Brevet FR2786216A1 — publié le 20000526

La présente invention concerne un procédé pour réparer ou renforcer une structure existante en béton armé, dont la résistance ou le comportement n'est pas ou plus approprié à l'usage pour lequel il est destiné. Dans le cas de détérioration d'une structure en béton armé, ou dans le cas d'une utilisation pour laquelle celleci n'est pas prévue, l'état de la technique propose plusieurs solutions qui sont en général basées sur le mme principe, lié aux caractéristiques du comportement particulier de ce matériau. En effet, le béton seul a une bonne résistance à la compression, mais son comportement vis-à-vis de la traction est très faible, voire nul une fois qu'il a été fissuré. En conséquence, son association avec des armatures en acier, dont la résistance à la traction est très performante, noyées dans le béton au moment du coulage, permet de pallier le défaut principal du béton et d'obtenir un matériau dont les qualités ne sont plus à démontrer. La réparation ou le renforcement d'une structure en béton armé peut donc tre réalisé par l'adjonction d'un ou deux de ses composants, ou d'un équivalent. Les techniques les plus utilisées sont décrites en particulier dans l'ouvrage Les techniques de réparation et de renforcement des ouvrages en béton fascicule n 1 GUIDE GÉNÉRAL dans la collection AFPC-SNBATI-STRRES, et sont principalement : -le renforcement par adjonction de béton, projeté ou non, avec ou sans incorporation d'armatures, qui a l'inconvénient d'alourdir le poids mort à porter, d'une mise en oeuvre nécessitant un matériel important et de présenter un encombrement qui peut tre incompa tible avec la destination de l'ouvrage. -le renforcement par tôles collées, qui consiste à so lidariser la structure avec des tôles métalliques par collage, qui jouent ensuite le rôle des armatures de béton armé. La préparation du support est relativement lourde, et le collage nécessite d'exercer une pression de serrage dont la mise en oeuvre est souvent probléma- tique. -le renforcement par le procédé TFC (Tissu de Fibres de Carbone), qui consiste à solidariser un tissu en fi bres de carbone par collage, similaire à la solution précédente, nécessitant une préparation du support moins poussée, mais dont le coût est tributaire du ma tériau relativement sophistiqué utilisé. Une autre technique utilise des barres de précon- trainte, disposées perpendiculairement aux tôles métalli- ques, pour solidariser les tôles avec la structure en permettant la mobilisation des forces de frottement pour assurer le non-glissement relatif des tôles par rapport au beton. Cette technique est adaptée pour des structures qui nécessitent la mise en oeuvre d'efforts importants. Elle impose l'utilisation de matériels de mise en tension dont l'encombrement et la manipulation ne sont pas toujours simples et imposent l'intervention de spécialistes. D'une façon fréquente les renforcements sont mis en oeuvre en sous-face des structures, pour des raisons d'efficacité puisque les tractions en travée se produisent en fibre inférieure, et pour des raisons d'exploitation, à savoir que la face supérieure des planchers doit tre exempte de surpaisseurs quelconques. Le procédé selon la présente invention consiste à associer des tôles métalliques à la structure en béton armé en employant, pour assurer le non-glissement relatif des tôles et de la structure, des chevilles de fixation qui permettent d'exercer un effort de serrage suffisant pour mobiliser les forces de frottement utiles au bon fonctionnement de l'ensemble. Ce procédé, qui repose sur la mme analyse du comportement du béton armé que les techniques couramment employées, présente l'avantage d'tre une technique légère puisque le poids ajouté est réduit à celui des tôles de renforcement, simple à mettre en oeuvre puisqu'elle ne necessite pas d'outillage lourd ou encombrant, rapide puisqu'elle ne nécessite pas de temps de séchage long, economi- que puisqu'elle est réalisée à partir d'éléments courants et standardisés. Selon une première caractéristique, l'invention a pour objet un procédé consistant à lier des tôles métalliques à une structure en béton armé, caractérisé en ce que la liai- son est réalisée par des chevilles de fixation mises en place, au travers des trous dans la tôle, dans les forages réalisés dans la structure en béton. L'interface entre les tôles et la structure est constitué par un produit de calage de type durcissant, mis en place avant ou après le prpositionnement des tôles. Après le positionnement des tôles et le durcissement du produit de calage, les chevilles sont soumises à un couple de serrage générant un effort de précontrainte permettant de mobiliser les forces de frottement nécessaires. L'implantation des chevilles est déterminée selon une distribution calculée en fonction de la variation 1'effort de traction que la tôle doit supporter. Selon d'autres particularités, on réalisera : -préférentiellement des forages non traversants, -la préparation des surfaces de contact par exemple par nettoyage, sablage ou bouchardage du béton, l'amélioration du frottement entre la tôle et le pro duit de calage par des stries ou des indentations ou des taquets de blocage sur la surface de la tôle. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en élévation la travée courante d'une poutre en béton armé associée à une dalle de plancher, appuyée sur poteaux. La travée est renforcée en partie inférieure par le dispositif de l'invention. Cette fi- gure montre, à titre indicatif, la répartition des chevilles. La figure 2 montre suivant la coupe A-A de la figure 1 le principe de fixation des tôles en coupe courante. La figure 3 correspond au détail 1 de la figure 1 et montre l'extrémité de la tôle. Cette technique est bien adaptée a priori aux dalles et aux poutres de bâtiment (1) puisqu'elle n'a pas d'incidence sur l'exploitation normale des planchers. En effet, l'épaisseur courante des planchers est suffisante pour la mise en oeuvre des chevilles de fixation (2) sans avoir à faire des percements traversants (5). Si l'application la plus courante concerne le renforcement des dalles ou des poutres en travée, rien ne s'oppose à l'utilisation de ce dispositif à d'autres structures. L'application de cette technique se déroule suivant les phases qui peuvent tre, par exemple, les suivantes : -préparation de la surface de contact, afin d'améliorer le coefficient de frottement sur la surface de contact de la structure exécution des forages (5) pour la pose des che villes (2), -prépositionnement des tôles (3) et des chevilles (2), -mise en oeuvre d'un produit de calage (4) entre la tôle et la structure, -séchage et durcissement du produit de calage (4), -serrage au couple des chevilles (2) et mise en ser vice. Le fonctionnement du dispositif étant basé sur la mobilisation des forces de frottement, toutes les dispositions propres à améliorer le coefficient de frottement entre les surfaces en contact sont souhaitables. La création de stries, d'indentations ou de taquets de blocage sur la tôle (3), ainsi que l'emploi de produits de calage (4) de performances élevées ont un effet favorable sur l'efficacité de système. Les chevilles de fixation (2) sont utilisées pour l'effort de précontrainte qu'elles permettent de créer, et non pour leur capacité à reprendre des efforts de cisaillement ou de traction. Cependant, cette capacité constitue une réserve de résistance supplémentaire. Les chevilles les plus adaptées sont les chevilles pour fixations lourdes avec l'indication de la précontrainte en fonction du couple de serrage. Le dimensionnement des tôles est fait par application des Règles BAEL (Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé suivant le méthode des états limites). La justification de 1'effort de serrage est fait par application de la norme NF P 95-104 Ouvrages d'art Réparations et renforcement des ouvrages en béton et en maçonneries Spécifications relatives à la technique de la précon trainte additionnelle et par référence à l'article de Daniel POINEAU paru dans les Annales de l'ITBTP de février 1992 Réparation et renforcement de structures de bâtiments ; d'ouvrages d'art. REVENDICATIONS 1) Procédé de réparation ou de renforcement de structures en béton armé consistant à lier des tô- les métalliques (3) à une structure en béton armé (1), caractérisé en ce que la liaison est réalisée par des chevilles de fixation (2) mises en place, au travers des trous dans la tôle, dans les forages (5) réalisés dans la structure en béton ; l'interface entre les tôles (3) et la structure (1) étant constitué par un produit de calage (4) de type durcissant, mis en place avant ou après le prépositionnement des tôles (3) ; les chevilles (2) étant soumises, après le durcissement du produit de calage (4), à un couple de serrage générant un ef fort de précontrainte permettant de mobiliser les forces de frottement nécessaires. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les forages (5) réalisés dans la struc ture peuvent tre non traversants, ou non débou- chants. 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les surfaces en contact ont été préala- blement préparées pour améliorer le coefficient de frottement, par exemple par nettoyage, sablage ou bouchardage pour la surface de béton de la struc ture (1) ou par réalisation de stries, d'indentations ou de taquets de blocage sur la tôle métallique (3). 4) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à implanter les chevilles (2) suivant une distribu tion variable, déterminée en fonction de la varia tion de l'effort de traction que la tôle (3) doit équilibrer. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendica tions précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre les chevilles (2) à un couple de ser rage générant un effort de précontrainte permettant de mobiliser les forces de frottement nécessaires.