient la légèreté et l'esthétique à des résistances mécaniques adéquates. Afin d'éviter les effets de cisaillement aux angles des différents canaux, il est possible de forer, perpendiculairement aux deux axes, un trou érodant l'arete vive, soit en forant perpendiculairement à la jonction des deux axes des canaux, et jusqu'au fond de ceux-ci, un trou d'un diamètre supérieur à celui du plus grand des canaux, pour ainsi permettre de loger une pièce métallique ou plastique de forme arrondie ou autre qui supprime les effets de cisaillement. Une autre caractéristique particulièrement importante de l'invention consiste dans le fait que l'effet résultant du coefficient de dilastation plus élevé de la résine par rapport à celui de la pierre peut être annihilé ou atténué par l'incorporation à la résine de charges compressibles, capables de se lier d'une façon homogène à la résine employée, et d'absorber les efforts de dilatation de ces résines pour éviter ainsi la fissuration de la pierre portée, à l'ensoleillement, à des températures pouvant atteindre l'ordre de 800C dans nos pays, voire 1000 sous les tropiques. Dans des formes particulières d'exécution de l'inventicn, on peut prévoir des canaux longitudinaux et transversaux en complément à ceux déjà cités pour provoquer une précontrainte bi- et tri-dimensionnelle. Sn augmentant les diamètres des extrémités des canaux, on peut ainsi créer des épaulements capables d'augmenter les capacités de précontrainte du procédé. En principe les armatures sont introduites en les glissant sim- plement dans les canaux pratiqués dans les pierres et en y injectant des résines contenant un catalyseur de réticulation. Si l'enfilade des fibres longues est rendu impossible ou difficile par la complexité du réseau de canaux, on peut utiliser des fibres courtes (de l'ordre de 10 mm) ou très courtes (de l'ordre de 1 mm) incorporées à la résine et injectées avec celle-ci. Par suite de la viscosité du mélange de fibres et de résine, il sera alors souhaitable d'introduire ce mélange par pompage, du bas vers le haut, afin d'expulser la totalité de l'air. L'élément sera positionné adéquatement pour obtenir ce résultat, et les orifices inutilement béants seront bouchonnés. Ces bouchons, comme tous ceux qui risquent d'etre visibles après la pose, seront avantageusement réalisés dans la meme matière que l'élément lui-meme. L'invention sera décrite plus en détail, à titre d'illustration non limitative, à l'aide de quelques formes d'exécution de l'invention en regard des dessins annexés qui font ressortir quelques avantages ainsi que quelques caractéristiques complémentaires de l'invention. Dans les dessins La figure 1 est une vue en perspective d'un pilier composé d'une pierre dont les armatures dépassent les extrémités, La figure 2 est une vue en perspective d'un pilier en plusieurs pièces montrant un joint fermé, dissimulé, et un joint ouvert, permettant entre autres l'accrochage par fixation du pilier; La figure 3 montre un assemblage en forme de U, formé de trois pierres au moins et renforcées; La figure 4 montre la fixation et le renforcement d'éléments dits "jupes de ponts", généralement réalisés en béton armé jusqu a ce jour, pour des questions de sécurité. Dans les différentes figures, des repères de références identiques ont été utilisés pour des éléments identiques ou similaires. L'élément constitutif simple représenté à la figure 1 est selon l'invention constitué par une pierre 1 dans laquelle deux canaux 3 et 3' ont été forés qui reçoivent respectivement les armatures 5 et 5' dépassant aux extrémités des canaux afin de permettre leur liaison soit avec d'autres éléments similaires, soit à une charpente ou à tout autre partie d'une construction dans laquelle cet élément doit etre incorporé. La réalisation des éléments se fait comme suit Les canaux 3 sont préalablement forés dans la pierre par mèches ou couronnes, diamantées de préférence, montées sur une foreuse spécialement équipée, en particulier à axe horizontal pour les grandes dimensions. Après un certain séchage, suivant le type de résine qui sera décrite plus loin, on introduit dans les trous, soit des barres ou tubes réalisés en fibre de verre armée de résine polyester ou époxy, suivant la technologie SPIRGLASS, par exemple, pour les éléments rectilignes, soit des fibres de verre souples qui sueront guidées par un crochet au gré des circuits internes établis par les différents