Brevet FR2817575A1 — publié le 20020607

Structure de maçonnerie et procédé de renforcement associé. La présente invention concerne le domaine du renforcement de structures en maçonnerie s'étendant entre deux points d'appui, par exemple une voûte, un élément de voûte ou un élément de linteau, comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression. Au cours du temps, de telles structures sont susceptibles de se dégrader pour diverses raisons, infiltration d'eau provoquant une dégradation des pierres ou des briques constituant la structure, tassement du sol provoquant un mouvement des fondations du bâtiment et de ses superstructures, modification du bâtiment postérieurement à sa construction, etc. De façon connue, la restauration d'une voûte ou d'un arc porteur de voûte en cas de fissuration, dégradation, déformation, peut être réalisée, soit par coulis de chaux, la réussite de ce procédé étant aléatoire, soit par remplacement des éléments dégradés ou cassés nécessitant des échafaudages, voire une reconstruction de l'ouvrage. Ces procédés imposent de lourdes servitudes d'exploitation et de mise en oeuvre, notamment de délai, d'immobilisation du bâtiment ou de l'ouvrage d'art, de coût, et ne permettent pas de renforcer des ouvrages trop sollicités ou dégradés, en toute fiabilité et en toute sécurité, pour un coût raisonnable. De plus, dans le cas de voûtes dont l'intrados supporte des éléments de grand intérêt historique ou artistique tels que des fresques, des peintures ou des sculptures, ces procédés ne permettent pas de les préserver intégralement. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des procédés connus. La présente invention a pour objet de proposer un procédé de renforcement de structure en maçonnerie de mise en oeuvre facile, rapide et peu onéreuse, tout en respectant les éléments ne devant pas être modifiés par le renforcement. Le procédé de renforcement, selon un aspect de l'invention, est destiné à une structure de maçonnerie s'étendant entre au moins deux points d'appui et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes. On ajoute sur une surface supérieure de la structure de maçonnerie un ensemble travaillant comprenant au moins deux couches de reprise d'efforts de traction ou de compression et un moyen formant entretoise entre lesdites deux couches, ledit ensemble travaillant étant réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble travaillant est solidarisé avec la structure de maçonnerie. On peut ainsi supporter totalement ou en partie la structure de maçonnerie. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble travaillant et la structure de maçonnerie sont en contact avec possibilité de déplacement mutuel. On pourra prévoir un organe de séparation entre l'ensemble travaillant et la structure existante, par exemple une feuille de feutre, de polyane ou de tout autre matériau compatible présentant une résilience suffisante. Avantageusement, au moins une desdites couches est formée par empilement croisé de toiles de fibres et application d'un liant. Les fibres peuvent être des fibres de verre. Le liant peut être un mortier époxyde ou une résine époxyde. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen formant entretoise comprend une structure alvéolaire. Le moyen formant entretoise est prévu au moins pour reprendre des efforts tendant à rapprocher ou à éloigner lesdites couches et des efforts de cisaillement. La structure alvéolaire peut être de type nid d'abeille, à alvéoles d'axe perpendiculaire auxdites couches. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen formant entretoise est d'épaisseur plus faible au centre de l'ensemble travaillant et d'épaisseur plus élevée sur les bords de l'ensemble travaillant. Ainsi, la structure comprend un cadre rigide destiné à éviter la transmission aux points d'appui d'efforts autres que des efforts de compression verticaux dus au poids de la structure et de la maçonnerie. On évite que des poussées horizontales ne s'exercent sur les points d'appui. On peut dégager la surface supérieure de la structure de maçonnerie préalablement à l'ajout de l'ensemble travaillant. Puis, on peut imprégner ladite surface supérieure avec un liant relativement liquide. Puis, on peut dérouler une toile de fibres de verre