Rapport final EGUR B

FONDS COMMUNS DE COOPERATION

AQUITAINE / EUSKADI 2005

EGURBERRIA

RAPPORT FINAL Anglet, le 26 Septembre 2006

Fonds communs Aquitaine-Euskadi Projet EGUR BERRIA Page 2/126

Sommaire

1. INTRODUCTION......................................................................................... 3

1.1. Titre du projet .................................... ............................................................................. 3

1.2. Objectifs du projet................................ .......................................................................... 3

1.3. Contexte ........................................... ............................................................................... 3

1.4. Conduite du projet ................................. ........................................................................ 3

1.5. Programme du projet ................................ ..................................................................... 3

2. ETAT DE L'ART ...................................... ................................................... 3

Chapitre 1 : INTRODUCTION.......................... ............................................................................ 3

Chapitre 2 : CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES RENFORT S EN MATÉRIAUX COMPOSITES............................................................................................................................... 3

Chapitre 3 : APPLICATIONS DE LA TECHNIQUE DE RENFOR T PAR COMPOSITES .......... 3 1. Interventions sur appuis de poutres. ................................................................................ 3 2. Interventions sur des pièces soumises à de la fl exion ................................................... 3

Chapitre 4 : RENFORTS TRADITIONNELS ................ ............................................................... 3 1. Interventions sur appuis de poutres ................................................................................. 3 2. Pièces soumises à flexion : ............................................................................................... 3

Chapitre 5 : LES ESSENCES DE BOIS UTILISÉES POUR LA CONSTRUCTION EN AQUITAINE.......................................... ......................................................................................... 3

1. Introduction ......................................................................................................................... 3 2. Les bois les plus couramment utilisés pour la co nstruction en Aquitaine .................. 3

Chapitre 6 : NORMALISATION ......................... .......................................................................... 3 1. Normes françaises et internationales ............................................................................... 3 2. DTU et Eurocode 5 .............................................................................................................. 3

Chapitre 7 : BIBLIOGRAPHIE ......................... ............................................................................ 3 1. Construction Bois ............................................................................................................... 3 2. Barres de fibres ................................................................................................................... 3 3. Renforts structures ............................................................................................................. 3

Chapitre 8 : COMPLÉMENTS........................... ........................................................................... 3 1. Exemples d’entreprises spécialistes dans les com posites pour renforts de structure bois ........................................................................................................................................... 3 2. Fournisseurs de résine ...................................................................................................... 3 3. Fournisseur de barres de fibres de verre ......................................................................... 3 4. Centres spécialisés dans les études du bois .................................................................. 3 5. Les sites Internet intéressants .......................................................................................... 3

3. TECHNOLOGIE DE RENFORT CHOISIE.................................................. 3

3.1. Choix de la technologie ....................... ................................................................................ 3

3.2. Matériaux utilisés pour le renfort en about de poutre............................................ .......... 3


3.2.1. Résine et mortier époxy ............................................................................................... 3 3.2.2. Barres de fibres de verre .............................................................................................. 3

4. POSSIBLES FREINS ET BLOCAGES A L'APPLICATION DE LA TECHNOLOGIE COMPOSITE SUR LES ABOUTS DE POUTRES.... .............. 3

4.1. Propriété intellectuelle...................... ................................................................................... 3

4.2. Tenue au feu .................................. ....................................................................................... 3

4.3. Esthétique .................................... ......................................................................................... 3

5. ESSAIS EN LABORATOIRE.............................. ........................................ 3

5.1. Les phénomènes et modes de rupture ............ .................................................................. 3

5.2. Essais sur matériaux et poutres............... .......................................................................... 3 5.2.1. Essai 1 : Résistance des barres en traction pure ...................................................... 3 5.2.2. Essai 2: Pull-out ............................................................................................................ 3 5.2.3. Essai 3: Résistance à effort tranchant de l' union bois - mortier époxy .................. 3 5.2.4. Resistance à flexo-traction et compression d u mortier époxy ................................ 3

5.3. Essais sur poutres réelles:................... ............................................................................... 3 5.3.1. Préparation : ........................................................................................................... 3 5.3.2. Estimation des charges de rupture : ................................................................... 3 5.3.3. Disposition de l’essai : .......................................................................................... 3 5.3.4. Résultats et commentaires : ................................................................................. 3 5.3.5. Essai du renfort à effort tranchant : .................................................................... 3

6. CONDITIONS DE MISE EN ŒUVRE.......................................................... 3

7. CHANTIER PILOTE.................................... ................................................ 3

7.1. Brève présentation du chantier ................ .......................................................................... 3

7.2. Présentation de la zone d'intervention ........ ...................................................................... 3

8. DIFFUSION DU PROJET ........................................................................... 3

9. CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES DE SUITE .. ................ 3

9.1. Conclusions générales : apports du projet EGUR BERRIA............................................ . 3

9.2. Perspectives de suite au projet ............... ........................................................................... 3

10. DIVERS........................................................................................................ 3

10.1. Réunions ..................................... ........................................................................................ 3

10.2. Documents produits ........................... ............................................................................... 3

1. Introduction 1.1. Titre du projet

EGUR BERRIA

1.2. Objectifs du projet Le projet EGUR BERRIA a pour but de

contribuer à la sauvegarde du patrimoine

architectural en cours de restauration en

Aquitaine et Euskadi par la conservation des

bois anciens.

Il participera ainsi à l’élévation du niveau

technologique des entreprises de restauration,

dans un domaine porteur d’emploi.

L’objectif du projet est donc d’étudier dans quelle mesure l’utilisation de

technologies nouvelles, notamment liées aux composites, permettra de

sauvegarder tout ou partie des bois anciens tout en assurant les fonctions

mécaniques attribuées au bois originellement. Un des objectifs est bien entendu

que la mise en place d’un nouveau procédé soit neutre au plan esthétique.

Pour ce faire, le projet EGUR BERRIA permettra

d'obtenir les données nécessaires (calculs, matériaux,

mise en œuvre, coût…) à la diffusion et à l'application

de technologies de renforts in-situ par composites

époxy et barres de fibres de verre.


1.3. Contexte

Aquitaine et Euskadi possèdent un patrimoine architectural de premier plan.

De grands chantiers de rénovation sont en cours ou prévus, notamment dans

les centres historiques des cités.

Les travaux de rénovation touchent des ouvrages, notamment, qui à partir du

15ème siècle, ont largement utilisé les structures bois, soit comme support

structurel, soit comme élément décoratif, et bien entendu au niveau

fonctionnel, au niveau des ouvertures par exemple.

Les structures bois anciens sont souvent dégradées et ne peuvent plus assurer

leur fonction originelle.

Aujourd’hui, ces structures sont déconstruites et remplacées par des systèmes

constructifs récents. De fait, il y a donc une perte patrimoniale non négligeable

(voir lettres Architecte des Bâtiments de France et Association des Architectes

du Patrimoine en 3.d).

Toute ouverture permettant la démocratisation de cette technologie, s’avèrerait

très utile pour les collectivités et les PME artisanales du secteur de la

restauration.

Cependant, les entreprises nationales mettant déjà en œuvre les renforts

composites in-situ ne diffusent pas les données nécessaires à leur application

et bloquent de ce fait la diffusion de cette technologie.

Les entreprises régionales, pourtant conscientes de l'intérêt de l'emploi de ces

technologies nouvelles pour notre patrimoine, hésitent encore à utiliser les

renforts composites in-situ par manque d'informations, de garanties…

Le projet EGUR BERRIA a été pensé pour lever les blocages, interrogations

autour de ces méthodes de réparation et permettra donc aux entreprises de la

région de proposer des technologies de restauration alternatives, innovantes et

respectant notre patrimoine.


Impact du projet

Le projet à son terme permettra :

� De contribuer à une meilleure préservation du patrimoine

architectural des deux régions.

� D’apporter aux entreprises du bâtiment intervenant dans les

chantiers de rénovation des outils et méthodes liées aux

technologies avancées des matériaux.

� De contribuer ainsi au maintien et au développement de l’emploi

dans ce secteur constitué de PME.

� De contribuer à une approche de développement durable dans les

travaux de restauration

� De développer les compétences et l’expertise de centres

technologiques dans des domaines où les transferts de technologie

vis à vis des entreprises du secteur sont largement à développer.

� De rapprocher la communauté des deux régions des professionnels

de la restauration, qui sont au coeur des besoins du secteur, de

centres technologiques qui peuvent apporter leurs connaissances

liées à de nouveaux process.

1.4. Conduite du projet

Le coordinateur du projet est le centre technologique NOBATEK pour la partie

Aquitaine du projet et le Centre Technologique LABEIN pour la partie

EUSKADI.

La conduite du projet s'est faite sous le contrôle d’un comité de pilotage qui a

participé à la validation des phases clefs du projet lors des réunions de pilotage.

Le comité de pilotage est constitué des professionnels du secteur de la

réhabilitation, impliqués dans ce domaine, en particulier l’Architecte des

Bâtiments de France Mme Anne MANGIN PAYEN et de Mr Denis


BOULANGER de l’Association des Architectes du Patrimoine, et d’entreprises

de restauration espagnoles et françaises.

Ainsi :

� Partenaires Aquitaine:

Nom Rôle

Mr Tortos- Mr Laclau

Centre Technologique NOBATEK Coordinateur

Mr Blanc - Mr Lapoirière

(Conseil Régional d'Aquitaine)

Aides de

financement et

membres du comité

de pilotage

Mme Anne Mangin Payen

(Architecte des Bâtiments de

France)

Membre du comité

de pilotage

Mr Denis Boulanger

(Architecte du Patrimoine)

Membre du comité

de pilotage

Mr Cruchon - Mr Lapègue

(Urbanisme de Bayonne- Boutique

du Patrimoine)

Membres du comité

de pilotage

Mr Darrieumerlou

(Entreprise DARRIEUMERLOU) Participant


� Partenaires Euskadi :

Nom Rôle

Mme Garay- Mr San Jose- Mr

Garcia

Centre Technologique LABEIN

Coordinateur

Mr Hueso

Gouvernement Basque

Aide de financement et

membre du comité de

pilotage

Mr Josu Urriolabeitia

Entreprise SURBISA

Membre du comité de

pilotage

Mr Bizkarra

Entreprise TXOPEBENTA

AZTAZALDI

Membre du comité de

pilotage

Diputacion Foral de Bizkaia Participant


1.5. Programme du projet

1.5.1. Organigramme :


1.5.2. Le programme de travail comprend 4 grandes p hases : Phase 1 : Englobe les étapes 1, 2, 3, 4 : études préalables permettant de caractériser le

problème spécifique aux bois anciens de la Région Aquitaine-Euskadi et

parallèlement recensement des technologies de renfort disponibles au niveau

mondial.

Adéquation entre les deux et choix d’un axe de solutions spécifiques

Phase 2 : Validation des hypothèses formulées en phase 1, à travers des outils de

modélisation pour analyse du comportement structurel complétée par des

essais en laboratoires:

- Essais sur matériaux et comportements

- Essais sur poutres réelles.

Phase 3 : Essais en grandeur nature sur chantier pilote et analyse des résultats Phase 4 : Conclusion et communication des résultats 1.5.3. Planning du projet :

2005 2006 Etapes Trim. 3 Trim. 4 Trim. 1 Trim. 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9


2. Etat de l'art Chapitre 1 : INTRODUCTION Durant des siècles, le bois a été, joint à la pierre et aux mortiers, le matériau le

plus utilisé dans la construction d’ouvrages de tous types. On remarque ainsi

une forte présence des structures en bois dans notre patrimoine immobilier

actuel, tant dans les centres historiques que dans leurs extensions et les

villages de la fin de 19ème siècle.

Ces constructions en bois montrent, dans la plupart des cas, un important

niveau de détérioration qui exige la réparation et le renfort des structures.

Les changements d’utilisation entraînant des augmentations de sollicitations

impliquent aussi le plus souvent la mise en place de renforts.

Le tableau ci-dessous, donne une liste des types de dégradations du bois :

Types de dégradations Causes

Champignons lignivores, agents de pourriture

Insectes de la famille des Coléoptères (larvaires)

Insectes de la famille des Hyménoptères (dis à larves Xylophages)

Dégradations biotiques*

Insectes de la famille des Isoptères (Termites)

Agents atmosphériques et météorologiques

Produits chimiques Dégradations abiotiques

Feu

Section insuffisante

Déformations excessives et ruptures à long terme

Ruptures sur des pièces dues à des défauts localisés

Poussardage insuffisant

Dégradations structurelles

Liaisons défectueuses


*Les dégradations biotiques génèrent des problèmes mécaniques provoquant

des dégradations structurelles.

La tendance actuelle est plutôt dans la conservation des structures anciennes

en bois des bâtiments à restaurer. Elles sont en effet une partie de notre

patrimoine historique et ont une valeur culturelle, esthétique indiscutable. Les

mentalités ont changé à ce niveau là. En effet, il y a encore quelques années, la

méconnaissance du bois et de ses pathologies faisait que dans la plupart des

cas, les restaurateurs remplaçaient les structures en bois par d’autres

structures en bois « neuf », en béton ou en métal.

Les trois types d’interventions pour la réparation des dégradations structurelles sont :

1. Substitution des pièces 2. Consolidation dont l’objectif est la récupération de la capacité portante

originale

3. Renfort augmentant la capacité portante de la pièce et/ou limitant la

déformation de la structure.

En ce qui concerne la consolidation et le renfort de structures en bois, nous

assistons à l’utilisation de plus en plus fréquente d’une technique de renfort par

composites. Elle est en effet basée sur l’utilisation de matériaux composés

d’une matrice polymère renforcée avec des fibres de verre ou carbone dans

des résines époxydes.

Le présent document décrit cette technologie et énumère ses différentes

applications.


Principes de conservation des ossatures historiques en bois

(ICOMOS 1999)

Le but de ce chapitre est de définir des

principes et des pratiques fondamentales et

universellement applicables pour la protection et la conservation des structures

historiques en bois qui respectent leur signification culturelle. Par structures

historiques en bois, on entend ici tous types de bâtiments ou de constructions

faites entièrement ou partiellement en bois, et qui ont une signification culturelle

ou font partie d'un site historique.

