Brevet FR2778936A1 — publié le 19991126

PROCEDE DE CONSOLIDATION D'IMMEUBLES L'invention concerne un procédé de consolidation d'immeubles. Le problème de la consolidation des immeubles se pose en particulier dans les régions sismiques. Un des buts de l'invention est de proposer un procédé de consolidation qui n'affecte pas la structure de l'immeuble. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de consolidation qui ne mette pas en jeu des moyens très lourds et donc très coûteux. L'invention a pour objet un procédé de consolidation d'immeubles par insertion d'une structure métallique dans la maçonnerie existante, des trous étant effectués dans les plans moyens des murs par la technique des forages, des barres métalliques étant insérées dans les trous pour constituer la structure métallique, un mortier étant injecté entre les barres et les parois des trous pour empêcher le flambage des barres et les solidariser à la maçonnerie existante, caractérisé en ce que les barres forment des palées, constituées de montants verticaux, de lisses horizontales, et de diagonales, afin de résister aux sollicitations dynamiques dues notamment aux séismes. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le forage est effectué par des machines de forage avec des carottiers, trépans ou autres et de préférence à sec pour éviter la dégradation des parements; - les planchers constituent des éléments rigides dans leurs plans, limitant à la hauteur d'un étage la longueur théorique de flambage des barres verticales ou inclinées, la connexion des barres verticales avec les planchers étant faite par des colliers reliés à des barres horizontales formant un chainage incorporé à un mur, le collier étant introduit à sa place à travers un trou horizontal foré au préalable et pouvant servir à évacuer des débris de forage des zones supérieures; - la transmission des efforts provenant de la superstructure au bon sol est faite par le même procédé de forage de trous à travers les fondations existantes et dans le sol sous-jacent, en y insérant les barres prévues pour la structure et en constituant des ancrages par injection de béton - les montants, les lisses et les diagonales se rencontrent dans des noeuds constitués d'éléments courts ou abouts filetés, soudés sur les montants, des manchons assurant la liaison entre les abouts et les extrémités des lisses et des diagonales; - pour remplacer un plancher, on utilise des chapiteaux métalliques, vissés sur les extrémités supérieures des barres verticales du niveau considéré et/ou on utilise des poteaux préfabriqués contenant des chemises frettantes pour la connexion; - le raccordement de prolongation de deux segments de barres se fait, soit à l'aide de manchons pour recouvrement ou "tension 1/2 pas droit et 1/2 pas gauche" ne dépassant pas le diamètre des barres, soit par vissage direct des deux extrémités. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit, faite avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente l'ensemble de la structure résistante. La figure 2 représente un noeud de la palée. Les figures 3 et 4 représentent la reprise d'un plancher et de ses poteaux. Les figures 5 et 6 représentent le dispositif antiflambage. Les figures 7, 8 et 9 représentent les raccordements de prolongation des barres. Dans un tel immeuble, on doit concevoir le renforcement de certains éléments, comme les refends porteurs ou des trumeaux importants entre ouvertures, pour les transformer en palées parasismiques 2. Pour ceci, on fore dans le plan de ces éléments, en principe à leur demiépaisseur, des trous d'un diamètre légèrement supérieur à celui des barres calculées comme nécessaires à la stabilité. Les directions de ces trous sont verticales, horizontales ou inclinées 3 pour qu'ils contiennent les barres des palées du type de "poutres à treillis". Pour les trous verticaux ou inclinés, le forage peut être ascendant ou descendant. La première méthode a l'avantage de ne pas percer le toit et de faire descendre les débris du forage par gravitation. Le forage est exécuté par des carottiers. Les plus adéquats sont ceux à couronnes diamantées, refroidies à l'air comprimé. Les trépans destructifs provoqueraient des trépidations et le refroidissement par eau détériorerait les parements des murs fissurés. Le forage par couronnes diamantées avec refroidissement par de l'air comprimé, est silencieux, sans trépidations, rapide et sans risque de dégradations des revêtements muraux, ce qui évite d'évacuer les locataires pendant la durée du chantier. De plus, il permet l'extraction des carottes entières. Dans les trous ainsi forés, on insère les barres métalliques. On les relie entre elles pour constituer les palées résistantes. Pour ceci, autour des endroits des futurs "noeuds" de ces palées, on ménage des espaces vides pour pouvoir réaliser des connexions par vissage et/ou soudure 4, 5 (FIG. 2). Une fois la palée montée, on injecte autour des barres un coulis de ciment ou de résine qui en durcissant les rend solidaires des murs. L'ensemble forme une structure de maçonnerie armée du type "voile armé", parasismique qui empêche en même temps le flambage des barres, étant connu que les forces