Brevet FR3039092A1 — publié le 20170127

Annexe à la Demande de Brevet 1. TITRE DE L'INVENTION Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable pour application en intrados de la structure résistante. 2. ABREGE L'invention porte sur un revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, réalisé in-situ, en intrados de la structure résistante (1), à partir de résines liquides, de tissus de renforts, de silice et éventuellement de liants hydrauliques. Le revêtement final est constitué de 2 à 3 couches avec des modules d'élasticité différents, variant de 0,01GPa à 15GPa, afin de créer une barrière étanche, adhérente à la structure (1), résistante à la contrepression, souple, élastique, et résistante à la fissuration postérieure du support. Le revêtement de cuvelage est appliqué à l'intérieur d'une structure résistante (en intrados) et génère une barrière étanche contre l'eau et la va-peur d'eau venant du support, aussi bien en plafonds, en murs et au sol. 3. APPLICATIONS L'invention porte sur un revêtement composite de cuvelage étanche permettant la mise hors d'eau totale des parties enterrées des ouvrages réalisés en béton armé ou précontraint. Ce revêtement composite de cuvelage, adhérent au support, permet la mise hors d'eau d'ouvrages neufs et anciens, affectés par la nappe phréatique, et permettant ainsi la création d'une atmosphère contrôlée, dans le volume créé, sans nécessiter une paroi de doublage pour créer un volume intermédiaire de ventilation pour le revêtement de cuvelage transpirant. L'invention permet de créer ainsi des volumes à atmosphère contrôlée, et à parois saines, dans une structure résistante neuve ou ancienne, sans perte de volume initiale et dans des volumes de forme non-conventionnelle. L'invention permet de surcroît la réalisation d'une étanchéité totale vis-à-vis la nappe phréatique d'ouvrages tubulaires ou en forme de voutes, où la réalisation d'une paroi de doublage est impossible, avec une épaisseur maximale de 10mm, en ouvrages à rénover ou en ouvrages neufs. 4. FOND DE L'INNOVATION 4.1. Problème de base : Les parties enterrées des ouvrages, existants ou à construire, sont généralement en contact avec la nappe phréatique. En construction neuve à faible profondeur il veillé, dès la conception, à réaliser un cuvelage (et drainage) en extrados de la structure résistante future, à l'aide de revêtements adhérents ou indépendants, afin d'assurer la mise hors d'eau de l'ouvrage. Dans le cas de structures profondes créées à l'aide de parois moulées, un revêtement extérieur de cuvelage est impossible à réaliser par le principe de réalisation même de ce type d'ouvrage. Dans le cas de rénovations d'ouvrages ou d'ouvrages créés via des tunneliers, il est nécessaire de réaliser le revêtement de cuvelage à l'intérieur de la structure, (par la seule face accessible). Ce revêtement intérieur vise, tout comme le cuvelage par l'extérieur, à créer une barrière étanche contre la nappe phréatique. 4.2. L'état de la technique antérieure : Les revêtements de cuvelage par applications en intrados existent depuis plusieurs décennies. Il s'agit le plus souvent d'enduits à base de mortiers hydrauliques améliorés par adjuvants organiques. Néanmoins ces enduits hydrauliques restent à la fois perméables à la vapeur d'eau et poreux vis-à-vis des fortes pressions hydrostatiques, ce qui génère, à des profondeurs importantes, une paroi transpirante. De ce fait les volumes en contact avec ces parois comportent une humidité relative très importante. Plus récemment sont arrivés des procédés de cuvelage stratifiés réalisés à partir de polymères de synthèse époxydiques éventuellement armés de tissus de verre ou de carbone. Il s'agit de procédés permettant la réalisation d'un revêtement final rigide, composé, éventuellement de plusieurs couches d'un liant de base unique, donc à composition finale monolithique. Le plus souvent ce liant est composé d'une résine époxydique à module élastique supérieure à 3GPa. Ce module élastique très élevé, mais unique, permet de créer un revêtement très résistant face aux conditions statiques des structures(contrepression seule), mais ne permet pas d'assurer une étanchéité dans les conditions réelles de la vie d'un ouvrage. 