Pour la conservation de ces édifices, les principes :

• reconnaissant l'importance des structures en bois de toutes les époques dans

le patrimoine culturel mondial ;

• considérant la grande variété des structures en bois dans le monde ;

• considérant la diversité des essences et des qualités de bois utilisées pour les

construire

• reconnaissant la vulnérabilité des structures construites entièrement ou

partiellement en bois, en raison de la détérioration et de la dégradation des

matériaux exposés à des conditions environnementales ou climatiques variées,

et due aux variations du degré d'humidité, à la lumière, aux champignons, aux

insectes, à l'usure, aux incendies et autres sinistres ;

• reconnaissant que la raréfaction des structures historiques en bois est due à

leur vulnérabilité, à leur mauvais usage et à la disparition des savoir-faire reliés

aux techniques de design et de construction traditionnelles ;

• considérant la grande diversité des mesures et des traitements requis pour la

préservation et la conservation de ces ressources historiques ;


• prenant note des principes de la Charte de Venise et de la Charte de Burra

ainsi que de la doctrine de l'UNESCO et de l'ICOMOS, et cherchant à appliquer

ces principes généraux à la protection et à la préservation des structures en

bois ;

Énoncent les recommandations suivantes :

Inspection, relevés et documentation

1. Avant toute intervention, l'état de la structure et de ses éléments devra être

soigneusement documenté, de même que tous les matériaux utilisés pour les

traitements. Toute documentation pertinente, y compris échantillons

caractéristiques de matériaux superflus ou d'éléments enlevés à la structure,

ainsi que toute information concernant les techniques et savoir-faire

traditionnels, devront être collectées, cataloguées. La documentation devra

également inclure les raisons spécifiques du choix des matériaux et des

méthodes utilisées pour les travaux de conservation.

2. Un diagnostic exhaustif des conditions et des causes de détérioration et de

défaillance des structures de bois devra précéder toute intervention. Ce

diagnostic devra s'appuyer sur des preuves tangibles, sur une inspection et une

analyse de l'état physique et, si nécessaire, sur des mesures et des tests non

destructifs. Ceci ne devrait pas empêcher les interventions mineures

nécessaires, ni les mesures d'urgence.

Surveillance et entretien

3. Une stratégie cohérente de surveillance continue et d'entretien régulier est

d'importance cruciale pour la conservation des structures historiques de bois

ainsi que pour la préservation de leur signification culturelle.


Interventions

4. Le but premier de la préservation et de la conservation est de maintenir

l'authenticité historique et l'intégrité du patrimoine culturel. Toute intervention

devra donc être basée sur des études et des évaluations adéquates. Les

problèmes devront être résolus en fonction des conditions et des besoins

présents, tout en respectant les valeurs esthétiques et historiques ainsi que

l'intégrité physique de la structure ou du site.

5. Toute intervention proposée devra favoriser :

a) l'utilisation de méthodes maîtrisées;

b) être techniquement réversible, si possible ; ou,

c) au moins, ne pas entraver ou empêcher d'effectuer des travaux de

conservation s'ils s'avéraient nécessaires dans le futur ; et,

d) ne pas empêcher l'accès futur aux informations incorporées dans la

structure.

6. On recherchera avant tout à toucher le moins possible au tissu historique des

structures en bois. Dans certains cas, l'intervention minimum visant à assurer la

préservation et conservation de ces structures en bois pourra signifier leur

démontage, complet ou partiel, et leur remontage subséquent, afin de permettre

d'effectuer les réparations qui s'imposent.

Cependant, on cherchera le plus souvent les réparations in-situ dans le but

d’affecter le moins possible la structure existante et conserver son authenticité.

7. Lors d'interventions, la structure de bois devra être considérée comme un

tout ; tous les matériaux, y compris pièces d'ossature, planchers, murs,

cloisons, éléments de toiture, portes et fenêtres, etc., devront recevoir la même

attention. En principe, il faudra conserver le maximum de matériaux existants.

8. Le but de la restauration est de conserver la structure historique ainsi que sa

fonction portante, et d'en révéler la valeur culturelle en améliorant la lisibilité de


son intégrité historique, de ses stades antérieurs et de sa conception originale,

dans les limites des preuves matérielles historiques existantes.

Réparation et remplacement

9. Pour la réparation des structures historiques, on pourra utiliser des pièces de

bois de remplacement qui respectent les valeurs historique et esthétique en

présence, lorsque cela est nécessaire pour remplacer des éléments ou parties

d'éléments détériorés ou endommagés, ou pour les besoins de la restauration.

Les nouvelles pièces, ou parties de pièce, devront être des mêmes essences

de bois et de même qualité, ou, si nécessaire, de meilleure qualité que les

pièces qu'elles remplacent.

Le taux d'humidité et les autres caractéristiques physiques du bois de

remplacement devront être compatibles avec la structure existante.

10. Il faudra faire en sorte que les nouvelles pièces, ou parties de pièce, se

distinguent des anciennes. Il n'est pas souhaitable de copier l'usure ou la

déformation des éléments enlevés. On pourra employer des méthodes

traditionnelles appropriées ou des méthodes modernes éprouvées pour

atténuer la différence de couleur entre parties anciennes et parties neuves, en

veillant à ce que cela n'affecte ou n'endommage pas la surface de la pièce de

bois.

Matériaux et techniques de construction contemporai ns

11. Les matériaux contemporains comme les résines époxydes, et les

techniques modernes comme les renforts structurels en acier, devront être

choisis et utilisés seulement dans les cas ou la durabilité et le comportement

structurel des matériaux et des techniques de construction auront été prouvés

satisfaisants.


(Le projet EGUR BERRIA, par ses essais et améliorations des renforts par

composites avec résines époxydes, va dans ce sens. Il formalisera plus

particulièrement ces procédés pour les essences de bois utilisées et pour les

types d’ossatures en EUSKADI et AQUITAINE)

12. Il faudra limiter et contrôler l'usage des produits chimiques, qui ne seront

utilisés que s'ils représentent un avantage certain, s'ils ne présentent aucun

risque pour le public et l'environnement, et que si leur efficacité à long terme a

été démontrée.

Formation

13. La régénération des valeurs relatives à la signification culturelle des

structures historiques en bois par le biais de programmes de formation est une

condition préalable à une politique de conservation et de développement

durable. La création et le développement de programmes de formation touchant

à la protection, à la sauvegarde et à la conservation des structures historiques

en bois est donc encouragée. Cette formation devra être basée sur un plan

stratégique qui intègre les besoins de production et de consommation durable,

et comporter des programmes de niveaux local, régional, national et

international. Ces programmes devront s'adresser à toutes les professions et

secteurs d'activité engagés dans ce genre de travail, en particulier aux

architectes, conservateurs, ingénieurs, artisans et gestionnaires de sites.

(Le projet EGUR BERRIA permettra de rédiger un guide de bonnes pratiques

pour l’emploi de renforts composites à base de mortiers époxy. Ce guide sera

destiné aux professionnels du secteur afin d’améliorer la mise en œuvre de ces

méthodes)


Chapitre 2 : CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES RENFORTS EN MATÉRIAUX COMPOSITES Ces procédés consistent habituellement en la mise en

place de matériaux composites types barres de fibres

de verre, noyés dans des formules époxy et à la

substitution des éléments de pièces dégradées par des

mortiers époxy.

De cette manière, il est possible de récupérer les résistances mécaniques des

pièces de bois dégradées et augmenter ainsi la capacité portante des

structures soumises à des exigences de résistance supplémentaires. Ces

apports de charges peuvent être dus par exemple à une modification

d’utilisation, de destination de l’ouvrage.

Actuellement, le champ d’application le plus courant de ces méthodes de

réparation par composites est la conservation de structures en bois d’intérêt ou

valeur historique, artistique et technologique. On peut cependant penser que

l’application des ces composites se diversifiera très vite à tous les types de

structures en bois (structures lamellé collées incluses) et que leur coût est

inférieur à celui des solutions de consolidation traditionnelles.

L’utilisation de cette technologie dans le béton est plus développée et l’on peut

trouver facilement de nombreux cas concrets. Dans le cas du bois, les

premières applications se firent en Europe il y a peine 30 ans à travers le

procédés BETA développé aux Pays Bas et breveté par le bureau d’études

BETA (procédé détaillé dans le prochain paragraphe). Dans ses premières

applications, la matrice en résine du matériau composite était renforcée par des

fibres de verre.

En Espagne, au début des années 80, ce procédé de renfort à base de fibres

de verre et de mortier époxy, fût utilisé avec succès pour la restauration


d’édifices anciens à caractère historique : l’institut Verdaguer à Barcelone, le

Palace Santa Cruz de Valladolid et l’ancienne Université de San Bernardo à

Madrid. Depuis, cette technique c’est démocratisée et est plus rependue. Elle

est en effet de plus en plus prise en compte pour des projets de restauration

d’ossatures bois plus communes et d’une valeur culturelle moins importante.

Les premiers essais d’application de renforts réalisés avec des résines

couplées à des fibres de carbone furent réalisés en 1987 en Suisse, et la

première application réelle pour la réparation d’un vieux pont de bois se fît en

1991.

Matériaux constitutifs du renfort :

1. Le Bois, constituant la structure dégradée et nécessitant une restauration

et un renfort

2. La Formulation Epoxy : elle se définit comme l’ensemble d’au moins une

résine époxy et d’un durcisseur auquel peuvent être ajoutés d’autres

composants appelés « charges » ; et ce, afin que le produit final soit le

plus adéquat à l’application de destination. Les formulations époxy

possèdent les caractéristiques suivantes :

• Forte adhérence aux divers matériaux

• Résistances mécaniques élevées et obtenues très rapidement

• Très faible retrait

Son principal avantage est le fait qu’elle offre la possibilité de remplir des

volumes sans présenter des problèmes de retrait. Elle possède aussi

une bonne adhérence avec quasi tous les matériaux, ce qui permet

l’utilisation de renforts de matériaux composites.


Les résines époxy ne sont pas des matériaux nouveaux et sont déjà beaucoup

employées dans le secteur de la construction. Les projets de développement de

renforts, matériaux à base de résine époxy permettent d’améliorer chaque jour

leur efficacité pour les applications types réparations et renforts.

3. Matériaux de renfort : ce sont les éléments introduits dans le bois et

noyés dans la formulation époxy. Leur finalité est de réaliser la

connexion entre le mortier de résine et le bois sain mais aussi d’absorber

les efforts tranchants et sollicitations de traction.

Ses propriétés sont :

• Résistances mécaniques élevées

• Faible coefficient de dilatation

• Adhérence compatible avec la formulation époxy utilisée

• Facilité de coupe et maniabilité lors de son utilisation directe sur

chantier.

Selon la solution choisie, c’est éléments de renfort peuvent être utilisés

sous forme de barres de petite section ou sous forme de lames de

section rectangulaire.

Le matériau de renfort est un matériau composite constitué d’une matrice de

résine synthétique (résine époxy ou polyester) et d’un renfort de fibres de

carbone ou de verre renforcée par du polyester.

Les charges sont en général des granulats libres, de substances inorganiques

et de granulométrie suivante : Sable: 0.3 à 0.6 mm

Les bonnes propriétés mécaniques des mortiers époxy permettent maintenant

le remplacement des charges de sables par des copeaux de bois. Ces charges

permettent une meilleure ressemblance du renfort composite avec la poutre

bois à restaurer mais diminuent dans de fortes proportions les résistances


mécaniques du renfort. Elles posent aussi quelques fois des problèmes de

d'homogénéité du mélange résine-charges bois.

A titre de comparaison, ci-dessous un tableau présentant les caractéristiques

mécaniques des bois les plus couramment utilisés en Aquitaine ainsi que celles

d’un Mortier époxy type et des barres de fibres de verre:

Contraintes admissibles MPa

Contraintes de rupture MPa Caractéristiques

mécaniques Chêne D35 Pin C30

Mortier Epoxy

Barres de fibres de

verre Module d’élasticité 9 500 11 000 9 000 42 000 Résistance à la compression

11 10 80 500

Résistance à la traction

9.2 10.5 25 700

Résistance à la flexion 15.4 13.2 27 700 Résistance au cisaillement

1.5 1.3 10 40

Face aux méthodes traditionnelles, l’emploi de ce type de matériaux offre divers

avantages énoncés ci-dessous :

1. Pas de problèmes de corrosion

2. Facilité de travail

3. Possibilité de modifier leur composition afin d’atteindre les propriétés

voulues

4. Excellente adhérence entre la matrice et la résine époxy lorsqu’elles sont

compatibles.


Chapitre 3 : APPLICATIONS DE LA TECHNIQUE DE RENFOR T PAR COMPOSITES

1. Interventions sur appuis de poutres.

La solution la plus représentative de l’application des résines époxy est la

substitution de la partie attaquée de la tête de poutre, par un mortier de

formulation époxy lié à la partie saine du bois par des ancrages. Ces ancrages

sont généralement des barres de matériaux composites (habituellement une

résine de polyester renforcée par des fibres de verre).

Le calcul des renforts par le système BETA est réalisé par la méthode

élastique. Les bureaux d’études spécialisés, développent des logiciels à usage

interne.

Système BETA :


Une autre solution moins courante est l’emploi de lames pour la consolidation

de pièces de bois :

2. Interventions sur des pièces soumises à de la fl exion

Récupération de poutres de plancher rompues localement, par consolidation

avec des lames de renforts introduites dans leur section :


Le type de renfort précédent peut aussi être réalisé avec des barres :

Renforts de « couture » réalisés avec des barres in clinées :

Dans les sections de grandes dimensions, l’apparition de grandes fentes

(conséquence du séchage du bois) est pratiquement inévitable. Celles-ci

tendent à diviser la section originale en deux pièces couplées. Les

conséquences de ce phénomène diminuent de manière importante la rigidité de

la poutre.

Pour renforcer ces pièces, on procède à la « couture » des fentes avec des

barres de renfort inclinées en matériau composite et sellées avec une formule

époxy.


Les étapes de réalisation de ce type de renfort sont les mêmes que celles du

système « BETA ».

Renforts par maintien et coutures internes :

Une étude expérimentale réalisée en 1981 permit de vérifier l’efficacité des

renforts de pièces de bois par l’introduction d’une armature interne constituée

de barres de résine époxy renforcées par des fibres de verre ou de câbles en

acier. Ceux-ci forment un réseau de renfort triangulé collé au bois avec de la

résine époxy injectée.


