Brevet FR3092348A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE RENFORCEMENT IN SITU D'UNE DALLE EN CONSOLE ANCREE PAR UN RUPTEUR DE PONT THERMIQUE Domaine technique 100011 La présente invention concerne les travaux de réparation et/ou de renforcement de dalles en porte-à-faux, encore appelées dalles en console, telles que les dalles de balcon des bâtiments d'habitation et toute configuration équivalente, par exemple celle d'une « casquette » de façade de bâtiment. La portée minimale typique du porte-à-faux est de 80 cm, mais elle peut être supérieure. Technique antérieure [0002] Il existe un certain nombre de solutions dites « passives » pour renforcer les dalles de balcons et éliminer le risque d'un effondrement. [0003] Il est ainsi connu de renforcer les dalles en porte-à-faux par l'ajout de poteaux mé- talliques ou en béton. Les inconvénients sont multiples. La dénaturation de la façade nécessite une démarche administrative en mairie. De plus, il est nécessaire de réaliser une fondation au pied des poteaux, et lorsque ces derniers sont métalliques, il faut prévoir un entretien régulier de ceux-ci. [0004] Une autre solution consiste dans l'ajout de consoles métalliques. L'avantage sur la solution précédente est l'absence de fondations. Toutefois, cette solution comme la précédente dénature la façade, nécessite un entretien régulier et. gêne le passage. Elle nécessite dans certains cas un renforcement du voile au droit de l'appui de la console. [0005] Il est également connu d'ajouter des armatures à haute adhérence, dites HA, en saignées, sur la largeur de la dalle (i.e. dans le sens de sa portée). Cette solution ne présente pas les inconvénients des précédentes, mais nécessite la réalisation d'un grand nombre de saignées, ce qui fragilise la dalle. Il faut également une longueur de scellement non négligeable, et la réalisation des saignées correspondantes génère une nuisance sonore importante. [0006] Le renforcement des dalles de balcon peut encore se faire en mettant en oeuvre des bandes de tissu de fibres de carbone collées dans le sens de la largeur du balcon (i.e. dans le sens de sa portée). Cette solution convient tant que le renforcement du balcon ne nécessite pas de renforts plus importants. [0007] Ces solutions passives présentent l'inconvénient que la dalle doit se déformer et prendre de la flèche pour que la résistance des renforts soit mobilisée, cc qui est peu souvent le cas. Pour être efficaces dans la majorité des cas, il est nécessaire de mettre en charge les renforcements par un vérinage des dalles, ce qui augmente significa- 2 tivement le coût de l'intervention. [0008] Par ailleurs, il est aujourd'hui courant sinon obligatoire d'ancrer les dalles par des rupteurs de pont thermique, afin de respecter les exigences environnementales et de performances thermiques des bâtiments. [0009] Un exemple d'un rupteur de pont thermique, encore appelé boîtier isolant structurel, est décrit dans le brevet EP 2 319 998. Il comprend un corps de boîtier de forme tubulaire, en tôle, rempli d'un matériau isolant, qui supprime toute continuité du béton entre la dalle de balcon et la dalle de plancher. Un ensemble de fers et de profilés métalliques traverse le corps du boîtier et permet de transmettre les sollicitations mécaniques entre la dalle de balcon et la dalle de plancher. [0010] De tels rupteurs sont relativement récents, et il n'existe pas à la connaissance de la demanderesse de solution connue de renforcement de dalles ancrées à l'aide de ceux-ci. Exposé de l'invention [0011] L'invention vise à proposer une solution pour renforcer les dalles en porte-à-faux ancrées par des rupteurs de pont thermique, qui soit efficace et relativement économique à mettre en oeuvre, et qui remédie à tout ou partie des inconvénients des solutions connues rappelés ci-dessus. Résumé de l'invention [0012] L'invention atteint cet objectif grâce à un procédé de renforcement d'au moins une dalle comportant un matériau cimentaire, s'étendant en porte-à-faux à partir d'une structure porteuse, et avec au moins un rupteur de pont thermique structurel comportant un matériau isolant dans la zone d'ancrage de la dalle à la structure porteuse, le procédé comportant l'étape consistant à introduire une précontrainte dans la dalle à l'aide d'au moins une armature de précontrainte ancrée dans la structure porteuse et s'étendant au sein de la dalle, cette armature traversant le rupteur de pont thermique. 