III. Techniques de renforcement des poutres

III. Techniques de renforcement des
poutres
Quelques rappels utiles à caractère trivial au sujet de la conception et du renforcement des structures
Quelques rappels utiles à caractère trivial au sujet de la conception et du renforcement des structures
Ingénieur génial, bâtisseur de la fin du
XXème siècle, qui a conçu des
ouvrages aussi prestigieux que les
serres bioclimatiques de la Villette, le
centre Pompidou, les verrières du
Louvre, l’aéroport du Kansai,
l’immeuble de la Lloyd à Londres…,
Peter Rice écrivait sa disparition
prématurée : "La performance
technique, ce n’est pas lorsque vous
aurez rajouté le dernier élément
possible à votre structure mais, au
contraire, lorsque vous aurez enlevé le
dernier composant inutile de celle-ci. Il existe alors une impression de pureté structurelle qui engendre
pour le profane l’apparence d’une grande simplicité ! "
Cette citation nous renvoie à l’usage à bon escient de la matière. Il est utile lorsque l’on renforce des
éléments de structure de bien savoir là où la matière ajoutée est le plus judicieusement efficace, là où elle
va produire tout son potentiel.
Dans certains cas, comme la conception anti-sismique, le rajout à mauvais escient de matière peut
conduire à l’affaiblissement de la structure. Par exemple, l’accroissement de la rigidité d’un poteau court
par adjonction d’éléments structuraux donnera irrémédiablement une structure plus vulnérable. Cette fiche
qui donne des principes triviaux de la résistance des matériaux n’en est pas moins utile tant l’étude qui
précède la mise en œuvre est capitale pour la bonne réussite d’une opération de consolidation.
Pierre Engel pour
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Consolidation de profilés métalliques existants par adjonction de plats ou de profils soudés
Consolidation de profilés métalliques existants par adjonction de plats ou de profils soudés
Pour les planchers, les renforts de la section d’acier initiale sont effectués par des adjonctions de plats
et/ou de profilés métalliques qui sont fixés à la poutre d’origine par des opérations de soudage, de
boulonnage ou de collage. Ces renforts sont généralement disposés sous la semelle inférieure, ou
éventuellement sur l’âme des profils existants. La semelle supérieure peut également être renforcée
lorsqu’elle est accessible.
En général, les faiblesses de rigidité des poutres sont compensées en ajoutant des plats sur les semelles
qui permettent d’accroître au maximum l’inertie de la nouvelle section ainsi constituée. Les faiblesses au
cisaillement sont elles réparées en ajoutant des renforts sur des âmes dans les zones d’effort tranchants
importants comme les appuis. Ces ajouts de composants métalliques doivent tenir compte des
compatibilités métallurgiques entre les matériaux en particulier si on souhaite faire appel au soudage. Ces
techniques de consolidations de planchers en métal par adjonction de plats métalliques sont aussi
employées pour la consolidation définitive d’éléments de charpentes métalliques (voir la fiche suivante).
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Consolidation de profilés métalliques existants par adjonction de plats ou de profils soudés
Consolidation de profilés métalliques existants par adjonction de plats ou de profils soudés
Ajout de plats soudés sur les âmes et sur les semelles de profils métallique U, I, et L. Ajout de cornières de doublage à angle chanfreinés
Cette fiche montre l’exemple de la restauration et du renforcement des serres du Parc de la Tête d’Or à
Lyon. Les éléments d’origine datant du 19ème siècle étaient corrodés et par endroit sous dimensionnés, ils
ont du être renforcés en respectant l’esthétique architecturale de l’ouvrage et son statut de monument.
Les éléments structurels ont d’abord été mis à nu par brossage, puis les assemblages (rivets ou boulons)
contrôlés, avant de venir rapporter les fers de renfort comme le montrent les figures ci-dessus.
Pierre Engel pour
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Consolidation de poutres en béton armé par adjonction de composants en acier
Consolidation de poutres en béton armé par adjonction de composants en acier
Les besoins de renforts des planchers en béton sont provoqués par les dégradations de l’enrobage et/ou
des armatures (corrosion, incendie), par l’augmentation des charges d’exploitation (changement
d’affectation) ou encore pour réparer des erreurs commises lors des phases de conception ou d’exécution
(erreurs de calcul, défauts d’enrobage, défauts du béton mis en oeuvre…). On citera également le cas des
percements de nouvelles trémies dans des dalles existantes où l’interruption d’éléments porteurs nécessite
la mise en place de chevêtres (voir fiche suivante). Si d’autres techniques de renfort existent (béton projeté,
résines synthétiques…), la consolidation avec de l’acier des poutres et des dalles en béton armé est très
appréciée des professionnels car il offre une flexibilité et une facilité de mise en œuvre tout à fait pratique.
Les trois techniques présentées ci-dessus résument quelques interventions possibles.