Reconstitution de la partie supérieure de la sectio n d’une poutre par un

mortier époxy :

Pour divers motifs, les poutres présentent des dégradations superficielles qui

diminuent considérablement la section résistante de l’élément. Dans ces cas là,

on récupère la section originale par sa reconstruction avec un mortier époxy

convenablement lié au bois sain avec des barres de polyester renforcées avec

des fibres de verre.


Augmentation de la section de la poutre par des piè ces en bois liées par

des matériaux composites collés :

Ce procédé s’utilise quand la section de l’élément est insuffisante pour

supporter les charges appliquées. Les lames ou barres en matériaux

composites fibroplastiques agiront comme des connecteurs entre les deux

pièces de bois. Ces renforts composites resteront collées aux pièces en bois

par une formulation époxy qui remplira toutes les irrégularités de la superficie

du bois.


Renfort avec des armatures longitudinales en résine renforcées avec des

fibres de carbone :

Ce système utilise comme matériau de renfort, une lame composite fabriquée

avec des fibres de carbone et une matrice de résine époxy. Ce matériau a un

module d’élasticité et une résistance à la traction élevés. Le composite est

placé dans la partie inférieure de la section, où ont été préalablement réalisées

des rainures qui aideront à l’adhérence de l’ensemble. Le composite de fibres

de carbone est en effet collé par un adhésif époxy.


Chapitre 4 : RENFORTS TRADITIONNELS Le problème de conservation du patrimoine et des structures historiques en

bois n’est pas récent. Ainsi les ossatures bois ont toujours été renforcées par

des méthodes simples, le plus souvent par ajout de pièces de bois ou de métal

à celles dégradées.

1. Interventions sur appuis de poutres

• Par mise en place d’un corbeau. Cette pièce peut être en bois ou en

métal.

• Quand la poutre n’appui par directement sur la tête de poteau, Une

bavette métallique peut être utilisée.


• Ajout de profilés métalliques substituant la partie de bois dégradée :

• Remplacement de la pièce de bois dégradée :


• Réalisation d'un renfort en sous face par la mise en place d’une structure

de renfort :

2. Pièces soumises à flexion :

• Lorsque qu’une poutre est défaillante et qu’il a été émis le désir de la

conserver, on peut procéder à la mise en place d’une nouvelle poutre

métallique jointe à l'ancienne ne jouant plus son rôle porteur. Les

charges seront transmises à la poutre de renfort, soulageant ainsi la

poutre dégradée en bois. Exemple :


• La technique la plus couramment utilisée pour réparer une poutre

fissurée dans sa section résistante est le renfort par ajout de matière

directement fixée à la poutre affaiblie.

Ces rajouts peuvent être constitués de plaques de métal de part et

d’autre de la poutre et liées entre elles par boulonnage :

Ils peuvent aussi être réalisés en bois.

Cette technique est plus esthétique mais

demande des sections plus importantes et

des pièces faites dans un bois résistant :

• Dans le même esprit que les méthodes précédemment citées, la poutre

peut être renforcée par un caisson en métal. La plaque inférieure du

caisson ajoute de l’inertie à l’ensemble et augmente sa résistance à la

flexion:


• Par plaques d’acier fixées en partie basse.

• Système par clouage de nouvelles pièces de bois. Plus utilisé en cas

d’addition de charges.

• Ajout de « pattes » permettant de diminuer la portée de la poutre et donc

de diminuer les efforts de flexion à reprendre par la poutre elle-même.


• Renfort par tirants métalliques apportant de la compression dans la

poutre. Inconvénient : difficultés d’ancrage des sabots d’extrémités et quelques fois nécessité de démontage de la poutre.

• Renfort par réalisation d’une chape supérieure en béton armé en appui

sur les porteurs verticaux. Cette méthode, bien que paraissant apporter des charges supplémentaires, donne de la rigidité à l’ensemble.


Chapitre 5 : LES ESSENCES DE BOIS UTILISÉES POUR LA CONSTRUCTION EN AQUITAINE

1. Introduction

1.1. Classement général des essences de bois de con struction

Classement structure

Les dimensions les plus courantes sont :

- Largeur : 15 à 200 mm

- Hauteur : 25 à 300 mm

- Longueur : jusqu’à 6 mètres

L’utilisation d’un bois en usage structurel est conditionnée à la connaissance de

ses propriétés mécaniques.

Ainsi le classement structure a pour but de proposer différentes classes où les

bois seront triés en lots homogènes de même résistance en vue d’optimiser leur

utilisation en construction.

Pour réaliser ce classement, deux méthodes existent :

• la méthode visuelle en observant les défauts et les singularités du bois,

selon la norme NF B 52-001, qui permet de trier en classes visuelles

• la méthode par machine en mesurant directement les propriétés

mécaniques du bois, selon la norme NF EN 519, qui permet de trier

automatiquement en classes mécaniques définies par la norme NF EN

338


Le tableau suivant indique la correspondance entre les classes mécaniques et

les classes visuelles, en fonction des essences :

Essences

Classe visuelle

selon NF B 52-001

Classe mécanique

Selon NF EN 338

ST-I C 30

ST-II C 24

Sapin, Epicéa, Pins,

Douglas, Peuplier ST-III C 18

1 D35 Chêne

2 D30

Le tableau suivant défini les classes de résistance mécaniques maximums

atteintes pour les principales essences de bois utilisées dans la construction :

Essence de bois Classes maxi.

Sapin - Epicéa - Mélèze C 30

Douglas - Peuplier C 24

Pins : sylvestre, maritime, noir, laricio C 30

Western Red Cedar C 18

Châtaignier D30

Robinier - Chêne D35

Ipé D 70

Bangkiraï, Azobé D 60

Moabi, Tatajouba, Doussié, Merbau D 50

Padouk, Makoré, Bilinga D 40

Iroko D 35


Contraintes admissibles, des résineux et peupliers: en MPa

Classe C14 C16 C18 C22 C24 C27 C30 C35 C40

Propriétés de résistance en N/mm2

Flexion

Traction axiale

Traction perpendiculaire

Compression axiale

Compression perpendiculaire

Cisaillement

14

8

0,4

16

2

1,7

16

10

0,5

17

2,2

1,8

18

11

0,5

18

2,2

2

22

13

0,5

20

2,4

2,4

24

14

0,5

21

2,5

2,5

27

16

0,6

22

2,6

2,8

30

18

0,6

23

2,7

3

35

21

0,6

23

2,8

3,4

40

24

0,6

26

2,9

3,8

Contraintes admissibles, des feuillus:

Classe D30 D35 D40 D50 D60 D70

Propriétés de résistance en N/mm2

Flexion

Traction axiale

Traction perpendiculaire

Compression axiale

Compression perpendiculaire

Cisaillement

30

18

0,8

23

8

3

35

21

0,8

25

8,4

3,4

40

24

0,9

26

8,8

3,8

50

30

1

29

9,7

4,6

60

36

1,1

32

10,5

5,3

70

42

1,4

34

13,5

6

Classement d’aspect :

Pour les principales essences de bois utilisées en France, il existe des

classements d’aspects des bois en sortie de scierie (avivés, plots, etc).

Ces classements se font en observant les défauts et les singularités du bois :

• Nœuds : dimensions, quantité, qualité, localisation

• Entre écorce, Pente de fil

• Poches de résine (résineux)


• Discolorations, échauffures

• Piqûres d’insectes

• Flaches, Fentes

• Déformations

1.2. Durabilité et imprégnabilité des bois de const ruction

Bois résineux (EN 350-2)

Champignons lignivores Capricorne Vrillette Termite Imprégnabilité

Durabilité naturelle du bois parfait

Durabilité naturelle

de l'aubier


de l'aubier


du bois parfait de l'aubier

Douglas moyennement à faiblement

durable sensible sensible sensible

non imprégnable

moyennement à peu

imprégnable

Epicéa faiblement durable

sensible (1) sensible (1)

sensible peu à non imprégnable

peu imprégnable

Mélèze moyennement à faiblement


non imprégnable

moyennement imprégnable

Pin maritime

moyennement à faiblement


non imprégnable

imprégnable

Pin sylvestre

moyennement à faiblement


peu à non imprégnable

imprégnable

Pin noir et laricio

faiblement durable

sensible sensible sensible peu à non imprégnable

imprégnable

Sapin faiblement durable

sensible (1) sensible

(1) sensible

moyennement à peu

imprégnable


Western red cedar durable sensible sensible sensible peu à non

imprégnable peu

imprégnable (1) Pour ces essences, le bois parfait est sensible, comme l’aubier


Feuillus Européens (EN 350-2)

Champignons lignivores Capricorne Vrillette Termite Imprégnabilité

Durabilité

naturelle du bois parfait


de l'aubier


de l'aubier


du bois parfait de l'aubier

Charme non durable sensible sensible imprégnable imprégnable

Châtaigner durable sensible sensible non

imprégnable moyennement imprégnable

Chêne durable sensible sensible non

imprégnable imprégnable

Erable non durable sensible sensible imprégnable imprégnable

Frêne non durable sensible sensible moyennement imprégnable


Hêtre non durable sensible sensible imprégnable imprégnable

Orme non durable sensible sensible peu

imprégnable imprégnable

Peuplier faiblement durable

Le capricorne n'attaque pas les feuillus

sensible sensible moyennement à

peu imprégnable

peu imprégnable


2. Les bois les plus couramment utilisés pour la co nstruction

en Aquitaine

Le projet EGUR BERRIA, dans un souci de précisions et de résultats,

concernera plus particulièrement les essences de bois les plus utilisées pour la

construction en Aquitaine et Euskadi et faisant actuellement l’objet de

nombreuses restaurations.

2.1. Aquitaine :

Avant guerre, les ossatures bois des édifices en Aquitaine étaient dans leur

majorité réalisées en Chêne , bois résistant et noble.

En revanche, par la suite et principalement pour des raisons économiques les

structures bois de la région Aquitaine ont de plus en plus été réalisées avec du

Pin Sylvestre ou Sapin Epicéa plus abondants et moins chers dans tout leur

processus de transformation.

Le point 1 nous permettra de regrouper les informations intéressantes sur les

essences de bois les plus utilisées en Aquitaine.


2.1.1. Le chêne

Description :

Famille Fagacées Espèces Pedunculata / Sessiflora Description du bois Aubier Bien distinct Grain Grossier Fil Droit Propriétés physiques Densité 675 Coef de retrait 15% Retrait tangentiel 9% Retrait Radial 5,5%

Stabilité de service Moyennement stable à peu stable

Propriétés mécaniques Contrainte admissible en compression 10.1 MPa

Contrainte admissible en compression perp 3.5 MPa

Contrainte admissible en traction 7.9 MPa

Contrainte admissible en traction perp 0.3 Mpa

Contrainte admissible en flexion 13.2 MPa

Contrainte de cisaillement 1.3 MPa Module d’Elasticité 9 000 MPa Durabilité naturelle Résistances aux champignons Classe 2 Durable

Résistance aux termites Classe M Moyennement durable

Remarque : Risques de corrosion du fer en milieu humide

Autres noms :

Gravelin, chêne mâle, chêne commun, chêne blanc, stiel-eiche…

Répartition géographique :

Présent dans toute l’Europe sauf sur certaines zones méditerranéennes

Description :

Bois parfait jaunâtre à brun clair, fonçant à la lumière. Aubier bien distinct plus

pâle. Présence d’une forte maillure caractéristique


Emplois :

Charpente, structure, placage, menuiserie, parqueterie, ébénisterie, bois de

feu…

2.1.2. Pin Sylvestre

Famille Résineux Espèces Pinacées Description du bois Aubier Grain Fin Fil Droit Propriétés physiques Densité 504 Coef de retrait 14 % Retrait tangentiel 8.5% Retrait Radial 5%

Stabilité de service Moyennement stable



Contrainte admissible en traction 8 MPa



Contrainte de cisaillement 1.3 MPa Module d’Elasticité 11 000 MPa Durabilité naturelle

Résistances aux champignons Classe 3-4 Moy à faible durable

Résistance aux termites Classe S Sensible Remarque : Nœuds durs parfois peu adhérents


2.1.3. Sapin

Famille Résineux Espèces Pinacées Description du bois Aubier Non distinct Grain Fin Fil Droit Propriétés physiques Densité 428 Coef de retrait 14 % Retrait tangentiel 9% Retrait Radial 5%

Stabilité de service Moyennement stable



Contrainte admissible en traction 8 MPa



Contrainte de cisaillement 1.3 MPa Module d’Elasticité 11 000 MPa Durabilité naturelle Résistances aux champignons Classe 4 faiblement durable Résistance aux termites Classe S Sensible

Remarques :

- Bois fissile

- Nœuds durs parfois peu adhérents

Les différents essais du projet EGUR BERRIA seront réalisés sur des éléments

en chêne, En Aquitaine, le chêne a en effet été beaucoup plus employé que les

autres essences sur de monuments historiques et culturels. Cette valeur

historique pousse les restaurateurs à conserver le plus possible les structures

en ossature bois Chêne.


Chapitre 6 : NORMALISATION 1. Normes françaises et internationales La liste suivante est non exhaustive et donne les normes en rapport avec le

bois dans les structures d'habitation.

A ce jour, aucune norme n'existe sur les renforts composites à base de résines

époxy et barres de fibres de verre ou carbone.

NF B 52-001 Règles d'utilisation du bois dans les constructions - Classement

visuel pour l'emploi en structure des principales essences résineuses et

feuillues (décembre 1998)

NF P 21-102 Eléments de mur en bois utilisés en structure - Spécifications

(août 1990).

NF P 21-110 Structures en bois - Notes de calcul - Information à fournir (mars

1991).

NF P 21-202 Règles d'utilisation du bois dans les constructions - Règles de

calcul - Exécution des assemblages (mars 1946).

NF P 21-203-1 Travaux de bâtiment - Charpente et escaliers en bois - (DTU

31.1) Partie 1 : Cahier des clauses techniques (mai 1993).

NF P 21-203-2 Travaux de bâtiment - Marchés privés - Charpente et (DTU

31.1) escaliers en bois - Partie 2 : Cahier des clauses spéciales (mai 1993).

NF P 21-204-1 Travaux de bâtiment - Construction de maisons et (DTU 31.2)

bâtiments à ossature en bois - Partie 1 : Cahier des clauses techniques (mai

1993).


NF P 21-204-2 Travaux de bâtiment - Marchés privés - Construction de (DTU

31.2) maisons et bâtiments à ossature en bois - Partie 2 : Cahier des clauses

spéciales (mai 1993).