et l'imprégner de liant qui peut être le même que précédemment ou un peu moins liquide, et ainsi de suite. On prévoit, en général au moins trois toiles croisées pour former une couche de caractéristiques mécaniques relativement isotropes dans le plan de la couche. Dans un mode de réalisation de l'invention, on solidarise les points d'appui et l'ensemble travaillant. On augmente ainsi la rigidité de l'ensemble. Le dispositif de renforcement, selon un aspect de l'invention, est destiné à une structure de maçonnerie s'étendant entre deux points d'appui et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes. Le dispositif comprend un ensemble travaillant disposé sur une surface supérieure de la structure de maçonnerie et comprenant au moins deux couches de reprise d'efforts de traction ou de compression et au moins un moyen formant entretoise entre lesdites deux couches, ledit ensemble travaillant étant réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie. Un tel dispositif de renforcement peut s'appliquer à des voûtes, quelque soit leur courbure et leurs possibles déformations. Avantageusement, au moins une desdites couches comprend un empilement croisé de toiles de fibres et un liant. Dans un mode de réalisation de l'invention, une couche et un moyen formant entretoise sont solidarisés par un liant à base de résine synthétique. Dans un mode de réalisation de l'invention, deux moyens formant entretoise sont solidarisés par un liant et un enchevêtrement de fibres. Dans un mode de réalisation de l'invention, des connecteurs sont prévus entre au moins un point d'appui et ledit ensemble travaillant. On obtient ainsi une structure de maçonnerie renforcée sans intervention sur sa surface inférieure et dont le renforcement est invisible du côté de cette surface inférieure. En fonction des efforts devant être repris par l'ensemble travaillant et des déformations de la structure de maçonnerie d'origine, on peut prévoir que l'ensemble travaillant présente une épaisseur variable adaptée aux dits efforts et permettant ainsi une réduction de la quantité de matière utilisée pour la réalisation de l'ensemble travaillant et par conséquent une réduction du coût. On peut même prévoir que l'ensemble travaillant reprenne l'ensemble des efforts et supporte les pièces de la structure de maçonnerie. Selon les efforts à reprendre et la déformation de la structure existante, l'ensemble travaillant peut être prévu sur toute la surface ou sur une partie de la surface de la structure existante, par exemple sur certains arcs d'une voûte, sur des portions d'arc d'une voûte, etc. On choisira pour réaliser l'ensemble travaillant, des matériaux présentant un module d'Young très élevé. On peut réaliser l'ensemble travaillant en résine synthétique, par exemple de résine époxyde, chargée ou non, de quartz, de fibres de verre. Cette résine doit pouvoir être mise en oeuvre sous la pression atmosphérique et avoir une prise sans retrait. Les connecteurs permettant de solidariser les pièces de la structure de maçonnerie existantes et l'élément travaillant sont réalisés à base de matériaux présentant de bonnes qualités mécaniques et peu sensibles à la corrosion, par exemple des fibres de verre, des fibres aramide. Ces connecteurs sont scellés dans la structure existante au moyen d'une résine synthétique, par exemple époxyde, chargée ou non de sable, et solidaires de l'élément travaillant en étant recouverts d'au moins une épaisseur de toile de fibres avec du liant. Des perforations traversant l'ensemble travaillant pourront éviter la condensation de la vapeur d'eau. Une isolation thermique convenable pourra aussi être envisagée. L'invention est parfaitement adaptée au renforcement de voûtes plein cintre, de voûtes d'arête, de coupoles, de voûtes à arcature, outrepassée ou non, à arcs brisés, à arcs en anse de panier, à arcs rampants ou encore multilobés, reposant sur des murs ou des piliers, et au renforcement d'une structure de maçonnerie droite du genre traverse ou linteau réalisée en plusieurs pièces travaillant en compression. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale selon des plans de coupe verticaux et mutuellement perpendiculaires d'une voûte renforcée selon un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 3 est une vue partielle agrandie de la figure 1. La voûte d'origine est à faible rayon de courbure et présente une forme générale rectangulaire vue de dessus. La voûte 1 est ici composée de briques et liée par un mortier. Toutefois, on pourrait parfaitement concevoir une voûte comprenant d'autres matériaux, par exemple de la pierre. La voûte 1 est plane mais pourrait également être pourvue d'arcs, par exemple à croisée d'ogives et être pourvue d'arcs doubleaux ou encore d'arcs formerets. On pourrait également prévoir des arcs secondaires coopérant avec des liernes. La voûte 1 est supportée par deux à quatre murs référencés 2 à 5 parallèles deux à deux. Les murs 2 à 5 comprennent des moellons de pierres reliés par du mortier. L'interface entre la voûte 1 et les murs 2 à 5 est assurée par une pluralité de pierres taillées 6 à 9 en saillie par rapport aux surfaces verticales 2a à 5a des murs 2 à 5 situées du côté de la voûte 1. Les pierres 6 à 9 comprennent une surface 6a à 9a de contact avec la voûte 1 orientée perpendiculairement à la tangente locale à la voûte 1. L'épaisseur de la voûte 1 peut être relativement faible, par exemple de l'ordre de 20 cm. L'extrados la ou surface supérieure de la voûte 1 est, lors de la construction d'origine, généralement recouverte d'une forte épaisseur de mortier ou de tout autre matériau permettant, d'une part de charger la voûte 1, et d'autre part, d'obtenir une surface plane utilisable. Or, les voûtes subissent des dégradations au cours du temps, notamment en raison d'infiltrations d'eau, ou de déplacement des murs porteurs dû à des mouvements du sol ou autres. Ceci est particulièrement le cas pour les voûtes à faible courbure qui exercent des efforts horizontaux importants tendant à écarter les murs. Sur l'extrados la de la voûte 1 est disposée une couche 10 apte à reprendre des efforts de traction et de compression. La couche 10 peut comprendre trois épaisseurs de toiles de fibres de verre ou de carbone et un liant, notamment une résine synthétique, par exemple une résine époxyde. Le renforcement 10 comprend en outre, une couche intermédiaire 12, de forte épaisseur, généralement comprise entre 50 et 500 mm, plus particulièrement entre 90 et 270 mm. La couche intermédiaire 12 comprend un matériau alvéolaire, par exemple du type nid d'abeille apte à former un entretoisement convenable. La structure en nid d'abeille pourra être à base de résine chargée de fibres, par exemple, de résine époxyde chargée de fibre de verre. L'épaisseur de la couche 12 est plus forte à proximité des murs 2 à 5 qu'au centre de la voûte 1 pour une raison qui sera expliquée ci-après. Le renforcement 10 comprend une couche supérieure 13 disposée sur la couche intermédiaire 12 et de composition semblable à la couche inférieure 11. Les extrémités des couches inférieures 11 et supérieures 13 sont repliées vers le haut et mises en contact avec les surfaces verticales 2a à 5a des murs 2 à 5. La couche intermédiaire 12 laisse subsister un espace à proximité des murs 2 à 5, espace qui est rempli par un mortier 14, par exemple à base de résine époxyde. Le renforcement 10 est recouvert d'un blocage 15 qui peut être semblable au blocage utilisé au-dessus d'une voûte classique non renforcée. La réalisation du renforcement de la voûte 1 s'effectue comme suit. On commence par dégager l'extrados 1 a de la voûte 1 en ôtant les matériaux de blocage disposés au-dessus. Si l'on estime que l'enlèvement de ces matériaux de blocage risque de déséquilibrer la voûte 1, on peut prévoir un étaiement temporaire par en-dessous. Ensuite, on imprègne l'extrados la de la voûte 1 d'un liant du genre résine époxyde sous une forme très liquide. Si le matériau constituant la voûte 1 est poreux, comme c'est le cas pour du plâtre ou de la brique, le liant peut pénétrer de plusieurs millimètres dans ledit matériau. Puis, on vient former la couche inférieure 11. La toile de fibre se présente généralement sous la forme de rouleaux. On dispose donc des lés de toile les uns à côté des autres, les extrémités des lés viennent remonter le long des surfaces verticales de deux des murs 2 à 5. Les bords longitudinaux des lés d'extrémité viennent également remonter sur les surfaces verticales de deux autres des murs 2 à 5. Puis on applique une