10013] L'invention peut s'appliquer à des bâtiments anciens ou neufs. 10014] Le renforcement est rendu actif dans l'invention par la mise en tension de la ou des armatures de précontrainte ; ceci permet la mise en compression du matériau cimentaire, ce qui est particulièrement utile dans la section d'encastrement. Outre le renforcement de la section résistante, cette compression a pour effet d'augmenter la durabilité de la dalle de balcon en limitant ou annulant la fissuration, par rapport à un dimensionnement équivalent ne comportant que des armatures passives. 10015] Notamment lorsqu'appliquée au renforcement d'un balcon, l'invention ne dénature pas l'aspect de la façade. Elle peut être mise en oeuvre rapidement, ne détériore pas outre mesure l'isolation thermique apportée par la présence du rupteur, ne nécessite 3 pas de modification du schéma statique du balcon, ne requiert pas d'entretien ni de fondations, ne génère pas de gêne pour la circulation sur la dalle et permet de reprendre l'intégralité des efforts. Les armatures de précontrainte peuvent être mise en tension depuis l'extrémité du balcon. [0016] L'invention offre une solution de renforcement compatible avec la présence du rupteur de pont thermique. [0017] De préférence, un tube est disposé au sein du rupteur de telle sorte que la traversée du matériau isolant du rupteur par l'armature de précontrainte se fasse à l'intérieur de cc tube. Ce dernier est de préférence métallique, et il est avantageusement réalisé en acier inoxydable. De préférence, un produit de remplissage est injecté dans le tube autour de l'armature de précontrainte, ce produit de remplissage étant avantageusement une résine. [0018] En fonction notamment de la résistance du rupteur aux efforts de compression, au moins une armature additionnelle passive peut être disposée à travers le rupteur et ancrée dans la structure porteuse et la dalle. Cette ou ces armatures additionnelles peuvent servir de « buten » pour encaisser un éventuel excès de compression dû à la mise en précontrainte. On utilise de préférence pour cette armature un acier de grande section, notamment de diamètre supérieur ou égal à 12 mm, de préférence supérieur ou égal à 20mm. On utilise par exemple des armatures HA de 20 mm en inox, qui sont des barres droites, et de longueur comprise entre 150 et 200 cm. Cette ou ces armatures additionnelles sont de préférence introduites dans des forages inclinés, réalisés depuis la dalle en porte-à-faux. [0019] De préférence, on dispose cette armature de telle sorte qu'elle coupe sensiblement à mi-hauteur le rupteur de pont thermique. Par « sensiblement à mi-hauteur » il faut comprendre que l'armature coupe le rupteur à un niveau situé entre 1% et 3/4 de la hauteur totale du rupteur. [0020] Le rupteur de pont thermique peut comporter un corps tubulaire rigide, notamment métallique, de préférence en acier inoxydable, rempli d'un matériau isolant thermique et traversé par des armatures. Ces armatures peuvent comporter des fers et des profilés, notamment en N ou en Z, permettant la reprise des efforts verticaux ou horizontaux tranchants, de préférence en acier inoxydable également, qui assurent la reprise des sollicitations dues à la dalle en porte-à-faux. [0021] Les fers peuvent être en U, avec les branches du U dirigées vers la structure porteuse. Les fers en U peuvent former du côté de la dalle en porte-à-faux des boucles, lesquelles peuvent être asymétriques, le cas échéant. [0022] L'isolant peut être constitué de laine de roche de forte densité. [0023] Par « rupteur