NF EN 336 Bois de structure - Résineux et peuplier - Dimensions, (P 21-351)

écarts admissibles (mai 1995). (En révision)

NF EN 338 Bois de structure - Classes de résistance (mai 1995). (En révision)

(P 21-353) Structural timber- Strength classes (under revision).

NF EN 380 Structures en bois - Méthodes d'essais - Principes

(P 21-200) généraux d'essais par chargement statique (décembre

1993"(Confirmée Rés. 105).

NF EN 384 Bois de structure - Détermination des valeurs caractéristiques des

(P 21-358) propriétés mécaniques et de la masse volumique (mai 1995). (En

révision)

NF EN 408 Structures en bois - Bois massif et bois lamellé-collé -

Détermination (P 21-302) de certaines propriétés physiques et mécaniques

(mai 1995). (En révision)

NF EN 518 Bois de structure - Classement - Exigences pour les normes de (P

21-357) classement visuel de résistance (mai 1995). (En révision et à supprimer

: res 103).

NF EN 519 Bois de structure - Classement - Spécifications pour le bois classé

(P 21-359) par machine pour sa résistance et les machines à classer (mai

1995). (En révision et à supprimer : Res 103).

NF EN 594 Structures en bois-Méthodes d'essai - Essai de raideur et résistance

au (P 21-382) contreventement des murs à ossature en bois (février 1996).

(Confirmée : Res 103).


NF EN 596 Structures en bois - Méthodes d'essai - Essais de choc de corps

mou (P 21-374) sur murs à ossature en bois (mai 1995).

NF EN 789 Structures en bois - Méthodes d'essais - Détermination des

propriétés (P 21-304) mécaniques des panneaux à base de bois (mars 1996).

(A confirmer : Res 120).

NF EN 912 Organes d’assemblage pour le bois – Spécifications des

connecteurs (P 21-385) pour bois (novembre 1999).

NF EN 1193 Structures en bois - Bois de charpente et bois lamellé-collé (P 21-

301) Détermination des propriétés de la résistance au cisaillement et

mécaniques perpendiculaires aux fibres (mai 1998). (fondue dans EN 408 : Res

99).

NF EN 1195 Structures en bois - Méthodes d'essai - Comportement des

planchers (P 21-383) structuraux (mai 1998).

NF EN 1380 Structures en bois - Méthodes d'essai - Résistance des joints

cloués (P 21-375) (décembre 1999).

NF EN 1381 Structures en bois - Méthodes d'essai - Résistance des joints

agrafés (P 21-376) (décembre 1999).

NF EN 1382 Structures en bois - Méthodes d'essai - Résistance à

l'arrachement(P 21-377) d'éléments de fixation d'assemblage du bois

(décembre 1999).

NF EN 1383 Structures en bois - Méthodes d'essai - Résistance à

l'arrachement(P 21-378) d'éléments de fixation d'assemblage à travers le bois

(décembre 1999).


NF EN 1912 Structures en bois - Classes de résistance - Affection des classes

(P 21-395) visuelles et des essences (septembre 1998)

XP ENV 1995-1.1 Eurocode 5 "Calcul des structures en bois" - Partie 1.1. :

Règles (P 21-711) générales et règles pour le bâtiment + DAN (août 1995).

NF EN 26891 Structures en bois - Assemblages réalisés avec des éléments de

(P 31-310) fixation -Principes généraux pour la détermination des

caractéristiques de résistance et de déformation (août 1991). (Confirmée : Res

103).

NF EN 28970 Structures en bois - Essai des assemblages réalisés par organes

(P 21-213) mécaniques - Exigences concernant la masse volumique du bois

(août 1991). Confirmée : Res 105).

2. DTU et Eurocode 5

Eurocode 5: Calcul des structure en bois

Règles CB71 : Règles de calcul et de conception des charpentes en bois

DTU 31.1 : Charpente et escaliers en bois CSTB,1985

DTU 31.2 : Construction de maisons et bâtiments à ossature en bois

CSTB,1989

DTU 36.1 : Menuiserie en bois CSTB,1984

DTU 51.3 : Planchers en bois et en panneaux dérivés du bois CSTB,1983

DTU Règles Bois Feu 88 CSTB,1988


Chapitre 7 : BIBLIOGRAPHIE 1. Construction Bois -Le guide des essences bois :Editions CTBA Eyrolles 1997 Ref L128

-Construire en Bois : Editions PPUR 1994 Thomas Herzog, Michael Volz

-Construction à ossature bois : Editions CTBA Eyrolle

-Gauzin-Muller (D) Le bois dans la construction Éditions du Moniteur, 1990

-Pracht (K) Les systèmes constructifs en bois Éditions du Moniteur, 1981

-Daguzé (D)Conception des structures en bois lamellé-collé Eyrolles, 1992

-EDF Le bâti pan de bois Techniques d'amélioration de l'habitat existant, Électricité de France,1994

- Encyclopédie des métiers La charpente et la construction en bois - 10 volumes Association ouvrière des Compagnons du Devoir du Tour de France, 1977-1994

-Gasc-delporte Les charpentes bois Eyrolles

- Gauzin-Muller (D) Le bois dans la construction Éditions du Moniteur, 1990

- Institute für leichte Flägentragwerke (IL) Bambus - Bamboo Karl Krämer Verlag, 1992

- Koel (L) Carpentry American technical publishers, 1991

- Labarraque Les charpentes en bois Bailleres

- Lignum - Documentation bois Bases de dimensionnement : assemblages et moyens d'assemblages Lignum, 1988

- Longépé (E) Architecture et construction des charpentes et combles Vial, 1988

- Marrey (B) et Schweitzer (R) Des histoires de bois Éditions du Pavillon de l'Arsenal, Picard Éditeur, 1994

- Ministère de l'urbanisme, du logement et des transports Habitat 88 - Idées à bâtir CSTB,1985

- Natterer (J) et al. Construire en bois, Tomes 1 et 2 Presses polytechniques romandes, 1988-1994

- PIROIS, SIA, Lignum Documentation technique des constructions de bois novatrices en Suisse Programme d'impulsion en faveur du bois, 1992 (français et allemand)

- Pracht (K) Les systèmes constructifs en bois Éditions du Moniteur, 1981


- Stein (A) La maison bois EDISUD, 1993 Syndicat national des constructeurs de charpentes en bois lamellé-collé Charpentes en bois lamellé-collé Guide pratique de conception et de mise en œuvre Eyrolles, 1990

- Brossy (V) Mixité et architecture Ministère de l'équipement, du logement et des transports, 1990

- CATED Construire en bois Editions du Moniteur

- CATED Les maisons à ossature bois : conception et mise en œuvre Éditions du Moniteur, 1985

- CTBA Constructions à ossature bois Centre technique du bois et de l'ameublement, 1995

- CTBA, CAPEB Initiation à la charpente Centre technique du bois et de

l'ameublement, 1988

2. Barres de fibres

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and resistance. RILEM Symposium on Joints in Timber Structures, p. 373-381.

Stuttgart, 2001.

-S. Aicher and G. Dill-Langer. Influence of moisture and load duration on

performance of glued-in rods. RILEM Symposium on Joints in Timber

Structures, p. 383-392. Stuttgart, 2001.

-A.S. Wheeler and A.R. Hutchinson. Resin repairs to timber structures.

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-C. Bengtsson and C.J. Johanssen. GIROD Glued-in rods for timber structures,

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-J.G. Broughton and A.R. Hutchinson. Effect of timber moisture content on

bondedin rods. Construction and Building Materials, 15: 17-25, 2001.


-E. Cuvillier. COLORETIM COmposites LOcal REinforcement for TIMber

structures, final report edited by LRBB, 2000. SNCCBLC (Syndicat National des

Constructeurs de Charpentes en Bois Lamellé Collé). Professional guide project

for glued-in rods, edited by IRABOIS. Version n°8, 1998.

-P. Morlier and A. Ranta-Maunus. DOL effect of different sized timber beams.

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Comett Programme. Timber engineering STEP1: Basis of design, material

properties, structural components and joints, p. V-11-5,

1995.

-Broughton, J.G. & Hutchinson, A.R. 2001a. Pull-out behaviour of steel rods

bonded into timber. RILEM Materials and Structures, Vol 34, March: 100-109.

-Broughton, J.G. & Hutchinson, A.R. 2001b. Adhesive systems for structural

connections in timber, Int. J. Adhesion and Adhesives, Vol 21, No 3: 177-186

-Mettem, C.J. & Milner, M. 2000. Resin repairs to timber structures: Volume 1

guidance and selection. High Wycombe UK: TRADA Technology.

-Hutchinson, A.R. 1997. Joining of fibre-reinforced polymer composite

materials.

-London: Construction Industry Research and Information Association.

-Resin repairs to timber structures: Guidance and selection. TRADA

Technology Report 3/2000, ISBN 1 90051026X, p11.

-Resin repairs to timber structures: Volume 2 – Design examples to Eurocode 5.

-TRADA Technology Report - Design examples R1-R3, ISBN 1 900510278.

Mays,G.C. & Hutchinson, A.R. 1988. Engineering property requirements for

structural adhesives. Proc. Instn. Civil Engineers. 85(2): 485-501

-Mays, G.C. & Hutchinson, A. R. 1992. Adhesives in civil engineering.

Cambridge UK:Cambridge University Press.

-Gilfillan, R. et al. 2001. Enhancement of the structural performance of glue

laminated,homegrown Sitka spruce, using carbon fibre-reinforced polymer. The

Structural Engineer, Vol 79, No 8: 23-28.

-Composite News. 1995. Glulams – market potential. Composites News

International: Infrastructure. Issue 30, August: 1-4. California, USA.


-Tingley DA and Gai C.1998. FRP reinforced glulam performance: a case study

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Montreaux, Switzerland, 17-20 August, Vol2:177-181.

-Craft Project PIF285. 2003. Adhesive systems for timber structures –

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-Broughton, J.G. & Hutchinson, A.R. 2001c. Effect of timber moisture content on

bonded-in rods, Int. J. Adhesion and Adhesives, Vol 15, 17-25.

-Wheeler AS and Hutchinson AR. 1998. Resin repairs to timber structures. Int.

J. Adhesion and Adhesives, 18, 1-13.

-Bengtsson C, Johansson C-J, GIROD – Glued in rods for timber structures,

SMT4- CT97-2199, SP Report 2002:26.

-Anon. 1994. Environmental durability test procedures. Dti-MTS Project 3,

Report 1.

Clarke JL 1999. Guide to - The structural use of adhesives. Institution of

Structural Engineers (IstructE).

3. Renforts structures

- Bulletin bois . Chryso Résipoly

-Silva, V. – Reparação e Reforço de Estruturas de Edíficios – 1º Simposio

Nacional sobre Materiais e Tecnologias na Construção de Edíficios – Lisboa

1985

-ET.L.001 – “Especificação Técnica: Reabilitação de elementos estruturais de

Madeira por métodos pouco intrusivos”.

-Resin repairs to timber structures: Guidance and selection. TRADA

Technology Report 3/2000, ISBN 1 90051026X, p11.

-Resin repairs to timber structures: Volume 2 – Design examples to Eurocode 5.

TRADA Technology Report - Design examples R1-R3, ISBN 1 900510278.

Projet LICONS : LOW INTRUSION CONSERVATION SYSTEMS FOR TIMBER STRUCTURES Projet Européen mené par le Rotafix


Partenaires : Entreprises :

• Rotafix, Ltd., Reino Unido

• E.C.C. Timber Engineering, Ltd., Reino Unido

• AMTC, SRL França

• Stap, S.A., Portugal

• La Bottega del Restauro, SRL, Itália

Unidades de investigação:

• Oxford Brooks University, Departamento de Engenharia, Reino Unido

• Laboratoire de Rhéologie du Bois de Bordeuax, França

• LNEC, Portugal

• LegnoDOC, SRL, Itália


Chapitre 8 : COMPLÉMENTS

1. Exemples d’entreprises spécialistes dans les com posites

pour renforts de structure bois

• RENOFORS France

183 Boulevard Jean Mermoz

94550 Chevilly Larue

Tel : 01 49 73 20 07

Remarque : Dépose d’un brevet 81 14282 maintenant en domaine public

• BEPOX

10 av Réanur

92140 Clamart

Tel : 01 40 94 05 17

• TAC SA

Technopolis

17 Av du Parc

91380 Chilly Mazarin

Tel : 01 69 74 22 66

• CHARPENET

17 rue de l’artisanat

49130 St Gemmes sur Loire

Tél. : 02 41 74 17 41

• MBT France

10 rue de Cévennes

91100 Evry

Tél. : 01 69 47 50 00


• PITANCE

133 Rue Bataille

69008 Lyon

Tél. : 04 72 78 10 40

• ABT Bois

24 Av Général Foy

49100 Angers

Tél. : 02 41 18 59 56

2. Fournisseurs de résine

ZI 17 Rue de la Marine

94290 Villeneuve Le Roi

Tél. : 01 49 61 61 71

Fax : 01 49 61 62 51

Mail : [email protected]

Page internet : www.resipoly.fr

Basters, 15

08184 PALAU-SOLITÀ I PLEGAMANS

(Barcelona)

Tel. 93 862 00 00 - Fax 93 862 00 20

www.bettor-mbt.es

e-mail: [email protected]

ZAC Charles de Gaulle

11-13 Rue Henri Farman

93297 TREMBLAY EN France

Tél: 01 41 51 11 83- Fax: 01 41 51 11 85

Page Internet: www.technichem.fr


3. Fournisseur de barres de fibres de verre

4. Centres spécialisés dans les études du bois

• CTBA Bordeaux

BP 227

33028 Bordeaux Cedex

Tel : 05 56 43 63 95

• LRBB Bordeaux

DOMAINE DE L'HERMITAGE

69 Route d' ARCACHON

33612 CESTAS Cedex

Tel : 05 57 12 28 20

• CIDEMCO

Pol Lasao Anardi Area nº5

20730 Azpeitia (Gipuzkoa)

Espagne

Tel : 0034 943 81 68 00

BK International

Grasbos 50

B-3294 Diest

Belgique

Tel: +32 13 326873

Fax: +32 13 326874

e-mail: [email protected]


5. Les sites Internet intéressants

• www.ctba.fr

• www.woodnet.net

• www.afnor.com

• www.bois-foret.com

• www.netbois.com

• www.site-en-bois.com

• www.cndb.org

• www.lrbb3.pierroton.inra.fr

• www.cidemco.es

• …


3. Technologie de renfort choisie

3.1. Choix de la technologie

Compte tenu de son planning et son budget, le projet EGUR BERRIA ne

pouvait permettre l'étude que d'un seul type d'élément à renforcer par la

technologie de composite époxy-barres de fibres.