couche de liant et on recommence l'étape de pose des lés de toile de fibre puis d'application de liant jusqu'à l'obtention du nombre d'épaisseurs de toile que l'on souhaite en fonction des caractéristiques de la voûte. De préférence, on croisera le sens des lés d'une couche à l'autre. Ici, on a prévu trois épaisseurs lia à Il c. Ensuite, on vient former la couche intermédiaire 12. Le matériau alvéolaire se présente sous la forme de plaques d'épaisseur de l'ordre de 50 à 150 mm et de faible densité. Dans le cas de la voûte 1 à faible courbure, on pourra utiliser des plaques de taille relativement grandes. A l'inverse, pour une voûte de forte courbure, on sera conduit à utiliser des plaques de faible dimension ou à couper des plaques de grande dimension pour mieux épouser la forme de la voûte. De façon générale, on dépose sur l'ensemble de la couche inférieure 11 une épaisseur de plaque de matériau alvéolaire jusqu'à venir à une distance de quelques centimètres, voire un peu plus des surfaces verticales 2a à 5a des murs 2 à 5. Sur les parties latérales, on disposera plusieurs épaisseurs de plaques alvéolaires. Dans le cas illustré, il est prévu d'en installer trois qui pourront être reliées ensemble, soit par un liant, soit par un liant auquel on ajoute en interface une toile de fibre, ou de préférence par un liant auquel on ajoute des fibres mélangées enchevêtrées. Ensuite, on vient former la couche supérieure 13 de façon semblable à la formation de la couche inférieure Il avec un nombre d'épaisseurs de toile qui peut être le même, qui peut être différent en fonction des caractéristiques de la voûte et des contraintes à reprendre. Ici, on a prévu trois épaisseurs 13a à 13c. Bien entendu, l'application du mortier 14 entre les plaques de matériau alvéolaire de la couche intermédiaire 12 et les surfaces 2a à 5a des murs 2 à 5 s'effectue au fur et à mesure, c'est à dire qu'une partie du mortier 14 est appliquée avant la formation de la couche inférieure 11 et une autre partie est appliquée entre la formation de la couche intermédiaire 12 et la formation de la couche supérieure 13. La voûte 1 ainsi pourvue du renforcement 10 peut ensuite recevoir le matériau de blocage 15. Le renforcement 10 permet d'empêcher, de façon efficace, d'éventuelles déformations postérieures de la voûte 1, de stabiliser une voûte 1 déformée au préalable, par exemple présentant un méplat en formant une coque sur l'extrados la de la voûte 1 qui peut ainsi être entièrement supportée par le renforcement 10. L'épaisseur supérieure du renforcement 10 sur les côtés permet de former un cadre rectangulaire de grande rigidité qui reprend la poussée horizontale qu'exerce normalement une voûte sur son support, ce qui permet de réduire les contraintes qui s'exercent sur les murs 2 à 5. De plus, grâce à la structure alvéolaire de la couche intermédiaire 12, le renforcement 10 présente une masse faible et, en général, une densité inférieure à celle du matériau de blocage 15, ce qui conduit à un allégement général de la structure par rapport à l'état antérieur où le blocage occupe l'espace où est formé le renforcement. Si une condensation risque de se produire sous la voûte 1, par exemple en raison d'activités humaines, on pourra prévoir des trous traversant le renforcement 10 et permettant un transfert de l'humidité. Pour accroître encore les caractéristiques mécaniques du renforcement 10, on pourra disposer des connecteurs 16 assurant une solidarisation entre le renforcement 10 et les murs 2 à 5. Les connecteurs 16 seront disposés dans des trous forés 17 à partir des surfaces 2a à 5a des murs 2 à 5. Dans les trous 17 seront disposés lesdits connecteurs 16 qui se présentent sous la forme d'aiguilles ou de tiges, par exemple en fibre de verre ou de carbone dont le scellement dans les trous 17 sera assuré au moyen de mortier de résine, par exemple époxyde. Les connecteurs 16 permettent de faire travailler ensemble le renforcement 10 et les murs 2 à 5 et augmentent la cohésion de l'ensemble. De façon générale, les matériaux constituant le renforcement 10 seront choisis avec des coefficients de dilatation proches de ceux de la voûte 1. Au moins une épaisseur de toile de fibres 18 est disposée au-dessus de chaque connecteur 16 qui se trouve pris entre la