Le moisage (figure a) d’une poutre en béton armé permet son renfort ou son accrochage dans le cas d’une
trémie. La figure b montre le renfort d’une poutre par engraissage et par encaissement de profilés
compacts. Enfin la figure c évoque le renfort d’une section de poutre par collage de plaques de tôle au
moyen de résine époxy. Cette technique encore appelée "procédé l’Hermite" est également utilisée pour
renforcer les tabliers de pont en béton armé. Il faut cependant noter que cette solution ne permet pas
d’apporter un degré complémentaire de stabilité au feu, du fait de la tenue au feu des colles. L’adjonction
d’une poutrelle en acier dûment connectée (perçage de la dalle au pas des goujons) en sous face d’une
dalle ou d’une poutre est également une solution performante de renfort.
Pierre Engel pour
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Consolidation de poutres en bois par adjonction de profils métalliques en acier
Consolidation de poutres en bois par adjonction de profils métalliques en acier
La consolidation des poutres maîtresses des charpentes anciennes est facilement réalisable avec des
solutions acier. Les solutions possibles sont nombreuses. La présente fiche en donne quelques exemples
non exhaustifs. Figure a) où la poutre en bois est renforcée par moisage de profilés en acier U, I ou H. On
peut également (figure b), lorsque la retombée de poutre n’est pas problématique, glisser une poutrelle pour
soutenir la poutre existante. La mise en place de connecteurs (tire fonds) en nombre suffisant a pour effet
de solidariser le bois et l’acier dont résulte une inertie accrue qui est supérieure à la somme des inerties
des deux poutres.
Enfin, la figure c) montre un exemple de soutien d’une poutre en bois par suspension. Une poutre métallique
perpendiculaire à la portée initiale de la charpente est ancrée dans les murs. Les poutres en bois sont
ensuite accrochées à cette poutre d’une inertie suffisante par des étriers.
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Consolidation ou réparation de solives de plancher en bois par adjonction de profils métalliques en acier
Consolidation ou réparation de solives de plancher en bois par adjonction de profils métalliques en acier
Comme pour les charpentes, la consolidation des planchers en bois par adjonction des profilés en acier est
adaptée, aussi bien pour renforcer des structures détériorées (pourries ou vermoulues), que pour supporter
les accroissements des charges. Les profils de renfort prennent appui sur la structure existante ou sur une
structure rajoutée (murs, poutres…). Les croquis donnés ci-dessus sont repris à titre d’exemple, ils donnent
quelques solutions de renfort des solives de plancher qui permettent de conserver le plafond existant sans
le déposer.
La figure a) montre un plancher ancien renforcé avec des
"solives boiteuses". Le renfort par poutrelles métalliques
s’effectue avec des profilés de type U, entretoisés pour limiter les
risques de déversement et sont positionnés d’un ou deux côtés de
la pièce à renforcer. Les solives défectueuses, souvent gauches,
sont calées sur ces nouveaux profilés.
La figure b) propose un renforcement sans utiliser les solives
existantes qui portent uniquement le plafond. Les charges sont
intégralement reprises par des poutres métalliques de substitution
logées dans le corps du plancher. Les appuis de solives
détériorées peuvent être renforcés par ajout de flasques
métalliques.
Le problème est traité en créant un appui nouveau soit sous la
forme de corbeaux, de poteaux ou éléments de murs. Une
nouvelle pièce de bois traitée peut encore être assemblée sur la
solive défectueuse par l’intermédiaire de deux flasques
métalliques fixées par des tire-fonds ou par boulonnage.
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Réparation d´un plancher ou d´une charpente en bois par soutien des poutres aux appuis
Réparation d´un plancher ou d´une charpente en bois par soutien des poutres aux appuis
Les planchers ou les toitures des bâtiments anciens sont souvent construits au moyen de rondins de bois
sommairement équarris qui ont été scellés de manière plus ou moins régulière dans la maçonnerie. Une
perte d´étanchéité de la toiture ou simplement une humidité persistante peut entraîner un pourrissement des
éléments porteurs du plancher ou de la toiture avec des dégradations irrémédiables et le risque, à terme
d´un effondrement généralisé. Après étayage de la structure, le nettoyage des dégradations et le traitement
des pourritures, une méthode de consolidation efficace consiste à poser une poutre de rive en acier
perpendiculaire aux solives du plancher ou aux poutres affectées.
Soigneusement calée par des chandelles sous les solives en bois, cette
poutre d´acier de type IPE ou HE est scellée dans les murs adjacents,
servant désormais d´appuis aux solives. Dans cette intervention, l´usage
de poutre en aciers assure, grâce au module élevé du matériau une
rigidité et un encombrement réduit.
Pierre Engel pour
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Quelques illustrations de consolidations de charpente en bois avec des profils en acier
Quelques illustrations de consolidations de charpente en bois avec des profils en acier
Pierre Engel pour
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