Les échanges ayant eu lieu au sein du comité de

pilotage lors de la première réunion le 31 Janvier

2006 à Bayonne, ont permis d'axer les recherches

du projet EGUR BERRIA sur les abouts de poutre

ancrés dans les murs de maçonnerie ou autre

élément en bois.

Type de renfort étudié : système BETA

Ce renfort permet de reconstituer l'about de la

poutre en appui sur le mur ou autre élément en

bois tout en conservant la partie seine de la

poutre.

Ce renfort permet une intervention in-situ.

Causes des pathologies sur abouts de poutre:

Les murs de maçonnerie sont réalisés à partir de matériaux poreux permettant

les infiltrations d'eau, les remontées capillaires, la pénétration de l'eau peu à

peu à travers le mur.


La poutre en bois est donc encastrée dans un milieu humide et confiné

favorisant la dégradation du bois par pourrissement et développement de

champignons et autres microorganismes.

La poutre perd petit à petit sa capacité portante mettant en péril la tenue du

plancher ou de la charpente. Elle pose ainsi des problèmes de sécurité

évidents.

Choix de cet élément de structure pour le projet EG UR BERRIA :

Ce système constructif (encastrement des poutres dans les murs de charges en

maçonnerie) a très largement été utilisé sur les ouvrages anciens des deux

régions Aquitaine et Euskadi.

Ce système constructif souffre dans la très grande majorité des cas de

pathologies de pourrissement, d'organismes provoquant l'intervention quasi-

systématique d'entreprises de restauration afin d'éviter l'effondrement du ou des

planchers de l'ouvrage.

Les barres de fibres de verre ont été choisies au profit des barres de fibres de

carbone dans un objectif de diminution du prix des renforts. De plus, les

caractéristiques mécaniques des barres de fibres de verre sont suffisantes pour

assurer la tenue des renforts sur les types de poutres bois étudiées.

En conclusion, ce cas d'étude permet d'aborder un é lément

- dont les pathologies sont très souvent sources de problèmes

structuraux,

- que l'on retrouve dans de nombreux ouvrages ancie ns du patrimoine,

- et qui est commun aux deux régions Aquitaine et E uskadi.


3.2. Matériaux utilisés pour le renfort en about de poutre

Il existe peu de bibliographie ou documentation définissant le type exact et les

caractéristiques des matériaux (résine époxy, charges, barres de fibres) à

utiliser pour ce type de renfort.

De plus, les entreprises (ex: RENOFORS, ROTAFIX…) mettant déjà en œuvre

ce renfort ne diffusent pas les informations quant à sa constitution exacte.

Le choix des matériaux à utiliser s'est donc fait à partir des seules informations

bibliographiques disponibles, des fiches techniques de fournisseurs de résines,

de barres de fibres de verre…

Les fiches techniques des matériaux sélectionnés attestent de caractéristiques

correspondant à celles recherchées pour les renforts étudiés dans le projet

EGUR BERRIA.

Des essais en laboratoires ont cependant été nécessaires pour vérifier les

différentes caractéristiques données par les fournisseurs, vérifier les

résistances des unions et interfaces entre ces matériaux.

3.2.1. Résine et mortier époxy

Dans la technique de renfort composite choisie pour les abouts de poutre, la

résine époxy a trois utilisations différentes.

Elle est en effet utilisée pour:

• réaliser le primer d'accrochage entre la section de bois coupée et le

mortier époxy du renfort coulé dans le coffrage. Ce primer d'accrochage

permet une meilleure adhérence entre le mortier époxy et la section de

bois.

• réaliser le mortier époxy en le mélangeant à des

charges le plus souvent siliceuses et de fraction


granulaire 0/0.2 mm. Ce mortier est versé dans le coffrage et sert à

prolonger la poutre ou remplir les volumes importants. La résine pure

étant chère, les charges permettent un gain de volume du produit tout en

gardant au mortier des propriétés mécaniques suffisantes.

• réaliser l'ancrage des barres de fibres de verre dans la

partie de bois sain. La résine est versée dans les

percements où se logent les barres et unit ainsi les

barres au bois, permettant un transfert de forces.

La résine choisie est la S3D du l'entreprise CHRYSO

RESIPOLY.

Celle-ci se compose de deux parties: la partie A

(résine) et la partie B (durcisseur) respectivement

dosés à 75 et 25 % du poids du mélange.

Description et caractéristiques (source: fiche tech nique Chryso Résipoly):

Définition:

• Liant époxydique, sans solvant, à deux composants

• Couleur : Ambre

• Classe AFNOR NFT 36.005:famille 1 classe 6 b

• Liant standard polyvalent

• Performances mécaniques très élevées


Application:

• Supports: Béton de plus de 28 jours, bois

• Mise en œuvre: Tº mini = +5ºC Tº maxi = + 30 ºC

• Matériel: Brosses, rouleaux, pistolets, malaxeurs pour mortiers

• Stockage: 1 an en emballage d'origine, à l'abri

Constituants:

• Partie A (résine)/ Partie B (durcisseur)= 75/25

Mélange frais:

• Densité: 1.13 ±0.04

• Viscosité: 8 ±3 poises

• DPU (Durée pratique d'utilisation) sur 1 kg: env 20 min

Délais:

• Sec au toucher : 6 h

• Délai entre couches : 6 - 16 h

• Délai de mise en service : 3 j

Eprouvettes:

• Dureté SHORE D après 24 h à 23 ºC : 78 ± 4

• Dureté SHORE D après 7 j à 23 ºC: 82 ± 4


Conditionnement:

• Résine en Kits de 5 et 25 kg

Mortier époxy :

Le mortier époxy constituant la partie la plus volumineuse du renfort

(prolongation de la poutre) est un mélange de résine époxy A/B avec une

charge inorganique.

Dans la grande majorité des cas, la charge est un sable siliceux ou de quartz

de fraction granulaire 0/0.2 mm.

Dans notre cas, le sable est un sable siliceux SIFRACO

de référence NE 25/34 en sacs de 25 kg.

La résine A/B et la charge sable sont mélangées mécaniquement dans un

récipient de préférence circulaire. Le mélange se fait jusqu'à homogénéité de la

totalité du mortier.

Dosage en poids : 80 % de sable pour 20 % de résine

Densité du mortier: environ 1750 kg/m3

Ce dosage va dans le sens de la sécurité et des résistances mécaniques

optimales.

Le pourcentage de résine pourrait être abaissé jusqu'à 15 % du poids du

mélange ; cela baisserait le coût du mortier mais baisserait aussi sensiblement

ses caractéristiques mécaniques.

Essais sur éprouvettes 4x4x16 de mortier époxy (source: Chryso Résipoly)

• Compression (NF EN 196) > 90 MPa

• Flexion (NF EN 196) > 30 MPa


Prix :

Le tableau suivant donne les prix unitaires de la résine S3D et du sable siliceux

utilisé en charge pour le mortier.

Produit Unité Prix Unitaire HT (€)

Résine S3D Kit de 25 kg kg 10,95

Résine S3D Kit 5 kg kg 13,20

Sable NE SIFRACO 25 kg kg 0,57

A titre d'exemple, le calcul simplifié suivant donne le prix de 100 litres de

mortier:

100 litres = 0,1 m3 0,1 x 1750 = 1750 kg

20% x 175 kg = 35 kg de résine

80% x 175 kg = 140 kg de sable

Prix total : 25 x 10,95 + 10 x 13,20 + 150 x 0,57 = 491,25 €

3.2.2. Barres de fibres de verre

Les fournisseurs de barres de fibres de verre pouvant

avoir comme application les renforts époxy sont encore

très peu nombreux.

Ainsi, les barres de fibres de verre choisies pour le projet sont fabriquées et

vendues par le fournisseur belge FORTIUS (www.fortius.be).

Le modèle de barre utilisé est : Aslan GFRP 100 D8mm

Ces barres de fibres de verre ont déjà été utilisées pour des renforts

composites époxy pour éléments en bois.


Description :

Les barres d’armature en fibre de verre sont composées d’un faisceau de fibres

de verre tendues, imprégnées dans une résine thermodurcissable qui assure

que les fibres sont maintenues ensemble et agissent comme 1 barre. Le produit

fini est entièrement inerte, non corrosif et résistant aux alcalis.

Afin d’améliorer l’adhérence, la face externe est déformée et ensablée.

Les spécialistes connaissent les barres armées fibre de verre sous le nom de

barres d’armature GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic ou Polymer – rebars).

Les barres GFRP sont fabriquées en usine par pultrusion et sont disponibles

dans différents diamètres allant de 6 mm jusque 32 mm.

Elles peuvent être mises en œuvre au lieu de l’acier inoxydable ou d’acier

d’armature enduit (époxy, zinc).

Spécifications :

• Non corrosives : ne se corrodent pas en cas d’exposition à des éléments

agressifs ;

• Ne peuvent être attaquées par des ions de chlorure

• Chimiquement résistantes


• Résistance à la traction plus élevée que celle de l’acier (1 à 2 fois) pour

environ le même poids : peut facilement être transportée et placée sans

appareil de levage spécial

• Transparentes pour les champs magnétiques et radiofréquences

• Non conductrices d’électricité, non thermoconductrices

• Bonne résistance à l’impact : résiste à des charges ponctuelles

soudaines et élevées

• Excellente résistance au vieillissement en cas de conditions de charge

cycliques

• Indéformable en cas de fluctuations de la température ; la dilatation / la

compression des barres d’armature en fibre de verre sont proches de

celles du béton.

Données techniques :

Propriétés mécaniques

• Adhérence maximale de la barre au béton basée sur des essais

d’arrachement : 11,6 MPa

• Résistance à la traction : 655 MPa (barre dia. 16)

• Résistance au cisaillement : 140 MPa (barre dia. 16)

• Coefficient de traction : 40.800 MPa (barre 210.000 MPa)

• Coefficient de dilatation : (basé sur ACI 440)

• Sens transversal : 21-23 x 10-6/°C

• Sens longitudinal : 6-10 x 10-6/°C

• Dureté Barcol : min. 60 (ASTM D2583)

• Charge fibre de verre par poids : 70% minimum (ASTM D2584)

• Poids spécifique : 1,9 g / cm3 (ASTM D792)


Courbe de tension / d’Elasticité typique pour le GF RP (par exemple pour

une barre d’un diamètre de 12 mm)

Livraison / types / conservation

L’armature en fibres de verre est livrée en barres d’une longueur de 6 mètres ;

les barres peuvent cependant être coupées sur demande.

Dimensions : diamètres 6, 8, 9, 10, 12, 16, 19, 22, 25, 28 et 32 mm (dérivés des

types US #2 à #10).

Coudes standard en stock : 90° en 6 mm, 25 cm de lo ngueur et en 8 mm, 37

cm de longueur

Les armatures en fibre de verre ne peuvent pas être stockées trop longtemps

au soleil et ne peuvent être posées sur palettes afin d’éviter qu’elles ne

s’encrassent.


Prix pour barres de 3 mètres:

Produit Unité Prix Unitaire HT (€)

Aslan GFRP 100 6 mm ml 1.24

Aslan GFRP 100 8 mm ml 1,42

Aslan GFRP 100 9 ½ mm ml 1.94



Aslan GFRP 100 19 ½ mm ml 5.35



A titre d'information:

Pour 30 mètres de barres, compter environ 54 € de transport pour l'Espagne et

45 € pour la France.


4. Possibles freins et blocages à l'application de la technologie composite sur les abouts de poutres

4.1. Propriété intellectuelle

Le tableau suivant regroupe tous les brevets publiés à ce jour concernant les

renforts de poutres en bois par composite mortier époxy et barres de fibres.

Entreprise: RENOFORS

Brevet FR2585393

(français 1985 )

Brevet retombé dans le domaine

public

Entreprise : RENOFORS

Brevet FR2510163

(français 1983)


public

Entreprise : RENOFORS

Brevet GB2062077

(anglais 1981)

Brevet Anglais et refusé

Entreprise:

BOUWECONOMISCH

TECHNOLOG (NL) 1973

Brevet FR2170498

(français)


public

Entreprise : LACROIX RENE

Brevet EP0141782

(Européen 1985)

licence non renouvelée


Le brevet FR2170498 concernant plus particulièrement la

technologie étudiée pour EGUR BERRIA (about de poutre, cf

schéma), a été déposé en 1973 par l'entreprise

BOUWECONOMISCH TECHNOLOGIE.

Ce brevet, est maintenant retombé dans le domaine public et est libre

d'exploitation.

Certains brevets encore valides traitent de technologies de renforts de poutres

bois par composite époxy et barres de fibres de verre mais restent des

variantes ne constituant pas un blocage pour le type de renfort étudié pour

EGUR BERRIA.

Conclusion:

Aucun brevet ne constitue un blocage ou un frein po ur la diffusion de

cette technologie auprès des entreprises régionales .

Ces entreprises sont donc tout à fait dans leur dro it d'employer les

composites époxy barres de fibres pour renforcer le s abouts de poutres

dégradées.

Encore valide Entreprise: Brevet EP0620332 (Européen)

Licence terminée Entreprise: Brevet FR2700805 (Français)

Licence non d'actualité Entreprise: ROTAFIX Brevet GB2299828 (Anglais 1995)

Licence non renouvelée en France, Angleterre, Espagne…

Entreprise: Wolf Philipe Brevet FR2652298 (français 1989)

Licence terminée Entreprise : Gosselin Claude Brevet FR2652298 (français 1989)


4.2. Tenue au feu

Seuls les locaux publics et autres immeubles

d'habitation doivent répondre à des obligations de

stabilité au feu.

Pour une habitation de plein pied, la structure doit

être stable au feu 1/2h.

Pour un immeuble d'habitation de plus de 28 m, la structure doit être stable au

feu 1h.

Les fiches techniques des entreprises mettant en œuvre ces renforts

composites attestent d'une stabilité au feu de 01h28 (Source RENOFORS: PV

d'essai du laboratoire IBBC-TNO nº B-81 622 Fdu 5.11.81)

De manière générale, on peut considérer que le mortier époxy avec charges

sable est classement au feu : M3 ou Catégorie B.

Ce classement est suffisant pour les SF (stabilité au feu) des structures

préconisées pour les habitations et immeubles.