3039092 2 Il s'avère souvent que le comportement de ce type de revêtement monolithique et rigide, n'est pas apte à assurer l'étanchéité totale, dans les conditions réelles et dynamiques des ouvrages neufs ou anciens, dont le comportement est caractérisé par la fissuration postérieure aléatoire des structures. 5. DESCRIPTION (DE L'INNOVATION) : 5 5.1. Index Technique Le présent paragraphe rappelé les définitions techniques fondamentaux de la présente invention. 5.1.1. Module d'élasticité (Module de Young) Le module d'élasticité est la constante intrinsèque d'un matériau caractérisant la relation entre contrainte de de traction (ou de compression) et de la déformation élastique d'un matériau isotrope. La déformation d'un matériau se produit dans le domaine élastique, si le matériau 10 retrouve sa forme initiale après relâchement des contraintes ayant induit la déformation. Le module de Young est noté E et comporte l'unité Pacal (Pa) et constitue le produit de la fraction entre la contrainte et la déformation du matériau induite par cette contrainte. La déformation est notée avec la lettre grecque E (epsilon) et exprimée en %. La contrainte est notée avec la lettre grecque a (sigma) est exprimé en Pascal (Pa). Ceci signifie qu'un matériau dont le module de Young est plus élevé est plus rigide. Une contrainte plus importante est nécessaire pour 15 provoquer la même déformation, par rapport à un matériau à module d'élasticité plus faible. 5.1.2. Déplacement imposé des structures et déformation imposé des revêtements Le déplacement imposé survient entre plusieurs parties du bâtiment lorsqu'une de ces parties se déplace légèrement par rapport à l'autre. Ceci survient notamment au droit des joints structurels ou au droit de fissurations postérieures de la structure. La déformation d'un revêtement par ces mouvements de la structure doit être considérée comme imposée, car le revêtement ne peut pas exercer une résistance à 20 ce déplacement. 5.1.3. Interaction revêtement support Un revêtement subissant une déformation imposée interagit avec le support sur lequel le produit est appliqué en adhérence. A déformation égale un revêtement rigide interagit d'avantage avec le support qu'un revêtement souple. Le revêtement souple absorbe l'énergie induit par le déplacement du support, par sa déformation. Un revêtement rigide transmet les contraintes au support ou elles se dissipent si la résistance 25 du support le permet. Des contraintes d'interaction trop élèves par rapport la résistance du support, mènent à la dégradation du support par rupture du support au droit des points faibles. 5.1.1. Facteur de diffusion à la vapeur Le facteur de diffusion à la vapeur d'eau détermine la perméabilité d'un matériau à la vapeur d'eau. Plus le facteur de diffusion à la vapeur d'eau d'un matériau est élevé, plus la résistance est grande, à épaisseur égale d'une couche. La résistance à la vapeur d'une couche dépend 30 donc des matériaux constitutifs de celle-ci et de l'épaisseur de cette couche. 5.2. Composition du revêtement de cuvelage composite à modules élastiques variables Le revêtement, objet de la présente invention est composé de 3 couches distinctes, dont chacune comporte, après polymérisation, un module d'élasticité différent, permettant au revêtement de cuvelage final d'assurer l'adhérence, la résistance à la contrepression hydrostatique et la continuité du revêtement, assurant par là-même l'étanchéité suivant les caractéristiques mentionnées ci-dessus. 