trous, joignant éventuellement une pierre à l'autre.Une résine de type polyester, époxy ou acrylique, contenant un système catalytique et qui peut etre chargée de microsphères de verre et autres charges, par exemple, pour conserver une très faible viscosité, en meme temps que de bonnes caractéristiques mécaniques, est coulée dans les trous pour enrober ainsi parfaitement les fibres de verre, préalablement armées ou non et former ainsi une armature solidaire de l'élément en pierre. Dans la figure 2, on a représenté plusieurs éléments de pierre 1, 1' et 1" assemblés par des armatures 5 et 5' passant par des canaux 3 et 3' forés en alignement dans les pierres 1, 1' et 1". On a de plus représenté deux types- de joints que 1 'on peut réaliser, à savoir un joint ouvert 7 et un joint fermé 8. Par un joint ouvert il devient possible d'accrocher l'armature et ainsi fixer les pierres 1, 1' et 1" assemblées. A la figure 3, on a représenté un assemblage en U constitué de trois éléments 1, 1' et 1" qui peuvent eux-memes être déjà des assemblages du type de la figure 2 à joints fermés. Dans les canaux 3 et 3' on peut soit glisser des barres rigides, soit réaliser l'assemblage à l'aide de fibres précontraintes, les barres ou les fibres étant noyées dans de la résine et solidarisées par celle-ci aux différents éléments 1, 1' et 1". On notera que le oint 9 à gauche du dessin est réalisé à 4'. Ce joint est collé après passage de l'armature ce qui permet de dissimuler les traces des canaux. Les armatures logées dans les canaux peuvent se prolonger de l'élément de pierre 1 à l'élément 1'. Le joint 10 est quant a lui classique et les armatures sortant à droite des canaux 3 et 35 de l'élément 1 sont donc visibles. Dans la figure 4, la jupe du pont est constituée par assemblage d'une part de l'élément 9 à l'élément 1' à l'aide d'armatures conforme à l'invention noyées dans des canaux 3, ces éléments solidarisés 1 et 1' étant à leur tour solidarisés à des éléments voisins 17 et 11' par des armatures noyées dans les quatre canaux 3'. On met à profit la présence des armatures logées dans les canaux 3 supérieurs pour monter des crochets 14. On obtient de cette manière une possibilité de fixation d'une robustesse et d'une inaltérabilité remarquables et un renforcement des jupes proprement dites. Dans les différentes formes d'exécution représentées, il convient de s'assurer que la compressibilité du matériau pierreux soit compatible avec les caractéristiques de retrait et d'allongement des composantes synthétiques ou métalliques sélectionnées pour réaliser l'armature noyée et la solidarisation de cette armature avec le matériau pierreux. Généralement, on utilise une composante synthétique qui lors de sa prise (généralement par réticulation) subit un retrait qui assure une précontrainte efficace du matériau pierreux. Les produits obtenus selon l'invention présentent des propriétés mécaniques remarquables. C'est ainsi qu'on peut constater qu'une canalisation de pl 3 cm de résine polyester armée de fibres de verre et chargée sans précaution particulière, située à 2 cm de la surface de la pierre1 de petit granit belge en lloccurencel portée à une température d'ensoleillement de 800C, fissurait la pierre tout au -long de la canalisation. Tandis que le meme essai, reproduit systématiquement dans les mêmes conditions, avec une résine identique, mais à laquelle ont été incorporées un pourcentage déterminé de charges compressibles, n'a provoqué aucune fissuration quelconque de la pierre. Le progrès technique réalisé par l'invention réside dans le fait qu'il devient possible d'allier les caractéristiques esthétiques remarquables de la pierre naturelle à une résistance mécanique immédiate et de longue durée de façon simple et économique. Comparé aux techniques classiques consistant à armer un béton, le procédé de l'invention se distingue par le fait que dans le cas du béton armé, on réalise ou place une armature et la soumet éventuellement à une précontrainte, coule du béton autour de celle-ci et relâche la precontrainte éventuelle après la prise du béton. Selon l'invention, la nature même de la résine réalise la précontrainte des pierres assemblées tandis que le béton est formé d'une masse unique. Par le procédé de l'invention, on accroît la fiabilité de la pierre naturelle qui peut présenter soit des cassures dans lesquelles l'humidité peut s'introduire et qui provoquent une rupture de la