de pont thermique structurel » il faut comprendre un système capable à la fois d'apporter l'isolation thermique recherchée entre la dalle et la structure à laquelle elle se raccorde, et une transmission des sollicitations mécaniques auxquelles la dalle est soumise, notamment une transmission des efforts tranchants verticaux et horizontaux, du moment de flexion et de l'effort normal. Le rupteur peut être positionné à la jonction du voile de façade et d'une dalle de plancher, la dalle en porte-à-faux se raccordant au voile de façade et, par l'intermédiaire des armatures du rupteur, à la dalle de plancher. [0024] L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un bâtiment, notamment obtenu par la mise en oeuvre du procédé de renforcement selon l'invention tel que défini plus haut, comportant au moins une dalle renforcée en matériau cimentairc, s'étendant en porte-à-faux à partir d'une structure porteuse, et avec au moins un rupteur de pont thermique structurel comportant un matériau isolant dans la zone d'ancrage de la dalle à la structure porteuse, au moins une armature de précontrainte tendue étant ancrée dans la structure porteuse et dans la dalle, cette armature traversant le matériau isolant du rupteur de pont thermique structurel. [0025] Ce bâtiment peut comporter toutes autres caractéristiques résultant de la mise en oeuvre du procédé précité, et notamment l'armature de précontrainte peut traverser le rupteur à la faveur d'un tube rapporté dans le perçage réalisé pour loger l'armature. Des armatures passives additionnelles peuvent être ajoutées pour reprendre les efforts de compression, comme mentionné plus haut. Ces armatures peuvent ainsi s'étendre au sein de perçages inclinés coupant le rupteur sensiblement à mi-hauteur. Brève description des dessins [0026] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs dc celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : [0027] [fig.1] est une section schématique et partielle, dans un plan de coupe vertical, d'une dalle renforcée conformément à l' invention, [0028] [fig.2] est une vue analogue à la figure 1 dans autre un plan de coupe, parallèle au premier, [0029] [fig.31 est une coupe transversale schématique illustrant la disposition relative des armatures dans la longueur de la dalle. Description détaillée 100301 On a représenté sur les figures une dalle 10 de balcon, comportant une épaisseur de béton armé 11, pouvant porter une chape et un revêtement de cardage non apparents, étant entendu que l'invention s'applique de façon générale à toute dalle en porte-à-faux et de toutes dimensions. 100311 Un garde-corps, par exemple en béton, non représenté, peut être présent à l'about de la dalle 10. [0032] La dalle de balcon 10 est supportée par une structure porteuse 20 du bâtiment, comportant un voile de façade 21 et une dalle de plancher 22 en béton armé. [0033] La dalle de plancher 22 comporte des armatures horizontales 23, représentées sché- matiquement. Le voile de façade 21 peut être en béton armé également, avec des armatures verticales 24. [0034] La dalle de balcon 10 comporte des armatures horizontales 12, représentées schéma- tiquement. [0035] Des armatures de liaison 25 sont présentes à la jonction de la dalle de plancher 20 et du voile de façade 21, de façon conventionnelle. [0036] Un rupteur de pont thermique 30 assure la continuité de l'isolation thermique du voile de façade 21, non représentée sur les figures. Cette isolation se présente classiquement sous la forme d'un doublage intérieur du voile de façade 21. [0037] Ce rupteur 30 comporte un boîtier métallique 31 présentant un corps tubulaire, rempli d'un matériau isolant thermique 32, par exemple de la laine de roche de forte densité. [0038] Ce boiticr 31 est traversé horizontalement par des armatures 33 constituées de fers en U, et par des profilés 35 en Z ou en N, contribuant à la reprise des efforts tranchants verticaux et horizontaux. Les armatures 33, les profilés 35 et le corps du boîtier 31 sont par