Conclusion:

La stabilité au feu ne représente donc pas un frein à l'utilisation de cette

technologie de renfort composite par résine époxy e t barres de fibres de

verre.

Afin d'augmenter le temps de stabilité au feu de la structure réparée,

l'application de peintures intumescentes peut être conseillée après mise

en œuvre du renfort.


4.3. Esthétique

En plus de permettre la conservation de la poutre ancienne, le renfort

composite époxy doit être réalisé de telle manière qu'il se voit le moins et de

paraître une prolongation "bois" de la poutre.

Afin d'améliorer l'aspect fini du renfort et du mortier époxy, il est possible:

- d'utiliser des coffrages de mêmes essences pour donner des surfaces imitant

le bois.

- de vernir, peindre et graver les faces visibles du renfort.

Il existe dans le commerce tous types de vernis et peintures de gammes de

couleurs importantes afin de se rapprocher au mieux de la teinte du bois de la

poutre ancienne.

Les surfaces du renfort en mortier époxy, pourront, après démoulage être

poncées, meulées avec une meuleuse électrique ou papiers abrasifs.

Les retouches importantes pourront être réalisées par coupe à la scie circulaire

portable.

Le mortier époxy étant dur, les instruments type burin et marteaux seront à

proscrire. Le mortier cassera en effet en éclats de manière incontrôlée.

Conclusion:

Les renforts composites et mortiers époxy pourront être travaillés afin

d'obtenir une esthétique convenable et ressemblante au bois restauré.


5. Essais en laboratoire

5.1. Les phénomènes et modes de rupture

Avant le calcul et la mise en œuvre de tout renfort, il est important de connaître

et évaluer ses possibles modes de ruptures et points faibles, les distributions de

charges…

Une fois les modes de rupture et points faibles répertoriés, les essais en

laboratoire permettront d'obtenir des données de calcul, de fixer les attentions

sur les points ou interfaces critiques.

Modes de rupture ou perte de résistance:

1. Adhérence Barre - mortier époxy (traction arrachement)

2. Ancrage barre - bois sain à travers la résine pure (traction arrachement)

3. Adhérence mortier époxy - bois (effort tranchant + arrachement)

4. Résistance à traction pure de la barre

5. Résistance à compression et flexion du mortier époxy

6. Résistance du bois à effort tranchant et flexion


En plus des essais sur poutres réelles, les essais supplémentaires sélectionnés

sont donc:

• Essai 1. Résistance des barres en traction pure (cas 4)

• Essai 2. Pull-out (traction)

2.1. FRP dans mortier Epoxy (cas 1)

2.2. FRP dans bois et résine 1 et 2 (cas 2)

• Essai 3. Caractérisation liaison bois-mortier Epoxy à l’effort tranchant

(cas 3)

Les résistances mécaniques du mortier époxy (fiches techniques) et du chêne

sont telles qu'elles ne nécessitent pas d'essais supplémentaires en laboratoire.

5.2. Essais sur matériaux et poutres

5.2.1. Essai 1 : Résistance des barres en traction pure

Préparation :

L'échantillon testé à traction pure est constitué d'une barre de fibres de verre

ASLAN D8mm munit de deux casques métalliques (collés à la barre par de la

résine époxy) pour supporter la pression des mâchoires du banc d'essais à

traction.

Pour préparer les échantillons, la partie inférieure des casques est bouchée.

Les casques sont ensuite remplis de résine S3D puis on procède à

l'introduction de la barre dans chaque casque.


Croquis de l'échantillon pour essais 1.

Banc d'essai Essai Résultats :

Comme l'on pouvait le penser, les barres de fibres de verre ont un

comportement élastique linéaire jusqu'à la contrainte de rupture, avec une

rupture fragile.

700 mm

150 mm

150 mm

8 mm

10,7 mm


La moyenne des valeurs de contraintes de rupture est autour de 620 MPa,

légèrement inférieure à celle indiquée par le fournisseur. Cela est sûrement du

aux déviations par rapport à l'axe principal de traction vertical.

Il convient de signaler que lors d'un des essais, la rupture s'est faite au niveau

d'un des casques, cela est probablement du à un contact partiel entre la résine

et la barre.

Essais de traction des barres ASLAN 100 ∅∅∅∅8 mm

barre Fult (kN) MPa Observation

1 6,695 * 133 * Rupture adhérence barre

résine

2 32,603 649 Rupture en traction

3 29,878 594 Rupture en traction

Moyenne 622

Section = 50,27 mm2

Comportement élastique linéaire


5.2.2. Essai 2: Pull-out

5.2.2.1 Essai 2.1: Adhérence barre – mortier époxy

Préparation :

L'éprouvette est constituée d'une barre de fibre de verre noyée au centre d'un

prisme rectangulaire de mortier époxy. Un dosage habituel de 20 % de résine

S3D époxy et 80 % de charges (sable siliceux) a été utilisé pour le mortier.

Croquis de l'éprouvette de l'essai 2.1.

Remplissage des moules et positionnement des barres

Presse

100 mm.

40 mm.

40 mm.

Moule

FULT(kN)


Résultats :

La valeur moyenne d'adhérence entre le mortier époxy et la barre est de 10,9

MPa. La surface de contact considérée pour le calcul est de 2513.27 mm2.

La valeur obtenue pour l'éprouvette 2.4 n'a pas été prise en compte en raison

d'un problème d'interface casque-barre possiblement du à un contact incomplet

entre la résine et la barre.

Essai Pull Out barre ASLAN 100 ∅∅∅∅8 mm – mortier époxy

Eprou Fult (kN) MPa Observations

2.1 26,20 10,4 Arrachement barre. Rupture par

adhérence avec mortier





2.4 7,16 2,8 Rupture adhérence casque





Moyenne 10,9

Surface de contact = 100 x π x 8 =2.513,27 mm2

Cette valeur d'adhérence de 10,9 MPa entre le mortier époxy et la barre de

fibres de verre est une valeur relativement élevée. Cette adhérence n'est donc

pas un frein pour la réalisation des renforts étudiés.


5.2.2.2 Essai 2.2: Adhérence barre – bois (1)

Préparation :

Les éprouvettes consistent en une barre de fibres de verre introduite dans un

cube de bois en chêne par un trou rempli de résine époxy.


Préparation Presse

Résultats :

La difficulté d'obtenir un contact de toute la superficie de barre introduite avec la

résine et les défauts communs du bois (fentes…) sont à l'origine des importants

100 mm.

100 mm.

100 mm.

∅ 10 mm.


écarts de résultats. La valeur moyenne d'adhérence entre la barre et le bois par

l'intermédiaire de la résine est de 5.2 MPa

Essai Pull out barre ∅∅∅∅8 mm – bois (100 mm)


3.1 11,79 4,7 0,01mm=0,12kN; 0,1mm=0,5kN; 1mm=9,34kN

3.2 8,88 3,5 0,01mm=0,12kN; 0,1mm=0,37kN; 1mm=6,67kN

3.3 7,93 3,2 0,01mm=0,01kN; 0,1mm=0,73kN; 1mm=7,42kN

3.4 15,99 6,4 0,01mm=0,40kN; 0,1mm=1,35kN; 1mm= - kN

3.5 13,33 5,3 Mauvais contact résine barre

3.6 20,60 8,2 Fente absorbant une partie de la résine

Moyenne 10,9 *Disperso, influencia del correcto mojado de la resina

Surface de contact = 100 x π x 8 =2.513,27 mm2

Ces résultats indiquent que les percements où se logent les barres de renforts

doivent avoir un diamètre suffisant pour pouvoir permettre un bon enrobage des

barres. Ainsi, le diamètre des percements doit être 4 à 6 mm supérieur à celui

des barres.

5.2.2.3 Essai 2.3: Adhérence barre– bois (2)

Préparation :

Les éprouvettes sont constituées d'une barre de fibres de verre introduite dans

un cube de bois de chêne. Le bout de la barre se trouve au niveau d'un

percement de diamètre 16 mm qui sera rempli de résine après avoir positionné

la barre.



Résultats :

La valeur moyenne d'adhérence est de 28.5 MPa. Cette valeur importante est

probablement due à un effet de dispersion des charges par effet de coin au

fond de l'encoche remplie de résine.

Essai pull Out barre D8mm – bois (160mm)


4.1 17,06 27,2 Arrachement complet de la barre (EV).

4.2 19,0 30,2 0,01mm=0,36kN; 0,1mm=2,39kN; 1mm=19kN. EV


4.4 18,26 29,1 0,01mm=0,22kN; 0,1mm=3,90kN; 1mm=18,26kN


4.6 20,19 32,1 0,01mm=0,01kN; 0,1mm=3,2kN; 1mm= 20,19kN

Moyenne 28,5 Effet de coin

Surface de contact = 25 x π x 8 =628,32 mm2

100

mm.

100

mm.

100

mm.

∅ 16 mm.

∅ 9 mm.

25

mm. ∅ 16 mm.

∅ 9 mm.


5.2.3. Essai 3: Résistance à effort tranchant de l' union bois - mortier époxy

Préparation :

L'éprouvette est constituée de deux cubes de bois de chêne unis par un cube

de mortier époxy. Une imprégnation à la résine a préalablement été faite sur les

surfaces de bois en contact avec le mortier époxy.

Préparation

Eprouvette Essai 3

Banc d'essai Eprouvettes après essai

Moule

FULT(kN)


Résultats :

La valeur moyenne d'adhérence est de 2.8 MPa. Cette valeur est légèrement

inférieure à celle indiquée par le fournisseur de mortier époxy.

Essai effort tranchant: Bois - Mortier Epoxy

Eprouvette Fult (kN) MPa Observations

5.1 54,35 2,7 0,81adh Surface de contact ≈ 30%



Moyenne 2,8 1,93adh *Répartition non uniforme

Surface de contact = 2 x 100 x 100 = 2 x 10.000 mm2

Les essais réalisés n’ont pas permis de caractériser une résistance à l'effort

tranchant pur. En effet, il s'est produit de la flexion dans l'éprouvette, favorisant

le décollement du mortier sur la surface bois et diminuant ainsi les résultats

obtenus.


5.2.4. Resistance à flexo-traction et compression d u mortier époxy

Les essais ont été réalisés sur des éprouvettes cylindriques Ø10x20

(compression) et prismatiques 4x4x16 (flexo-traction) à 3 et 7 jours.

Les résultats sont présentés dans les tableaux suivants :

Essais de flexo-traction (4x4x16 cm)

Age

[jours]

Eprouvette

nº

Flexo-Traction

[MPa]

Compression

[MPa]

103,4 3 1 33,98

96,4 99,9

99,8 3 2 38,00

97,7 98,75

97,4 3 3 35,64

35,87

98,4 97,9

98,85

98,3 7 4 39,05

99,9 99,1

99,9 7 5 37,64

38,34

99,0 99,4

99,2

Essais de compression (cylindres Ø10x20 cm)

Age

[jours]

Eprouvette

nº

Superficie

[cm2]

Charge de

rupture [Kp]

Charge

unitaire

[Kp/cm2]

Charge

Unitaire

[MPa]

3 C1 48.812 622 60,9

3 C2 43.292 551 586,5

54,1 57,5

7 C3 57.188 728 71,4

7 C4

78,5

49.831 634 681

62,2 66,8


Observations :

• La résistance obtenue à 3 jours est légèrement inférieure à celle

obtenue à long terme (7 jours)

• La résistance à compression obtenue sur les éprouvettes cylindriques

est inférieure à celle donnée par le fournisseur (>90MPa) sûrement

obtenue par un meilleur malaxage et vibrage.

5.3. Essais sur poutres réelles:

5.3.1. Préparation :

Trois poutres en chêne de plus de 300 ans ont été sélectionnées pour la

campagne d'essais. Ces poutres ont une longueur de 4 mètres

Les poutres ont été offertes par l'entreprise AZTASALDI (Txope AZTASALDI

membre du comité de pilotage).

1.

Coupe de la partie attaquée de la poutre au

niveau du bois sain.

Coupe à la tronçonneuse.

2.

Repérage des fissures et autres cavités pouvant

provoquer des fuites de résine ou pertes de

résistance. Eviter au maximum que les

percements pour les barres ne correspondent

avec les fentes…


3.

Percements des trous où seront introduites les

barres de renfort. Percements à 20º

préalablement dessiné sur les flancs de la

poutre.

Bouchage des trous à l'extrémité basse du

percement.

4.

Coffrage des abouts de poutre avec planches de

coffrage traditionnel en bois.

Les planches sont suffisamment clouées à la

poutre et entre elles pour éviter leur ouverture à

l'heure du coulage.

5.

Injection de mousse de polyuréthane par pistolet afin

de boucher les fentes et ouvertures par lesquelles

pourra couler la résine injectée dans les ancrages.

6.

Préparation de résine à injecter dans les percements (dans

le bois sain) où se logeront les barres de renfort.

Proportions et technique décrites dans les chapitres

précédents.

7.

Injection de la résine dans les percements avec une

pipette et tube en verre de diamètre inférieur à celui du

trou.


8.

Insertion lente des barres dans chaque percement rempli de

résine. La résine doit refouler du trou à l'introduction de la

barre. Cela est signe d'un bon recouvrement des barres par la

résine.

9.

Recouvrement de cire pour bois sur les planches de coffre afin que le mortier

époxy n'adhère pas.

10.

Préparation du mortier Epoxy avec:

20 % de résine (en poids) (A/B 75/25)

80 % de charges sable

La préparation se fait dans un récipient de volume suffisant pour introduire les 3

composants et le mélange est réalisé avec un malaxeur mécanique jusqu'à

consistance convenable et homogénéité du mélange.

11.

Imprégnation (primer d'accrochage) de la surface de

d'adhérence contact poutre-mortier avec de la résine S3D.

Imprégnation au pinceau.

12.

Coulage progressif du mortier époxy dans le coffrage et

vibrage du mortier pour répartir le mortier dans tout le

volume du coffrage et faire remonter les bulles d'air.

13.

Finition à la truelle ou à la taloche.


5.3.2. Estimation des charges de rupture :

Afin d’estimer l’effort ultime de flexion des poutres bois utilisées, des essais

furent réalisés sur des éprouvettes 30x2x2 selon la norme UNE 56-537-79.

