Brevet FR2594871A1 — publié le 19870828

Procédé permettant de renforcer des structures ou éléments de structure, notamment en béton, béton armé, béton précontraint a l'aide d'armatures souples, dispcsitif de mise en place des armatures, et armatures mises en osuvre dans ledit procédé. La présente invention a trait à un procédé permettant de renforcer des structures ou éléments de structure, notamment en béton, béton armé, béton précontraint. Elle concerne également de nouvelles armatures souples, plus particulièrement destinées a renforcer par ltexté- rieur des structures ou éléments de structure, notamment en beton, béton armé, béton précontraint, ainsi qu'un dispositif pour la mise en place de ces armatures. On sait que les pièces en béton présentent une résistance à la traction très inférieure à leur résistance de compression, ce qui limite sensiblement leur capacité de résistance aux efforts de traction, de flexion et de cisaillement. On pallie ces insuffisances, soit en incorporant dans la masse de béton des armatures métalliques, soit en réalisant par des fils métalliques tendus une précontrainte. Il a été également proposé de renforcer les structures en béton par des tôles collées sur les parois de la structure à renforcer. Il s'agit toujours d'armatures métalliques qui présentent l'inconvénient de se corroder et d'être mal adaptées aux formes courbes ou complexes. La présente invention vise a remédier aux inconvénients précités, en proposant une nouvelle armature souple destinée à venir s'appliquer sur les parois externes de la structure à renforcer, réalisée à partir de -fibres naturelles ou synthétiques à module d'élasticité élevé et haute résistance a la traction. Dans son aspect le plus général, la présente invention concerne un procédé permettant de renforcer des structures ou éléments de structure, notamment en béton, béton armé, béton précontraint. Le procédé conforme a l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste - a partir d'une bande de fibres naturelles ou synthétiques a module d'élasticité élevé et haute résistance a la traction, a structure unidirectionnelle, la bande étant coupée a la longueur désirée - a imprégner cette bande d'une substance adaptée ala structure et aux fibres et destinée a assurer la fixation de la bande sur la structure å renforcer de preference - à soumettre/ladite bande à une post-contrainte - à la mettre en place sur la paroi de la structure a renforcer, et - a la maintenir appliquée contre la paroi pendant la phase de fixation. Parmi les fibres naturelles ou synthétiques a module d'élasticité élevé et haute résistance a la traction qui conviennent pour la réalisation de l'armature, on peut citer les fibres de bore, de carbone, de verre, de polyester, de polyamide. Les bandes de renforcement sont constituées par l'une des fibres du type précité ou par un mélange de deux ou de plusieurs de ces fibres, tel que carbone/polyamide ou verre/polyamide ou encore verre/carbone/polyamide. Les bandes, que l'on coupe a la longueur désirée, sont enduites d'une résine thermodurcissable telle qu'une résine époxyde ou polyuréthannea laquelle on a éventuellement ajouté un durcisseur. de preference de preference Les bandes ainsi enduites sont/soumises a une postcontrainte, afin d'accroître leur résistance aux efforts. Ces renforts ont une épaisseur généralement comprise entre 0,5 et 5 mm et qui est fonction des contraintes auxquelles ils seront soumis ainsi que de la nature et des diamètres des fibres qui les constituent. Les armatures conformes à l'invention se caractérisent par une excellente résistance mécanique et par une grande souplesse, cette dernière propriété leur permettant d'épouser les formes les plus variées des supports qu'elles sont appelées a renforcer. Les armatures sont mises en place sur les parois externes de la structure a renforcer et maintenues appliquées contre la paroi pendant toute la phase de collage. Celui-ci est avantageusement réalisé en chauffant à une température généralement comprise entre llO"C et 1200C, ce qui permet d'ac célérer la polymérisation de la résine. Le dispositif qui permet la mise en place des armatures, comporte avantageusement - un élément de recouvrement tel qu'un film étanche réalisé en une matière qui n'adhère pas a la bande de renforcement, et qui recouvre totalement cette dernière, ledit élément étant fixé par ses bords à la structure a consolider, par exemple a l'aide d'une bande adhésive - des moyens permettant de réaliser un vide partiel