35 Couche de primaire (2) : Couche filmogène, réalisée in-situ, à base de polymères de synthèse générant l'adhérence du système au support d'au moins 1MPa. Les propriétés de la résine utilisée, permettent éventuellement à la couche de revendiquer des caractéristiques pare-vapeur, de bouche-pore ou de résistance localisée à la contrepression. Couche d'étanchéité (3) : Couche à base de résine de polymères de synthèse, adhérente au primaire, réalisée in-situ, à base de polymères de synthèse et d'une armature en plein par un tissu en polyester intissé, créant une couche finale à module élastique inférieur à 0,05GPa, 40 permettant, en une seule intervention, la réalisation d'une couche élastique d'au moins 1mm d'épaisseur. Les caractéristiques de la couche d'étanchéité permettent un pontage de la fissuration postérieure d'au moins 1,5mm sans altération du support, constitué d'un béton C20/25. Couche de masse (4) : Couche à base de polymères de synthèse ou de liants hydrauliques dont l'épaisseur finale est comprise entre 1 et 9mm. Elle est réalisée in-situ, à base de polymères de synthèse et d'une armature en plein par un tissu en polyester intissé, ou d'un mortier hydraulique, adhérente à la couche d'étanchéité, créant une couche finale à module élastique supérieur à 2GPa. 3039092 3 Pour une application au sol circulés, la couche de masse est composée d'un mélange de résine époxydique et de silice fine appliqué en couche constante et saupoudrée de silice de calibre moyen afin de créer une couche rigide d'au moins. 3mm d'épaisseur dont le module d'élasticité est supérieur à 2GPa. Pour une application en sols non circulés, parois et plafonds, la couche de masse peut être composée d'une couche, réalisée in-situ, à base de 5 polymères de synthèse et d'une armature en plein par un tissu en polyester intissé, ou un tissu en fibre de verre, ou un tissu en fibre de carbone, créant une couche finale à module élastique supérieur à 5GPa et d'épaisseur d'au moins 1mm, Pour une application en sols circulés, parois et plafonds, nécessitant notamment une bonne résistance au feu, la couche de masse peut être composée d'une couche, réalisée in-situ, à base de liants hydrauliques, créant une couche finale à module élastique supérieur à 10GPa et d'épaisseur d'au moins 5mm, 10 L'ensemble constitue un revêtement cuvelage étanche, et permet de réaliser des structures étanches contre la nappe phréatique, par l'application d revêtement depuis l'intérieur de la structure dans les conditions dynamiques des ouvrages neufs et anciens' mentionnées au 3. 15 20 25 30 7. AMELIORATIONS : 35 7.1. Suppression de la Microporosité : Par rapport aux revêtements de cuvelage traditionnels à base de liants hydrauliques, également appelés « pseudo-cuvelages » à cause de leur microporosité, les revêtements réalisés à base de polymères de synthèse, et notamment à base d'époxydes, assurent une résistance à la pression d'eau venant du support et une résistance à la vapeur d'eau largement supérieure grâce à leur facteur de diffusion à la vapeur. Le facteur de diffusion à la vapeur d'eau détermine la perméabilité d'un matériau à la vapeur d'eau. Plus le facteur de diffusion à la vapeur 40 d'eau d'un matériau est élevé, plus la résistance est grande, à épaisseur égale d'une couche. La résistance à la vapeur d'une couche dépend donc des matériaux constitutifs de celle-ci et de l'épaisseur de cette couche. Les pseudo-cuvelages traditionnels à base de liants hydrauliques comportent un facteur de la diffusion de vapeur p. entre 10 et 100. Les polymères de synthèse à base d'époxydes comportent un facteur de la diffusion de vapeur entre 30.000 et 50.000. Ceci signifie qu'un revêtement époxydique oppose, à épaisseur égale, entre 300 et 5000 fois plus de résistance à la vapeur d'eau qu'un revêtement traditionnel. 3039092 4 7.2. Amélioration des caractéristiques mécaniques et d'interaction avec le support 7.2.1. Défauts majeurs des cuvelages stratifiés monolithiques armés Les revêtements de cuvelage modernes appelés également « cuvelages stratifiés », composés, éventuellement de plusieurs couches mais 5 réalisés à partir d'un seul liant époxydique, et formant ainsi un revêtement monolithique rigide. Un revêtement monolithique et rigide a tendance à altérer l'intégrité du support sur lequel il est appliqué, lorsque celui-ci se met à fissurer (Fig. 2a). Un revêtement monolithique rigide, génère en moyenne une résistance maximale à la traction supérieure à 8MPa. Le support béton en revanche ne résiste qu'à des contraintes