Le tableau suivant donne les résultats des essais réalisés :

Eprouvette Observations N Kg/cm2 MPa

V1 Rupture partielle (p) 1480,7 653,66 66,63

V2 Rupture total (t) 1399,4 617,77 62,97

V3 Fissures en extrémité (t) 1425,4 629,24 64,14

V4 Extrémité dégradée (p) 1236,5 545,85 55,64

V5 (p) 1888,1 833,50 84,96

V6 (p) 1416,6 625,36 63,75

V7 (p) 1895,1 836,59 85,28

V8 (p) 2265,9 1000,28 101,97

V9 Extrémité dégradée (p) 2175,7 960,46 97,91

V10 Perte de section en extrémité (p) 1603,4 707,82 72,15

V11 (p) 2204,6 973,22 99,21

V12 (p) 1324,8 584,83 59,62

V13 (p) 2284,2 1008,36 102,79

V14 (p) 1657,4 731,66 74,58

Moyenne 1732,70 764,90 77,97

Effet d’échelle : 2,0

2

1

1

2

=

h

hσσ (avec l/h = cste) σ1 = 77,97 MPa

Effort de fluage en flexion (chêne, classe D50) fm,k = 45,67 (N / mm2) = 45.670

(kN / m2) *


*obtenu expérimentalement à partir d’éprouvettes de 30x2x2 cm en considérant

l’effet d’échelle.

Calculs:

Vmax = VA= VC= VD = P (kN)

M max = MD = P.1 (kN.m)

S = y / A = b.h2 / 6 = 25.292 / 6 = 3,5. 10-3 (m3)

� Rupture en D par flexion:

σD = σMAX = MD / S = 285,71. P = fm,k � P1 = 159,85 kN

� Rupture en C par adhérence - effort tranchant:

σADH = P / A = 2,8 MPa � P2 = 203 kN

� Rupture des barres de renfort en traction:

Σ FV = 0 � P – F1 . sen 20º - F2 . sen 20º = 0

P = σV . SV . sen 20º

P = 622 . 103 . 5 .10-5 . 4 . sen 20º

P3 = 125 kN

P3’ = 62,5 kN dans les barres inférieures


� Rupture en C par flexion de l'union bois - mortier (sans intervention des

barres):

σCmax = P . 0,5 / S = σADH = 2,5 MPa (aprox.) � P4 = 17,5 kN

C’est le mode de rupture le plus fragile. Il indique comment la rupture débute.

Une fois préparées, les poutres ont été décoffrées et posées sur un portique

d’essais instrumentés pour enregistrer les valeurs de charges et déformations

durant l’essai.

5.3.3. Disposition de l’essai :

Pour simuler l’état de charges d’une poutre réelle, nous avons opté pour une

poutre sur deux appuis avec 4 points de flexion. La portée entre les deux

appuis est de 3 m. La charge du vérin hydraulique est transmise à la poutre par

un profilé métallique sur deux rotules.


Les poutres ont été instrumentées de telle manière à ce que l’on puisse, à

chaque instant, mesurer la charge et la flèche en 5 points :

Distance entre appuis 3000mm

Distance entre appuis et point 1 1000mm Distance entre appuis et point 3 1000mm

Point n°2 poutre Centro Longueur zone renforcée 600mm

Séparation entre points 4 et 5 120mm


Ci-dessous les dimensions et photographies des sections d’union des trois

poutres :

Poutre photographie Section

[cm] Observations

V1

27x22 Petites fentes

V2

30x27 Petites fentes

Intersection fente-percement

V3

27x19

Grandes fentes causant une réduction de

section significative (8-10 %).

Fente proche de la partie inférieure,

possible origine de la rupture.

Intersection fente-percement

Des restes de cire de décoffrage ont été observés sur les sections des renforts.

La préparation apparaît donc comme une possible source de problèmes si elle

n’est pas réalisée correctement.


5.3.4. Résultats et commentaires :

Essais sur poutres

Poutre Charge ultime (kN) Observations

V1 135 Rupture au centre de la poutre. Renfort intact

V2 116 Rupture au centre de la poutre. Renfort intact

V3 81 Rupture dans la section du renfort

Résultats charge – flèche :

Poutre 1

Charge Flèche kg nº1 nº2 nº3 nº4 nº5 ref 0 0 0 0 0 0 0

500 0,5 0,7 0,5 0,3 0,0 0,0 1000 1,0 1,8 1,5 0,7 0,4 0,0 1500 2,1 3,0 2,4 1,0 0,7 0,0 2000 4,0 4,1 3,4 1,7 1,0 0,0 2500 5,2 5,0 4,6 2,0 1,2 0,0 3000 6,2 6,2 5,2 2,4 1,7 0,0 3500 7,0 7,2 6,2 2,8 2,0 0,0 4000 8,2 8,2 6,9 3,4 2,2 0,0 4500 9,2 9,4 8,2 3,7 2,7 0,0 5000 10,2 10,2 8,9 4,2 3,0 0,0 5500 11,2 11,7 9,9 4,7 3,2 0,0 6000 12,0 12,7 10,8 5,0 3,7 0,0 6500 13,0 13,7 11,6 5,4 4,0 0,0 7000 14,5 15,0 12,6 6,0 4,2 0,0 7500 15,8 16,0 13,6 6,4 4,7 0,0 8000 16,8 17,2 14,6 7,0 5,4 0,0 8500 17,8 18,4 15,6 7,4 5,8 0,0 9000 19,8 20,2 17,2 8,0 6,0 0,0 9500 21,6 21,8 18,4 8,4 6,2 0,0 10000 22,8 23,0 19,6 9,0 6,4 0,0 10500 24,0 24,2 20,6 9,2 6,7 0,0 11000 25,2 25,7 21,8 10,0 7,2 0,0 11500 26,5 27,0 23,2 10,2 7,6 0,0 12000 27,8 28,2 24,0 11,0 8,0 0,0 12500 29,6 30,0 25,6 11,2 8,4 0,0


Poutre 2


500 1,3 1,3 0,8 0,4 0,4 0,0 1000 2,2 2,3 1,6 0,7 0,7 0,0 1500 3,0 3,0 2,2 1,0 1,0 0,0 2000 3,8 3,7 2,8 1,2 1,2 0,0 2500 4,6 4,3 3,3 1,4 1,4 0,0

3000 5,6 5,3 4,2 1,7 1,7 0,0 3500 6,3 6,0 4,6 2,0 2,0 0,0 4000 7,0 6,7 5,3 2,4 2,4 0,0 4500 7,6 7,3 6,0 2,6 2,6 0,0 5000 8,4 8,1 6,4 2,8 2,8 0,0 5500 9,2 8,9 7,0 3,0 3,0 0,0 6000 9,8 9,5 7,6 3,4 3,4 0,0 6500 10,4 10,1 8,0 3,6 3,6 0,0 7000 11,0 10,9 8,6 3,7 3,7 0,0 7500 11,8 11,5 9,2 4,0 4,0 0,0 8000 12,4 12,1 10,0 4,2 4,2 0,0 8500 13,2 12,9 10,3 4,4 4,4 0,0 9000 13,8 13,5 10,8 4,7 4,7 0,0 9500 14,6 14,3 11,3 4,8 4,8 0,0 10000 14,6 15,3 12,2 5,0 5,0 0,0 10500 16,4 16,1 12,6 5,4 5,4 0,0

Poutre 3


500 0,7 0,6 0,5 0,2 0,2 0,0 1000 1,5 1,6 1,5 0,7 0,6 0,0 1500 2,3 2,4 2,5 1,0 0,8 0,0 2000 3,3 3,4 3,3 1,4 1,0 0,0 2500 4,0 4,4 4,0 1,7 1,3 0,0 3000 4,7 5,4 5,0 2,0 1,6 0,0 3500 5,7 6,4 5,7 2,4 1,8 0,0 4000 6,5 7,4 6,5 2,7 2,0 0,0 4500 7,3 8,4 7,3 3,0 2,3 0,0 5000 8,3 9,2 8,3 3,2 2,8 0,0 5500 9,9 11,4 10,3 5,2 3,6 0,0 6000 11,0 12,6 11,5 5,8 4,0 0,0 6500 11,9 13,7 12,5 6,4 4,3 0,0 7000 12,7 14,8 13,5 7,0 4,6 0,0 7500 13,7 16,0 14,7 7,7 5,0 0,0 8000 14,7 18,0 15,7 8,2 5,3 0,0


Ci-dessous les observations faites sur les résultats d’essais et modes de

ruptures :

• La rupture des poutres V1 et V2 s’est produite conformément à ce qui

était prévu. Le bois rompit en partie centrale sans affecter le renfort.

L’origine de la rupture se trouva pour chaque cas dans les points faibles

du bois à savoir : les nœuds et fentes

• La rupture de la poutre V3 au niveau du renfort peut être due à divers

facteurs :

o Fentes importantes sur la section du renfort. Une d’entre

elles est proche de la zone inférieure de la section, où se

produit le premier mode de rupture par décollement bois-

mortier.

o Réduction de la surface utile d’adhérence bois-mortier,

causée par les fentes.

o Possible influence de la cire de décoffrage utilisée sur les

planches de coffrage et dont nous avons retrouvé des

traces sur la section d’adhérence bois-mortier époxy en

zone basse.

• La rupture de la poutre V3 a cependant permis de vérifier l’implication

des barres de renfort qui ont retardé la rupture complète de la poutre.

Les barres inférieures ne présentent pas de traces de glissement à

l’intérieur du bois ou du mortier et la rupture des barres s’est faite

pratiquement en traction pure.


5.3.5. Essai du renfort à effort tranchant :

Après avoir vérifié que la zone d’intervention (renfort) atteint une résistance

supérieure à celle des propres poutres V1 et V2, il a été décidé de mettre à

profit les renforts encore intacts pour les tester à l’effort tranchant.

L’essai a porté sur un élément (pour chaque poutre V1 et V2) de 1,10 m de long

y compris le renfort époxy. La configuration est similaire aux précédents essais

sur poutres réelles mais avec seulement 3 points de flexion.

Configuration de l’essai : Poutre sur deux appuis avec charge ponctuelle

centrale.

Poutre V1 :

L’élément de poutre chargé dans la configuration décrite au dessus, a résisté à

une charge maximum de 4 tonnes puis à baissé à 2,7 tonnes après première

rupture partielle.

L’élément a été chargé à nouveau (après rupture partielle) et à atteint une limite

de 3,275 t pour redescendre à 2 t après nouvelle rupture partielle.

En page suivante se trouvent les schémas de configuration et les diagrammes

d’effort tranchant et moment fléchissant :


Poutre V2 :

L’élément a résisté jusqu’à une charge de 7,859 t qui est descendue à 4,705 t

lors de la première rupture partielle.

L’élément a été chargé à nouveau jusqu’à 7,5 t. La charge est descendue à 2,7

t après une seconde rupture partielle.

39 cm. 56 cm.

93 cm.

100 cm.

Bois Mortier

V

Mf

PMAX = 4.000 kg

2.240

-1.760

985,6 kg.m


Schémas de configuration et diagrammes d’effort tranchant et moment

fléchissant :

35,5 cm. 55,5 cm.

88 cm.

98 cm.

Bois Mortier

V

Mf

PMAX = 7.859 kg

5.012

-2.847

1.779 kg.m


En plus des poutres renforcées, un essai sur poutre saine a été réalisé dans la

même configuration. L’élément a atteint une charge de 25 t sans rompre et

avec une flèche négligeable.

Schéma :

90 cm.

Bois Section: 29 x 28 cm.


6. Conditions de mise en œuvre

Afin de pouvoir permettre la diffusion de cette technologie auprès des

entreprises de restauration, le projet EGUR BERRIA a prévu l'étude et la

présentation des conditions de mise en œuvre des renforts composites époxy

et barres de fibres de verre sur abouts de poutre dégradés.

Les différentes étapes seront détaillées et expliquées dans le mode opératoire.

Les essais en laboratoire et le chantier pilote auront permis de desceller les

difficultés de mise en œuvre, les attentions particulières à porter à chaque

tâche.

Mode opératoire :

Les phases nécessaires pour la consolidation d’une tête de poutre par renfort

en mortier Epoxy et barres de fibres verre/carbone inclinées:

Système BETA :

Etape 1 :

Caractérisation et description des éléments de la s tructure bois et plus

précisément des éléments à réparer.

Données importantes à relever:

- Essence

- Dimensions

- Etat

- Distance du bois sain au nu du mur

- Portées et charges

- Schémas,

- Photos…

Cette étape servira à diriger le bureau d’étude ou l’entreprise de restauration

vers la technique de renfort adaptée et dimensionner le renfort, placer

correctement l’étaiement…


Etape 2 :

Assurer la sécurité par un maintien des éléments fa ibles ou à réparer par

un étaiement adapté.

Réalisation :

1. Repérer les emplacements des étais

2. Placer les étais sous la poutre et placer les cales de protection en pied et tête

d'étai

3. Mettre les étais sous pression

Matériel :

• Etais commun en acier

• Marteaux

• Cales pour étais

Conseils et remarques :

• Les étais devront permettre le passage des ouvriers, l’acheminement

des matériaux et gêner le moins possible l’exécution des renforts.

• Les étais seront de taille standard, en acier et devront être munis de

cales de protection en partie haute et partie basse selon les conditions

du chantier (habitation habitée, conservation du plancher bois inférieur,

type de la poutre à réparer)

• Prévoir la pose d'étais en quantité suffisante et avec une répartition

uniforme afin de supporter le poids de la poutre, répartir les charges

entre les différents étais.

• Prévoir la pose d'un étai proche de la section coupée de la poutre.

Attention cependant à ne pas gêner la mise en place des coffrages et

barres de renfort.

Difficultés :

• Prévoir le nombre d'étais.

• La charge maximum par étai peut être d'environ 1500 kg.

• L'écartement entre étais sera vu au cas par cas.


Etape 3 :

Couper la tête de poutre dégradée.

Réalisation :

1. Repérer la section de coupe (bois sain)

2. Scier ou tronçonner la tête de poutre

3. Réaliser des encoches ou rugosités sur la surface de coupe qui sera en

contact avec le mortier époxy.

Matériel :

• Mètre à ruban

• Tronçonneuse, scie à bois

• Echelle-escabeau

• Equipement de protection

• Marteau - couteau à bois


• Si la partie dégradée est inférieure à 50 % de la section de la pièce de

bois, on pourra procéder au curage de la partie affectée jusqu’à laisser

uniquement la partie saine du bois. Cette opération sera faite avec

précautions, avec un marteau, pique…

Si la section est touchée à plus de 50 %, on procédera à la coupe de la

partie dégradée. Cette coupe, réalisée à la tronçonneuse ou à la scie à

bois (selon conditions de sécurité et section) se fera dans la partie de

bois saine.