pierre en cas de gel ou qui présentent encore des points de faiblesse. On peut considérer que par le procédé de l'invention on élimine tous risques de défauts pouvant exister dans la pierre naturelle et obtient donc de cette manière un produit totalement fiable présentant des qualités meilleures que la pierre même dont il est formé. Bien qu'on ait décrit des modes d'exécution préférés de l'invention, il doit être bien entendu que de nombreuses variantes ou modifications restent accessibles à l'homme de l'art; de plus l'architecte peut réaliser à l'aide des éléments de l'invention des constructions de tous types qui relèvent tous de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Eléments en pierres caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par assemblage et renforcement à l'aide d'armatures noyées dans des canaux dans les pierres et solidarisées à celles-ci par des résines synthétiques. 2. Eléments selon la revendication n caractérisés en ce que llar- mature est constituée de fibres souples noyées dans la résine au moment de la fabrication de l'élément, la nature de la résine étant choisie de manière que le retrait du à sa polymérisation réalise une précontrainte dans l'assemblage. 3. Eléments selon la revendication 1 caractérisés en ce que l'armature est constituée par des barres ou des tubes rigides en résine armée. 4. Eléments selon la revendication 3 caractérisés en ce qu'une ou deux extrémités des canaux dans lesquels sont logées les armatures sont partiellement libres pour permettre un emboitement avec un élément voisin. 5. Eléments selon la revendication 3 ou 4 caractérisés en ce que les barres ou tubes dépassent à une ou à deux extrémités des pierres pour servir ainsi de broches utilisées pour la fixation ou l'accrochage ou encore pour la pénétration dans un élément voisin tout en préservant la libre dilatation des éléments. 6. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisés en ce qu'on ménage des joints ouverts entre les différentes pierres assemblées par la même armature pour permettre à cette armature de servir également de dispositif itaccrochage pour l'élément assemblé. 7. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisés en ce qu'on ménage différents canaux de jonction, dlun diamètre supérieur à celui du canal recevant les armatures, dans l'axe et perpendiculairement à l'axe de ces derniers, pour ménager ainsi des points d'attache aux armatures. 8. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comportant le recours à des armatures souples caractérisés en ce qu'on assemble plusieurs éléments constitués eux-mêmes de pierres assemblées, les éléments étant disposés dans des plans différents pour réaliser ainsi des cadres en forme de U ou de L. 9. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisés en ce qu'afin d'éviter les effets de cisaillement aux angles des différents canaux, on fore, perpendiculairement aux deux axes, un trou érodant l'arete vive, ou on fore perpendiculairement à la jonction des deux axes des canaux, et jusqu'au fond de ceux-ci , un trou d'un diamètre supérieur à celui du plus grand des canaux, pour ainsi permettre de loger une pièce métallique ou plastique de forme arrondie ou autre qui supprime les effets de cisaillement. 10. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisés en ce que l'effet résultant du coefficient de dilatation plus élevé de la résine par rapport à celui de la pierre est annihilé ou atténué par l'incorporation à la résine de charges compressibles, capables de se lier d'une façon homogène à la résine employée, et d'absorber les efforts de dilatation de ces résines pour éviter ainsi la fissuration de la pierre. 11. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisés par la présence de canaux longitudinaux et transversaux en complément à ceux déjà cités pour provoquer une précontrainte bi- et tridimensionnelle. 12. Eléments selon l'une quelconque des revendications 1 à Il caractérisés en ce qu'en augmentant les diamètres des extrémités des canaux, on crée des épaulements capables d'augmenter les capacités de précontrainte du procédé. 13. Eléments selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'on utilise des fibres courtes (de l'ordre de 10 mm) ou très courtes (de l'or- dre de 1 mm) incorporées à la résine et injectées avec celle-ci. 14. Constructions réalisées à l'aide d'éléments selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.