maximales à la traction d'environ 2MPa. Lorsqu'une fissure postérieure se produit dans le support, le revêtement monolithique se met en traction au droit de cette fissure(Fig 2b). Au 10 fur et à mesure que l'ouverture de la fissure s'accroit, le revêtement se met en tension. Le module d'élasticité du revêtement monolithique rigide étant très élevé, le déplacement induit par l'ouverture de la fissure génère des contraintes extrêmement élevées dans le support sur lequel le revêtement est appliqué. Ceci mène à une rupture à 450 au droit des flancs de fissures (Fig. 2c), où cette dégradation du support mène à un défaut d'étanchéité du revêtement (Fig. 2d) , lorsque celui-ci est sollicité par une pression d'eau venant du support. 7.2.2. Amélioration détaillée 15 Le revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, objet de la présente invention, comporte plusieurs couches de nature chimique et de comportements mécaniques différents. Le revêtement composite permet de redistribuer les contraintes générées par la fissuration postérieure du support à l'intérieur de l'épaisseur du revêtement par une élongation plus importante du de la couche d'étanchéité (Fig. 2e). Le faible module d'élasticité de la couche d'étanchéité permet une déformation plus importante du revêtement tout en restant étanche jusqu'à des ouvertures de fissures au-delà de 1,5mm (Fig. 2g) même en cas de pression d'eau venant du support (Fig. 2h). 20 Comportement de la couche de primaire : la couche de primaire assure exclusivement la fermeture du support et l'adhérence des couches supérieures (couche d'étanchéité et couche de masse). Lors de la fissuration du support, la couche de primaire n'assure aucune continuité et peut de ce fait éventuellement fissurer au droit de la fissure sans incidence pour le bon comportement du revêtement global. Comportement de la couche d'étanchéité : la couche d'étanchéité ponte la fissure et reste continue au droit de cette fissure postérieure jusqu'à une ouverture maximale définie. Le faible module d'élasticité de la couche d'étanchéité permet la redistribution des contraintes de 25 cisaillement qui se produisent lors de l'interaction entre le revêtement continu et le support discontinu. Ainsi ces contraintes d'interaction restent sous la contrainte maximale à la traction du support, ce qui évite la rupture de celui-ci au droit des points faibles comme les flancs de fissures. Le module d'élasticité de la couche d'étanchéité est inférieur à 0,1GPa, ce qui diminue les efforts de cisaillement à l'interface support-revêtement d'un facteur d'au moins 200. Pour comparaison, une couche monolithique de résine époxydique armée d'un tissu ou voile de 30 verre a un module d'élasticité entre 3 et 13GPa. REVENDICATIONS1. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable comprenant une couche de primaire (2), une couche d'étanchéité (3) et une couche de masse à base de polymère (4) ou de liants hydrauliques (5), réalisé par l'application en intrados d'une structure. 2. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que l'épaisseur totale du revêtement est inférieure à 10mm. 3. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche d'étanchéité contient des polymères de synthèse. 4. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que le tissu d'imprégnation de la couche d'étanchéité est composée de fibres polyester, ou de fibres de verre, ou de fibres de carbone. 5. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche d'étanchéité finie comporte un module d'élasticité inférieur à 0,1GPa 6. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche d'étanchéité finie comporte une épaisseur d'au moins 1mm. 7. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche de masse contient des liants hydrauliques, ou des polymères de synthèse. 8. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche de masse finie comporte un module d'élasticité supérieur à 2GPa. 9. Revêtement composite de cuvelage à modules d'élasticité variable, caractérisé en ce que la couche de masse finie comporte une épaisseur comprise entre 7 et 9mm.