couche supérieure 13 et la toile 18, avec du liant. Dans l'exemple illustré ci-dessus, le renforcement 10 et la voûte 1 sont fermement solidarisés par l'imprégnation de liant effectuée avant la formation de la couche inférieure 11, ce qui permet de supporter entièrement la voûte 1. Toutefois, on pourrait concevoir d'isoler mécaniquement la voûte 1 et le renforcement 10, par exemple, en déroulant sur l'extrados la une feuille de matériau synthétique tel que du polyane. Dans un tel cas, la voûte 1 est auto-supportée, le renforcement 10 n'assurant que le support du matériau de blocage 15. L'invention s'applique à tout type de voûte, qu'elle soit, comme dans l'exemple illustré, supportée par quatre murs, mais encore supportée par deux murs, parallèles ou non, par des appuis ponctuels du genre pile ou poteau ou par une combinaison de ces éléments. L'invention s'applique également à des linteaux formés de plusieurs pierres et fonctionnant en compression à l'instar d'une voûte tout en présentant des surfaces d'intrados et d'extrados planes. A titre de variante, on pourrait prévoir de disposer des plaques de matériau alvéolaire verticalement, à proximité des surfaces 2a à 5a des murs 2 à 5 et, entre la couche inférieure 11 dont l'extrémité sera en contact direct avec les surfaces 2a à Sa et la couche supérieure 13. On pourra ainsi disposer un plus grand nombre de connecteurs 16 dans le renforcement et dans les murs et accroître encore la capacité du renforcement 10 à reprendre des efforts. REVENDICATIONS 1. Procédé de renforcement d'une structure de maçonnerie s'étendant entre au moins deux points d'appui et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes, dans lequel on ajoute sur une surface supérieure de la structure de maçonnerie un ensemble travaillant comprenant au moins deux couches de reprise d'efforts de traction ou de compression et un moyen formant entretoise entre lesdites deux couches, ledit ensemble travaillant étant réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de maçonnerie. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble travaillant est solidarisé avec la structure de maçonnerie. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble travaillant et la structure de maçonnerie sont en contact avec possibilité de déplacement mutuel. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites couches est formée par empilement croisé de toiles de fibres et application d'un liant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen formant entretoise comprend une structure alvéolaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen formant entretoise est d'épaisseur plus faible au centre de l'ensemble travaillant et d'épaisseur plus élevée sur les bords de l'ensemble travaillant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on solidarise les points d'appui et l'ensemble travaillant. 8. Structure de renforcement d'une maçonnerie (1) s'étendant entre deux points d'appui (2,4) et comprenant une pluralité de pièces mutuellement en compression, chaque pièce se maintenant par frottement sur les pièces adjacentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend un ensemble travaillant (10) disposé sur une surface supérieure (la) de la structure de maçonnerie et comprenant au moins deux couches (11, 13) de reprise d'efforts de traction ou de compression et au moins un moyen formant entretoise (12) entre lesdites deux couches, ledit ensemble travaillant étant réalisé dans des matériaux de coefficients de dilatation et d'élasticité proches de ceux du matériau constituant la structure de ma- çonnerie. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'au moins une desdites couches comprend un empilement croisé de toiles de fibres et un liant. 10. Structure selon la revendication 8 ou 9, caractérisée par le fait qu'une couche et un moyen formant entretoise sont solidarisés par un liant à base de résine synthétique. 11. Structure selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée par le fait que deux moyens formant entretoise sont solidarisés par un liant et un enchevêtrement de fibres. 12. Structure selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée par le fait que des connecteurs (16) sont prévus entre au moins un point d'appui et ledit ensemble travaillant.