latérales pour empêcher ce flambage sont très faibles. Par ce nouveau procédé, on a transformé la maçonnerie existante et friable, en une structure résistante, sans modifier l'aspect esthétique et architectural de l'immeuble en question. Cette structure est calculable suivant les règlements en vigueur, mais les diamètres obtenus par le calcul doivent être compatibles avec les épaisseurs habituelles des murs des bâtiments. Pour cela, on peut diminuer ces diamètres en majorant le nombre des barres, des palées ou en utilisant des aciers plus résistants. A titre d'exemple, ces diamètres varient de quelques centimètres à dix ou quinze centimètres. Les barres peuvent être cylindriques, pleines ou tubulaires en acier doux ou de haute résistance, pour correspondre aux nécessités. Leur longueur est décidée en fonction de la technologie adoptée: des grandes longueurs, par exemple pour les lisses, horizontales, ou des segments qui se relient les uns aux autres pour les montants et les diagonales. En ce qui concerne la fondation, le présent brevet prévoit qu'afin d'éviter la perturbation du sol par le nouveau type de sollicitation, on continuera le forage des trous verticaux des murs de la superstructure et des caves à travers les fondations, dans le sol (FIG. 1), assez loin de leur niveau existant 7, en y fichant les barres des murs en tant que micropieux. Ceux-ci seront ancrés dans le bon sol en y injectant du béton pour constituer des bulbes 8 ou pieux 9 aptes à répartir la pression ou la traction de ces barres dans le sol. Connexions: dans le cas de nécessité de remplacement d'un plancher détérioré d'un étage, et de ses poteaux, on propose que ce plancher 10 (FIG. 3) soit recouvert d'une couche de polystyrène 11 qui ne lui transmet pas de charges. L'extrémité supérieure de chaque barre renforçant les murs, dépasse le niveau supérieur du plancher en question d'une vingtaine de cm et elle est filetée. Sur cette extrémité, on visse un chapiteau métallique comportant une âme taraudée, une aile inférieure et une autre supérieure 13 reliées par des raidisseurs 14. Ce chapiteau supporte le nouveau plancher, de préférence du type plancher-dalle, sans retombées de poutres 15. La couche de polystyrène peut supporter le béton frais de ce plancher de l'épaisseur de 0,20 m environ, soit 500 Kg/m2 ou 49,05 N/m2. Si le plancher ancien est trop faible pour le supporter, on peut bétonner ce plancher en plusieurs phases par des couches d'épaisseurs réduites, tout en l'étayant. Sur ce chapiteau pourra être monté un nouveau poteau préfabriqué 16 comportant un chemisage métallique 17 à sa partie inférieure. Ce chemisage sert de frettage intégral pour le béton du poteau en lui conférant une grande ductilité et une résistance majorée, et permet de fixer le poteau sur le chapiteau par des soudures ou des boulons. Une variante de la fixation (FIG. 4) du poteau nouveau est constituée pour le cas o le dernier plancher ancien est suffisamment résistant. Dans ce cas, la chemise frettante précédente comporte un fond métallique 18 avec un tube taraudé servant d'écrou se vissant sur l'extrémité filetée de la barre métallique émergeant du mur et du plancher ancien. Dispositif anti-flambage des barres métalliques des renforts dans les murs. Afin d'éviter le flambage d'ensemble des barres, sans solliciter dangereusement la maçonnerie, c'est-à-dire sur la hauteur de plusieurs niveaux, on doit les fixer au niveau de chaque plancher. Dans ce but, on fore dans le mur deux trous horizontaux 19 (FIG. 5) au niveau supérieur de chaque plancher, au voisinage du futur passage du forage vertical, à savoir, un à sa gauche et un autre à sa droite, aboutissant dans son axe. Le diamètre de ces trous est tel qu'il puisse permettre l'introduction d'un collier 6 en acier à travers lequel passera la future barre verticale soit environ 15cm. Le collier comporte deux trous taraudés dans lesquels se vissent deux barres 20 d'un diamètre de 12 mm environ, une par trou foré précédemment. A l'aide de ces deux barres, le collier peut être positionné et maintenu à la place ou passe, en descendant, la barre métallique verticale de renfort des murs. Les deux barres susmentionnées seront prolongées (par soudure) par des barres semblables pour constituer un "chaînage" 21 (FIG. 6) fixé dans une saignée du mur. De telle sorte, le collier constitue un point fixe de la barre verticale limitant sa longueur de flambage, à la hauteur d'un étage. D'autre part, ces trous horizontaux forés à chaque niveau de planchers, peuvent servir pour évacuer les débris de forages supérieurs. Flambage entre deux planchers successifs A titre d'exemple non limitatif, pour un point d'appui portant une superficie de plancher de 5,0 x 6, 0 m2, on trouve: S plancher = 30,00 m2; charge par niveau p = 10 kN/m2: nombre d'étages n = 3 Poids total P = 3 x 10,0 x 30,00 - 900 - 1000 kN/point porteur Longueur d'une barre verticale Lo = 2,50 m (entre deux planchers) Longueur de flambage, compte tenu de la continuité, Lfl = 0,5 Lo = 1,25 m Diamètre choisi de la barre d = 10 cm Section de la barre s = 78,54 cm2 Son rayon de giration i = d 2,5 cm Elancement À = Lfl = 125c= 50 i 2,5 Coefficient de majoration