exemple réalisés en acier inoxydable. Le rupteur 30 ayant une longueur limitée, plusieurs rupteurs 30 sont disposés dans l'alignement les uns des autres sur toute la longueur de la dalle 20. [0039] Le rupteur de pont thermique 30 est par exemple le boîtier isolant structurel connu sous la dénomination « Slabe ». [0040] Les efforts d'encastrement de la dalle de balcon 10 sont ainsi repris par la dalle de plancher 22 via le rupteur 30, et en particulier via les armatures 33 et 35 qu'il comporte. [0041] Conformément à l'invention, la dalle 10 est renforcée par des armatures de pré- contrainte 40 qui s'étendent dans des saignées 41 du côté de la dalle 10 et dans des perçages 43, de préférence borgnes, du côté de la dalle de plancher 22. [0042] Les armatures 40 traversent chacune le corps 31 du rupteur et le matériau isolant 32 dans un tube 45, de préférence métallique et réalisé dans le même matériau que les parties métalliques du rupteur, à savoir l'acier inoxydable dans l'exemple considéré. [0043] Le renforcement de la dalle de balcon 10 met aussi en oeuvre dans l'exemple considéré des armatures passives 50, de gros diamètre, disposées dans des perçages borgnes inclinés 51 traversant le corps 31 du rupteur 30 sensiblement à mi-hauteur de celui-ci. Ces perçages 51 sont inclinés vers le bas en direction de la dalle de plancher 20. Les armatures 50 sont de préférence des barres (Imites HA en acier inoxydable, de 20 min de diamètre. 6 [0044] Pour mettre en place les armatures de précontrainte 40, on peut dans un premier temps démolir la chape et le revêtement éventuels de la dalle de balcon 10, puis exécuter les saignées dans le béton 11 au moyen d'une rainurcuse. [0045] Les saignées 41 sont par exemple réalisées avec une section sensiblement carrée. Les saignées 30 sont réalisées sur la largeur de la dalle 10 et sont par exemple espacées les unes des autres d'une distance ni comprise entre 100mm et 1000mrn. [0046] Les parois latérales de chaque saignée sont de préférence sablées pour assurer une adhérence suffisante du mortier de scellement qui sera introduit ultérieurement dans celles-ci, comme détaillé plus loin. Le fond de chaque saignée est une surface rugueuse, car résultant d'un piquage. Un perçage est réalisé à travers le garde-corps du balcon, dans le prolongement de chaque saignée. Ensuite, on pratique dans le prolongement de chaque saignée le forage 43 dans la dalle contigtic 22. [0047] Ce forage 43 présente de préférence une pente maximale de 5% vers le bas en éloignement de la balle de balcon 10. On peut s'aider pour réaliser le forage d'un guide, permettant de forer avec l'inclinaison souhaitée. [0048] Une fois les forages 43 réalisés, ceux-ci sont nettoyés. Le tube 45 est mis en place à travers le rupteur 30. La longueur du tube 45 est par exemple comprise entre 30 et 50 cm. Son diamètre extérieur est par exemple de 24 mm pour un diamètre de forage de 25m m. [0049] La préparation des armatures de précontrainte 40 est effectuée en parallèle en temps masqué. Les armatures de précontrainte 40 utilisées sont de préférence des torons, par exemple des torons de classe 1860 MPa (fRc, : contrainte de rupture garantie) et de section 150 min2 (T15S). La préparation comporte notamment la découpe de ces armatures et leur association à un système de mise en tension. [0050] Le scellement des armatures de précontrainte 40 dans les forages 43 et le tube 45 est effectué au moyen d'une résille de scellement pour armature métallique dans un forage béton. Le tube 45 assure la protection de l'armature 40 correspondante à la traversée du rupteur. Ce tube 45 est maintenu à ses extrémités dans le forage 43. [0051] Les forages 51 sont réalisés depuis la dalle de balcon 10, nettoyés, puis les armatures passives 50 sont scellées dans ces forages Si à l'aide d'une résine de scellement. L'inclinaison des forages 51 est telle que ces derniers coupent le rupteur 30 sensiblement à mi-hauteur. Les forages 51 sont réalisés entre les profilés 35 des rupteurs 30, pour