dans l'espace compris entre le film étanche et la structure a renforcer, tels qu'une tubulure traversant le film étanche et reliee à une pompe a vide , et - un élément chauffant tel qu'un ruban chauffant dans lequel sont incluses des résistances électriques et qui recouvre le film étanche. D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture du complément de description qui suit, donné à titre non limitatif et se référant aux dessins ci-annexés. La figure 1 illustre de façon schématique la mise en place d'une bande de renforcement sur une structure en béton. La figure 2 représente une pièce de forme courbe sur laquelle a été appliquée une bande de renforcement conforme a l'invention. Les figures 3 à 5 illustrent quelques exemples d'application du procédé conforme a l'invention. La figure 6 représente une vue de dessus d'un dispositif permettant la mise en post-contrainte de la bande de renforcement. La figure 7 représente une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6. Comme te montre la figure 1 , on a appliqué sur une structure/en béton 5 à renforcer, une bande de renforcement 1 conforme a l'invention, constituée par des fibres naturelles ou synthétiques unidirectionnelles 2 qui sont maintenues, a la fabrication, par des fils de trame 3 enrobés d'une résine thermodurcissable 4, telle qu'une résine époxyde. La bande 1 est maintenue appliquée sur la structure en béton 5 par un film étanche 6 n'adhérant pas å la résine thermodurcissable et qui peut être, par exemple, un film en polyéthyléne ou polypropylène. Ce film recouvre totalement la bande de renforcement 1 et est fixé sur le support par un adhésif 7. Le film est traversé par une tubulure 10 qui est reliée a une pope a vide et qui permet de faire un vide partiel dans l'espace compris entre le film 6 et le support 5. La pression constante qui s'exerce sur le support et qui est approximativement de l'ordre de 0,5 bar a pour effet de maintenir la bande 1 rigoureusement appliquée sur le support 5, ce qui permet d'obtenir un collage efficace et régulier.Le film 6 est lui-même recouvert d'un ruban chauffant 8 dans lequel sont incluses des résistances électriques 9. On note que la résine thermodurcissable qui enrobe les fibres, remplit une triple fonction : elle assure, bien entendu, tout d'abord, la fixation de la bande de renforcement sur la structure en beton, elle protège ladite bande et elle répartit et transmet les efforts de la structure en béton à la bande de renforcement. On comprend toute l' mportance que revêt la réalisation d'un collage uniforme, si l'on veut que la résine puisse correctement remplir ces fonctions. Pour la mise en place de l'armature, on procède de la manière qui suit. La bande est coupée a la longueur voulue et enduite jusqu'a saturation d'une résine thermodurcissable telle qu'une résine époxyde a laquelle a été éventuellement ajouté un catalyseur pour en accélérer la polymérisation. La bande ainsi enduite est soumise a une post-contrainte, calculée en fonction des contraintes auxquelles la bande sera soumise, puis elle est appliquée sur la structure a renforcer 5. On la recouvre alors par le film étanche 6 que l'on fixe sur la structure par la bande adhésive 7, et l'on réalise un vide partiel dans l'espace compris entre le film 6 et la structure 5.On applique sur le film 6 la nappe chauffante 8 et l'on chauffe a une température généralement comprise entre llO"C et 1200C. La polymérisation et donc le durcissement de la résine sont obtenus au bout d'1/2 heure a 1 heure suivant la nature de la résine utilisée. La mise en post-contrainte de la bande peut être réalisée en utilisant un dispositif tel que celui représenté sur les figures 6 et 7. Celui-ci comporte une pièce métallique 20 munie d'une lumière 21 dont la longueur est légèrement supérieure a la largeur de la bande et dans laquelle cette bande forme une boucle par collage sur elle-même en 22 par un tube ou 2par une tige 23 de longueur appropriee. Un effort de traction/exercé par un vérin ou tout autre dispositif par l'intermédiaire de l'orifice 25 assure une contrainte calculée au préalable sur la bande 1. Sur les figures 2 a 5, on a illustré quelques exemples d'application du procédé conforme a l'invention. La figure 2 représente une pièce en béton de forme courbe, qui a été renforcée par application sur sa face supérieure d'une armature 1 conforme a l'invention. On a représenté sur la figure 3 une vue en coupe de deux poutrelles accolées. Ces poutrelles sont renforcées sur leur face