cb = 1, 21 Charge majorée caP = 1,21 x 1000 = 1210 kN Taux de travail: a- 120l0 3N 2= 154,07MPa contrainte admissible plus forte, p. ex. 5 = 250,0 MPa. Noeud de palée parasismique (FIG. 2) La stabilité d'un immeuble sous la secousse sismique dans une certaine direction est assurée par un certain nombre de palées, semblables autant que possible. Les montants 22, lisses 23 et diagonales 24, sont dans le même plan. Des abouts de connexion 26 et 27 avec ceux-ci seront fixés sur les montants. Lors des forages dans les murs, il faudra ménager des trous aux endroits des noeuds, d'une dimension telle qu'ils puissent permettre le travail de soudure ou vissage des manchons sur les barres y arrivant. Les extrémités des barres 23 et 24 sont filetées sur une longueur permettant le recul des manchons 4 avant de les avancer sur les abouts. Les manchons filetés y seront avancés pour se visser sur les "abouts" 26 et 27 reliés aux montants. Afin de garantir la co-linéarité de la lisse et d'un about ou d'une diagonale et d'un about en vue de pouvoir visser le manchon sur les 2 pièces, les abouts seront soudés sur les montants 5 après un vissage partiel du manchon. Le fait que les trous dans les murs sont plus larges que les barres, permet une première approche de ces dernières pour constituer le plan des palées. Le raccordement de prolongation (FIG. 7) de deux segments de barres se fait également par des "manchons pour recouvrement" 28 ou des "manchons tension 1/2 pas droit et 1/2 pas gauche" 29 (FIG. 8) qui lors du vissage serrent les extrémités des barres l'une contre l'autre assurant ainsi le passage de l'effort de compression. Mais dans ce cas, le manchon, par son diamètre extérieur, ne dépasse pas l'épaisseur de la barre, autrement dit, le filetage de celle-ci est réalisé en diminuant le diamètre de la barre. Le même raccordement peut être fait sans manchons, en filetant une extrémité d'une barre en extrémité positive et l'autre en extrémité creuse sur laquelle vient se visser l'extrémité positive de la barre suivante 30 (FIG. 9). Le but de ce dispositif est de ne pas obstruer l'espace entre la barre et le parement du trou afin que l'on puisse injecter le coulis de solidarisation de l'ensemble. REVENDICATIONS 1.Procédé de consolidation d'immeubles par insertion d'une structure métallique dans la maçonnerie existante, des trous étant effectués dans les plans moyens des murs par la technique des forages, des barres métalliques étant insérées dans les trous pour constituer la structure métallique, un mortier étant injecté entre les barres et les parois des trous pour empêcher le flambage des barres et les solidariser à la maçonnerie existante, caractérisé en ce que les barres forment des palées, constituées de montants verticaux, de lisses horizontales, et de diagonales, afin de résister aux sollicitations dynamiques dues notamment aux séismes. 2. Procédé de consolidation d'immeubles selon la revendication 1 caractérisé en ce que le forage est effectué par des machines de forage avec des carottiers, trépans ou autres et de préférence à sec pour éviter la dégradation des parements. 3. Procédé de consolidation d'immeubles selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les planchers constituent des éléments rigides dans leurs plans, limitant à la hauteur d'un étage la longueur théorique de flambage des barres verticales ou inclinées, la connexion des barres verticales avec les planchers étant faite par des colliers (6) reliés à des barres horizontales (20) formant un chaînage (21) incorporé à un mur, le collier (6) étant introduit à sa place à travers un trou horizontal (19) foré au préalable et pouvant servir à évacuer des débris de forage des zones supérieures. 4. Procédé de consolidation d'immeubles, selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission des efforts provenant de la superstructure au bon sol est faite par le même procédé de forage de trous à travers les fondations existantes et dans le sol sous-jacent (7), en y insérant les barres prévues pour la structure et en constituant des ancrages (8) et (9) par injection de béton. 5. Procédé de consolidation d'immeubles selon la revendication 1, caractérisé en ce que les montants, les lisses et les diagonales se rencontrent dans des noeuds constitués d'éléments courts ou abouts (26, 27) filetés, soudés sur les montants (22), des manchons (4) assurant la liaison entre les abouts (26, 27) et les extrémités des lisses (23) et des diagonales (24). 6. Procéde de consolidation d'immeubles selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que pour remplacer un plancher, on utilise des chapiteaux métalliques (13), vissés sur les extrémités supérieures des barres verticales du niveau considéré et/ou on utilise des poteaux préfabriqués (16) contenant des chemises frettantes pour la connexion (17, 18). 7. Procédé de consolidation d'immeubles selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le raccordement de prolongation de deux segments de barres se fait, soit à l'aide de manchons pour recouvrement (28) ou "tension 1/2 pas droit et 1/2 pas gauche" (29) ne dépassant pas le diamètre des barres, soit par vissage direct des 2 extrémités (30).