ne pas risquer de les détériorer lors du perçage. [0052] La mise en tension de chaque armature 40 est effectuée de préférence au moins 24 heures après le scellement de celle-ci dans le forage 43. [0053] Pour la mise en tension de l'armature 40 depuis l'extrémité du balcon, on peut utiliser un système de mise en tension comportant une pièce d'ancrage amovible telle qu'un pot et un mors d'ancrage conique 1T15 pour un toron T15S, et un vérin hy- 7 draulique de forme annulaire, appuyé sur une plaque d'ancrage permettant la diffusion des efforts de précontrainte dans le béton à l'about de la dalle. La plaque d'ancrage est par exemple une plaque d'acier de forme rectangulaire, de 20mm d'épaisseur, de côtés 300mm par 150mrn, munie d'un perçage de 30rnm de diamètre en son centre. Cette plaque d'ancrage permet la répartition des efforts. Elle est positionnée afin que l'armature de précontrainte 40 soit centrée dans celle-ci. [0054] Pour une application faisant appel à des armatures 40 telles que des torons T15S, chacune des armatures 40 est mise en tension avec un effort voisin de 150 kN par mise en pression du vérin précité, effort correspondant à un peu plus de la moitié (50%) de la capacité à rupture de l'armature (Force de Rupture Garantie : F11G=279kN). [0055] L'effort de tension est maintenu provisoirement dans chaque armature 40 par blocage d'un écrou de sécurité dont le vérin est muni. Il n'est alors plus nécessaire de maintenir la chambre du vérin en pression. [0056] Préalablement à cette opération de mise en tension, un ou plusieurs dispositifs de mesure peuvent être installés à proximité immédiate de la section d'encastrement de la dalle 10, au voisinage d'au moins une saignée 41 et d'une armature 40 associée, pour permettre la mesure de déformations, de variations de contraintes ou de variations d'efforts. [0057] Chaque dispositif de mesure est de préférence disposé de façon à pouvoir rester en place et accessible pendant les travaux de mise en oeuvre du renforcement actif. Idéalement, un enregistrement des mesures est effectué pendant l'opération de mise en tension. À défaut, des mesures sont effectuées avant, après mise en tension et après serrage de l'écrou de sécurité, étape correspondant à la fin de mise en place de l'ancrage actif provisoire. [0058] Les mesures effectuées à l'aide du dispositif de mesure sont avantageusement mises en relation avec celles effectuées sur le vérin, notamment une mesure de pression dans la chambre du vérin, obtenue grâce à un manomètre par exemple, donnant accès à l'effort de tension de l'armature, et/ou des mesures précises de la course du vérin et/ou de la course de l'extrémité de l'armature, au moyen de comparateurs. [0059] Les acquisitions des mesures effectuées au voisinage de la section d'encastrement d'une part, et au niveau de l'ancrage actif d'autre part, sont avantageusement effectuées de façon synchrone avec une fréquence d'acquisition suffisante, et idéalement sur une même station d'enregistrement. L'exploitation de ces mesures est alors facilitée, offrant une meilleure visibilité du comportement à l'effort et de la déformation de la dalle, en particulier lorsque celui-ci présente un caractère fortement non linéaire, en raison par exemple de l'existence d'une fissuration du béton armé de la dalle. [0060] Le dispositif de mesure comporte par exemple tout moyen de contrôle de la dé- 8 formation, d'une variation de contrainte et/ou d'effort dans la section d'encastrement, par exemple une ou plusieurs jauges extensométriques, dites « de contrainte », un extensomètre à base longue, un extensomètre à fibre optique, un dispositif d'analyse vibratoire par mesures d'ondes avec émetteur/récepteur, un capteur sensible à la magnétostriction de l'armature, par exemple comme dans le procédé Tensiomag (Freyssinet & Sixense) ou un dispositif de mesure locale de la compression du béton, comme dans le procédé SlotStress (Freyssinet & Sixense). [0061] Après leur nettoyage, notamment dépoussiérage et dégraissage