supérieure par une bande 11 et sur leur face inférieure par une bande longitudinale 12. Cette dernièreremplit une double fonction : tout d'abord celle d'éviter l'écartement des deux poutrelles puis celle d'accroître la résistance des poutrelles aux efforts longitudinaux. Sur la figure 4, on a représenté une vue en coupe d'un ouvrage en béton armé ou précontraint renforcé par des armatures conformes a l'invention. L'armature 15 appliquée sur la face supérieure du hourdis permet d'accroître la résistance aux efforts de traction. L'armature 13 appliquée sur l'un des flancs et sur une partie de la face inférieure du hourdis et l'armature 14 a l'intérieur du caisson permettent de renforcer par l'extérieur et par l'intérieur la résistance de la structure aux efforts tranchants des âmes. Rzs bandes longitudinales 16 et 17, respectivement appliquées sur la face inférieure du hourdis et a l'intérieur du caisson, permettent d'accroître la résistance aux efforts de flexion. f"s bandes 18 et 19, respectivement placées a la liaison âme-hourdis superieur et sur le hourdis supérieur, contribuent de la même façon a accroître la résistance aux efforts de flexion. Sur la figure 5, on a représenté une vue en coupe longitudinale d'une poutre à inertie variable qui a été renforcée a la flexion par une bande longitudinale 16 appliquée sur la face inférieure de la poutre. I1 va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes entrant dans le cadre des équivalences. C'est ainsi qu'il est possible de disposer sur la structure a renforcer plusieurs bandes l'une sur l'autre. Une telle disposition peut être avantageuse lorsqu'il s'agit par exemple de renforcer une poutre telle que celle représentée sur la figure 5, destinée a travailler sous moment de flexion. D'une façon générale, on aura avantageusement recours au procédé conforme a l'invention chaque fois qu'il s'agira de renforcer ou de conforter des ouvrages fissurés, et notamment ceux présentant des surfaces courbes ou complexes. Le procédé conforme a l'invention n'est pas limité au renforcement de structures en béton, mais il s'applique de la même façon au renforcement d'élément en bois tels que des poutres que l'on souhaite consolider en raison d'une dégradation de leurs propriétés mécaniques ou d'un accroissement de la charge qu'elles sont appelées a supporter. Les armatures conformes a 1 l'invention présentent, sur les armatures jusqu'ici utilisées, de nombreux avantages - grâce à leur grande souplesse, elles épousent les formes les plus variées des supports sur lesquels elles sont appliquées; - elles peuvent être très rapidement mises en place; - elles sont d'un bas prix de revient - ces armatures, qui ont sensiblement la couleur du béton, ne nuisent pas à l'esthétique des ouvrages sur lesquels elles sont appliquées, comme le font des tôles collées par exemple. A titre illustratif, il est décrit, ci-dessous, un exemple de réalisation de l'invention, appliqué au renforcement d'un plancher sur poutrelles préfabriquées en béton précontraint. Le plancher est composé - de poutrelles d'une hauteur de 0,22 m et ayant une largeur au talon de 0,10 m; ces poutrelles sont précontraintes par une armature de fils adhérents. L'espacement entre les poutrelles est de 0,45 m et leur portée est de 5,80 m; - d'un hourdis comportant une dalle de compression ayant une épaisseur de 0,06 m et armée d'un treillis soudé. Le poids propre du hourdis est de 150 kg/m2, celui des poutrelles de 98 kg/m2 et celui du revêtement de 6 kg/m2, 2 soit au total un poids de 254 kg/m . Le plancher est prévu pour supporter une charge de 400 kg/m2, ce qui, avec son poids propre, représente 654 kg/m2. La modification de l'aménagement des locaux conduit à implanter, sur le plancher, un stockage en casiers posés au droit des poutrelles a raison de 2.650 kg par poutrelle. Cette modification conduit a une augmentation du moment de flexion maximal des poutrelles, qui passe de 1.237 kg/m à 2.990 kg/m. I1 en résulte une contrainte supplémentaire de 2.990 - 1.237, soit 7.012 kg. 0,25 On applique sur la sous-face des poutrelles un ruban de KEVLAR 49 à structure unidirectionnelle. Le KEVLAR 49 est une fibre polyamide fabriquée par DU PONT DE NEMOURS, se caractérisant par un module et une résistance mécanique élevés (résistance 2 à la rupture : 270 kg/mm ). Le ruban mis en oeuvre répond a ces caractéristiques - épaisseur : 2,2 mm - largeur : 50 mm - section utile : 0,6 x 110 = 66 mm2 - charge de rupture : 66 x 270 = 17.820 kg - longueur : 4,4 m. Ce ruban