éventuel, les armatures tendues 40 sont ancrées par scellement dans les saignées 41 par coulage d'un mortier de scellement, par exemple de type Foreva® Selcrete 540, ou équivalent. Le mortier est adapté pour obtenir l'adhérence nécessaire de l'armature 40 et une résistance suffisante au transfert de l'effort d'ancrage, de l'ancrage actif temporaire au scellement de l'armature 40 au béton de la dalle 10. [0062] On peut réaliser le cas échéant une talonnette d'enrobage de l'armature 40 à proximité de la section d'encastrement. Un bouchon, par exemple en polystyrène, peut être mis en place pour empêcher le mortier de s'écouler par l'ouverture correspondante du garde-corps. [0063] Ensuite, on peut mettre en place un renforcement additionnel 70 de bandes de tissu de fibres de carbone, par exemple Foreve TFC (Tissu de Fibres de Carbone), comme illustré à la figure 1. Les bandes 70 sont disposées dans le sens de la longueur du balcon, en étant par exemple espacées les unes des autres de façon à avoir un entraxe de 200mm La mise en oeuvre des bandes de renfort 70 s'effectue de préférence au moins 24 heures après le scellement des armatures 40 dans les saignées 41. Ce renfort additionnel permet de compenser le sectionnement de certaines armatures transversales du béton armé 11 de la dalle 10, occasionné par l'ouverture des saignées 41, et ainsi de reconstituer la section résistante. Les bandes 70 sont collées sur la dalle 10. [0064] On procède ensuite au transfert des efforts des ancrages actifs provisoires aux scellements des armatures 41, en contrôlant les pertes de précontrainte à l'aide du ou des dispositifs de mesure. [0065] Le transfert d'effort de l'ancrage actif temporaire à chacun des scellements d'armature 40 dans la dalle de balcon est effectué par remise en pression du vérin, desserrage de l'écrou de sécurité puis chute de pression dans le vérin. Ces opérations sont effectuées de préférence au moins 24 heures après la pose des bandes 70 de renfort additionnel. [0066] Lors de cette opération de désactivation de l'ancrage actif temporaire et de transfert des efforts, le ou les dispositifs de mesure installés au droit de l'encastrement de la dalle, au voisinage d'au moins une saignée 41 et d'une armature 40 associée, donnent accès à la mesure de déformations, de variations de contraintes ou de variations 9 d'efforts. Par comparaison avec la ou les mesures effectuées lors de la phase de mise en tension des armatures, avec le ou les mêmes dispositifs de mesure, la perte de compression et/ou l'effort de compression résiduel du béton dans la section d'encastrement sont évalués, ce qui permet de contrôler et valider que l'état final est conforme au critère de dimensionnement du renforcement proposé. [0067] Une fois le transfert des efforts d'ancrage effectué, les armatures 40 peuvent être coupées (recépées) à leurs extrémités libres puis noyées (cachetées) dans les réservations pratiquées dans l'about de la dalle de balcon 10. [0068] On peut procéder à la réfection de la chape, du revêtement et du complexe d'étanchéité du balcon. Une étanchéité liquide de type SEL (Système Etanchéité Liquide) est par exemple mise en oeuvre sous le carrelage. [0069] La post-contrainte exercée sur la dalle 10 est excentrée vers le haut compte-tenu de la localisation des armatures de précontrainte 40. Cette post-contrainte tend à détendre les armatures supérieures du rupteur et à décomprimer les armatures inférieures. La présence des armatures 50 permet d'encaisser l'éventuel excès de compression et d'éviter de soumettre le rupteur 30 à une charge de compression excessive. [0070] Après réalisation du renfort, le balcon retrouve un aspect analogue à l'existant, avec des étanchéité, durabilité et sécurité améliorées, sans que l'isolation thermique conférée par le rupteur 30 ait été dégradée outre mesure. L'invention permet de maîtriser la fissuration de la dalle, assurant ainsi une plus grande durabilité de celle-ci, et permet également de maîtriser sa flèche. 10