est imprégné d'une résine époxyde BP 907 d'AMERICAN CYANAMID. On applique avant polymérisation une charge de postcontrainte de 3.500 kg. La contrainte maximale sous charge est de 10.500 kg, soit 59 de la charge de rupture. La contrainte d'adhérence sur 0,5 m est égale à 2 10.500 , soit 0,42 kg/mm 50 x 500 REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de renforcer par l'extérieur des structures ou des éléments de structure en béton, béton armé, béton précontraint, caractérisé en ce qu'il consiste - à partir d'une bande (1) de fibres naturelles ou synthétiques à module d'élasticité élevé et haute résistance à la traction,à structure unidirectionnelle que l'on coupe à la longueur désirée, - à imprégner cette bande d'une substance (4) adaptée à la structure (5) et aux fibres unidirectionnelles (2), et destinée à assurer la fixation de la bande (1) sur la structure (5) à renforcer, - à mettre en place la bande (1) sur la paroi de la structure (5) à renforcer, - et à la maintenir appliquée contre la paroi pendant la phase de fixation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu on soumet à une post-contrainte la bande (1) avant de la mettre en place sur la paroi de la structure (5) à renforcer. 3. Procédé selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres naturelles ou synthétiques sont choisies dans le groupe constitué par les fibres de bore, de carbone, de verre, de polyester et de polyamide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande est enduite d'une résine thermodurcissable. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est une résine époxyde ou une résine polyuréthanne. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bande (1) est maintenue appliquée contre la paroi en la recouvrant d'un élément de recouvrement (6) que l'on fixe sur la structure (5) à renforcer et en réalisant un vide partiel dans l'espace compris entre l'élément de recouvrement (6) et la structure (5). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le collage de la bande est obtenu par chauffage à une température comprise entre llO"C et 1200C pendant 1/2 heure à 1 heure. 8. Dispositif pour la mise en place des armatures selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte - un élément de recouvrement tel qu'un film étanche (6) réalisé en une matière qui n'adhère pas à la bande de renforcement (1) et qui recouvre totalement cette dernière, ledit élément étant fixé à la structure à consolider (5), - des moyens permettant de réaliser un vide partiel dans l'espace compris entre l'élément de recouvrement (6) et la structure à renforcer (5), tels qu'une tubulure (10) traversant l'élément de recouvrement et reliées une pompe à vide,et - un élément chauffant tel qu'un ruban chauffant dans lequel sont incluses des résistances électriques (9), ledit élément recouvrant le fi2m étanche. 9. Dispositif permettant la mise en post-contrainte de la bande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce métallique (20) comportant une lumière (21) ayant une longueur légèrement supérieure à la largeur de la bande (1) ét dans laquelle cette bande forme une boucle par collage sur elle-même, ladite boucle étant maintenue par un tube ou par une tige (23) de longueur appropriée, des moyens permettant d'exercer un effort de traction tels qu'un vérin par l'intermédiaire d'un orifice.(25). 10. Armature souple destinée à renforcer par l'extérieur des structures ou éléments de structure notamment en béton, béton armé , béton précontraint, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une bande de fibres naturelles ou synthétiques à structure unidirectionnelle (1) enrobées d'une substance (4) adaptée à la structure et aux fibres unidirectionnelles (2), et destinée à assurer la fixation de la bande sur la structure à renforcer (5). 11. Armature souple selon la revendication 10, caractérisée en ce que les fibres naturelles ou synthétiques sont choisies dans le groupe constitué par les fibres de bore, de carbone, de verre, de polyester et de polyamide. 12. Armature souple selon la revendication 10,carac- tériséeen ce que les fibres unidirectionnelles (2) sont enduites d'une résine thermodurcissable (4). 13. Armature souple selon la revendication 12,ca ractérisée en ce que la résine thermodurcissable est une résine époxyde ou une résine polyuréthanne. 14. Application des armatures définies dans les revendications 10 à 13 au renforcement de structures ou d'éléments de structure, notamment en béton, béton armé, béton précontraint.