• A la fin de la coupe ou du curage, des encoches/entailles seront

réalisées sur le bois sain des surfaces en contact avec le mortier Epoxy.

Cela permettra un meilleur accrochage entre le bois et le mortier Epoxy.

La résistance à l’effort tranchant sera aussi améliorée en section

verticale.


Etape 4 :

Réaliser des trous inclinés dans la parte saine du bois.

Réalisation :

1. Repérer, sur le bois, l'emplacement des entrées et sorties de percements

2. Réaliser les percements avec une perceuse à mèche à bois en respectant le

diamètre et l'inclinaison du trou prévus

3. Contrôler après réalisation

Matériel :

• Echelle ou escabeau

• Perceuse et mèche à bois


• Mètre


• Respecter les recommandations du bureau d'études (diamètres,

inclinaison et écartements des trous…)

• Les trous ont généralement un diamètre supérieur de 4 mm à celui des

barres introduites par la suite.

• Eviter au maximum les grosses fissures et trous

• Une fois les trous réalisés, vérifier leur inclinaison, leur emplacement…

Difficultés :

• Manque de place pour manier la perceuse

• Difficulté d'obtenir la bonne inclinaison


Etape 5 :

Nettoyer les trous et les boucher en partie basse.

Réalisation :

Nettoyage par air soufflé ou chiffon (va et vient du chiffon dans les trous jusqu'à

élimination totale des particules ou sciures décrochées).

Matériel :

• Souffleur à air comprimé

• Chiffon

Cela permet d’éviter de diminuer l’adhérence de la résine coulée dans les trous

et qui permet le collage entre les barres de fibres et les parois des trous.


• Afin d'éviter une surconsommation de résine en raison des fuites par les

fentes et ouvertures en contact avec les percements d'ancrage, il est

possible d'injecter de la mousse de polyuréthane dans toutes les cavités.

Cette mousse peut être ensuite enlevée, au couteau.

• Le bouchage des trous peut ce faire de manière très simple avec du

mastic, pâte à modeler…


Etape 6 :

Coffrer la partie de la poutre à reconstituer.

Réalisation :

Préparer les différents éléments du coffrage en scierie ou au sol

Réaliser le coffrage

- Plaquer les planches sur la poutre

- Clouer ou visser les différentes parties du coffrage

Placer un étai sous le coffrage

Contrôler la tenue du coffrage

Vérifier que les barres seront enrobées de mortier de plus de 2 cm

Matériel :

• Coffrages bois

• Pointes et marteaux

• Equipement de sécurité

• Echelle et escabeau

• Etais

• Mètre

• Feuille plastique


• Le coffrage pourra être fait en bois et son installation/montage ne

permettra pas son ouverture au moment du coulage.

• Le coffrage doit permettre l’introduction du mortier de résine.

• Le coffrage doit être démontable sans abîmer les éléments sur lesquels il

est fixé.

• Bien nettoyer le coffrage avant coulage.

• Un film plastique fin peut être placé sur l'intérieur des coffrages pour

éviter le collage du mortier époxy avec le coffrage.


Difficultés :

• La poutre n'est pas parfaitement rectangulaire et le coffrage se plaque

mal sur la poutre:

- Garder la section rectangulaire du coffrage et boucher les zones

non fermées par des tacots de bois ou injection de mousse

polyuréthane.

Etape 7 :

Couler la résine Epoxy dans les trous où sont logée s les barres de fibres

Réalisation :

1. Préparer la résine en quantité suffisante

2. Verser ou injecter la résine dans les trous (à partir de

la face supérieure de la poutre) où sont logées les

barres. Verser jusqu'à enrobage complet des barres et

jusqu'à refoulement de la résine.

3. Essuyer les coulures et refoulement de résine.

4. Assurer le maintien des barres de manière à ce qu'elles soient centrées dans

les trous.

5. Nettoyer le matériel utilisé directement après usage

Matériel :

• Récipient contenant la résine

• Pistolet à injections

• Equipement de protection (gants, lunettes, masque…)

• Papier ou éponge

• Adhésif ou pâte à modeler



• Verser la résine doucement

• Il se peut que la résine fuit par les fissures et trous: verser jusqu'à

refoulement en tête de trous.

• La résine peut être injectée par une pipette et un tube en verre que l'on

enfonce dans les percements et que l'on retire petit à petit en versant la

résine dans les trous.

Important: Si les percements se font par en dessous, boucher la partie

basse des trous puis verser la résine en partie hau te.

Etape 8 :

Introduire les barres de fibres dans les trous.

Réalisation :

1. Placer les barres de manière à ce que la longueur d’ancrage soit respectée

2. Maintenir les barres en place avec de la patte à modeler ou adhésif avant

coulage de résine et mortier

Matériel :

• Barres

• Mètre

• Patte à modeler ou ruban adhésif pour maintenir les barres en place



• Il est préférable de calculer, avant introduction dans les trous, la

longueur approximative des barres afin qu’il n’y ait pas de

retouches/coupes ou rallonges à faire.

Difficultés :

• Les barres ne rentrent pas dans les trous:

- Le diamètre du trou est trop petit - Repercer

- Quelque chose obstrue le trou - Libérer et nettoyer le trou


Etape 9 :

Préparation du mortier

Réalisation :

1. Prévoir à l'avance les quantités suffisantes de résine, durcisseur et charges

pour le chantier.

2. Calculer les quantités de résine, durcisseur et charges à utiliser pour le

renfort à réaliser dans l'immédiat

3. Verser la partie A (résine) dans un récipient pouvant contenir la totalité du

mortier à réaliser

4. Verser la partie B (durcisseur)

5. Mélanger énergiquement les deux composants avec un malaxeur mécanique

jusqu'à homogénéité totale du mélange

6. Verser petit à petit, tout en malaxant, les charges sable dans le récipient

contenant le mélange A/B. Malaxer jusqu'à homogénéité totale du mélange et

en raclant les bords et fond du récipient

7. Vérifier la consistance et l'homogénéité du mortier

8. Nettoyer directement les outils utilisés à l'eau

Matériel :

• Produits en quantités suffisantes

• Récipient circulaire

• Malaxeur mécanique

• Equipement de protection (lunettes, MASQUE…)

• Balance


• Utiliser un récipient circulaire

• Bien racler les bords (risques d'accumulation de matière non mélangée)


• Utiliser du sable sec. Plus le sable est sec, plus le mortier est facile à

couler

• Ne pas utiliser de sable chaud. Le sable chaud accélère dans de

grandes proportions la prise du mortier

Difficultés :

• Le mélange ne se fait pas bien:

- vérifier les quantités de chaque composant

- continuer à mélanger énergiquement


Etape 10 :

Préparations avant coulage

Réalisation :

1. Passer de la cire à bois sur les faces de coffrage qui seront en contact avec

le mortier époxy

2. Passer le primer d'accrochage sur la coupe de la poutre qui sera en contact

avec le mortier époxy

Etape 11 :

Coulage du mortier dans le coffrage

Réalisation :

1. Verser le mortier dans le coffrage

Verser le mortier petit à petit en s'assurant qu'il remplisse bien tout le coffrage,

qu'il enrobe parfaitement les barres et qu'il ne fasse pas de bulle.

2. Contrôler la bonne exécution tout au long du coulage.

3. Nettoyer les outils directement après coulage.

Matériel :



• Récipient contenant le mortier

• Marteaux


• La durée pratique d’utilisation (DPU) de la résine et du mortier est

d’environ 20 min en fonction de la température et des charges ajoutées ;


le coulage doit être fait dans ces délais après mélange des parties A et B

de la résine.

• Pendant le coulage, s’assurer que les barres ne bougent pas et qu’elles

soient au centre des trous

• Donner des petits coûts au marteau sur le coffrage afin de "vibrer" le

mortier et faire remonter les bulles d'air.


Etape 12 :

Araser le mortier Epoxy précédemment coulé dans le coffrage.

Réalisation :

1. En fonction de la fluidité du mortier époxy, araser

directement après coulage haut de la poutre.

2. Nettoyer les bavures

3. Nettoyer le matériel après utilisation

Matériel :



• Taloche ou spatule

Etape 13 :

Enlever le coffrage

Le coffrage ne pourra être enlevé que 16 h après le coulage du mortier.

L'étaiement de pourra être enlevé que 3 à 7 jours après coulage du mortier

Matériel :


• Marteau quitte pointes ou dévisseuse


Etape 14 :

Finitions

Réalisation :

1. Décider des dimensions, forme et aspect désirés

2. Limer, poncer, scier ou graver le mortier si nécessaire

3. Nettoyer les irrégularités (si nécessaire) et poussière crées

4. Vernir, peindre comme voulu.

Matériel:

• Ponceuse

• Ciseau à bois

• Marteau

• Chiffons


• Scie circulaire



• Eviter les coups sur le renfort époxy. De même qu'une pierre, le mortier

époxy se cassera en éclats (de manière incontrôlée)

• Utiliser de préférence ponceuse et scie circulaire électriques

• Passer une couche de peinture ou vernis ignifuge. Cela peut améliorer la

résistance au feu du renfort.

• Eviter les percements dans le mortier époxy.


Résumé de la mise en œuvre du renfort composite pou r about de poutre:

Etape 1:

Caractérisation et description des éléments de la s tructure bois et

plus précisément des éléments à réparer.

Etape 2 :

Assurer la sécurité par un maintien des éléments fa ibles ou à réparer par un étaiement adapté

Etape 3:

Couper la tête de poutre dégradée

Etape 4.

Réaliser des trous inclinés dans la parte saine du bois.

Etape 5.

Nettoyer les trous

Etape 6.

Coffrer la partie de la poutre à reconstituer.

Etape 7.

Couler la résine Epoxy dans les trous où sont logée s les barres de fibres .

Etape 8 .

Introduire les barres de fibres dans les trous

Etape 11.

Coulage du mortier dans le coffrage

Etape 9.

Préparation du mortier

Etape 12.

Araser le mortier Epoxy précédemment coulé dans le coffrage

Etape 13.

Enlever le coffrage

Etape 14.

Finitions

Etape 10.

Préparati on avant coulage


7. Chantier pilote

7.1. Brève présentation du chantier

Type d'ouvrage : Caserio du 16ème siècle.

Ancienne cidrerie hors d'usage depuis le début du siècle dernier.

Ce caserio est classé par le Gouvernement Basque. Il y a donc obligation de

conserver la structure bois intérieure et les façades.

Situation géographique :

Commune: Elorrio

Zone: Vallée Iguria

Carte:


Pour plus d’informations, vous consulter la page Web:

http://www.elorrio.net/html/turismo/localizacion/situacion/default.asp?opcion=loc

alizacion&subopcion=situacion

Description :

Caserio d'environ 300 m2 avec structure extérieure en murs de pierre (grès

d'Igueldo) d'environ 50 cm d'épaisseur.

Façades

La structure intérieure est entièrement en bois, constituée d'un réseau de

poutres, poteaux et renforts en contreventements.


Structure bois intérieure

Le Caserio a été agrandi au siècle dernier. Le toit a été surélevé

(agrandissement des murs extérieurs et ajouts de poteaux pour la structure

bois) et une nouvelle façade principale a été construite devant l'originale.

De l'ancienne façade, seul restent à l'intérieur: les pans de bois du premier

étage et le mur en pierre du RDC.

Le Caserio est inhabité depuis plusieurs décennies et est actuellement en

rénovation pour réaliser deux logements privés.

La structure bois classée par le Gouvernement Basque, est en très mauvais

état mais doit cependant être conservée, d'où l'emploi de méthodes de renforts

composites in-situ.


Compte tenu du planning du chantier, les renforts composites époxy des abouts

de poutre ne pourront être mis en œuvre avant le mois de décembre.

La "Diputacion Foral de Bizkaia", en contact privilégié avec LABEIN, propose

de fournir un chantier permettant également de mettre en œuvre les renforts

composites durant les mois de juillet Août.

7.2. Présentation de la zone d'intervention

Compte tenu du cas d'étude du projet EGUR BERRIA, les renforts composites

seront réalisés sur des abouts de poutres en appui sur les murs extérieurs. Ces

abouts de poutres sont en mauvais état, accusent une perte importante de

section en raison de leur pourrissement, lui-même du à l'humidité du mur

poreux et des insectes présents.

Zones de renforts


La structure bois du caserio souffre aussi d'importantes dégradations (perte de

section) par pourrissement des bases des poteaux supportant le reste de la

structure.

Les modes constructifs de l'époque prévoyaient, en base des poteaux, un socle

en pierre sur le sol, servant de fondation.

La pierre étant poreuse, l'humidité remonte par capillarité jusqu'à contact avec

la base des poteaux, entraînant ainsi le pourrissement du bois et donc une

perte de section. Cette perte de section peut entraîner le péril de l'ensemble de

la structure bois.

Bases de poteaux dégradées

Le projet EGUR BERRIA, compte tenu de son budget et de ses délais n'a pas

permis d'étendre l'étude aux renforts de bases de poteaux, pathologie pourtant

très fréquente. Une suite du projet permettrait de développer des méthodes de

renforts composites in-situ pour tous les types d'éléments de structures bois

(poteaux, poutres, pans de bois, charpentes…).

Dans le cas présent, la structure étant protégée, les poteaux devront être

conservés. Les renforts composites in-situ n'ayant pas encore été étudiés et

diffusés auprès des entreprises de rénovation, les renforts seront réalisés par :

curage du bois dégradé, ajout de profilés métalliques ou pièces de bois… Ceci

engendre une perte d'esthétique et de volume habitable certaine.


8. Diffusion du projet

Le projet EGUR BERRIA est un premier pas vers la démocratisation des

technologies de renforts in situ par composites et pour les structures bois.

Ainsi, la diffusion du projet et de ces résultats se fera auprès des entreprises de

restauration de structures bois mais aussi auprès des architectes, bureaux

d'études…

Le projet EGUR BERRIA, bien qu'étant allé bien au-delà d'une simple étude de

faisabilité, ne permettra qu'une sensibilisation des différents acteurs de la

restauration à ces technologies de renforts permettant la conservation du

patrimoine.

Le chemin vers la démocratisation et l'utilisation courante de ces technologies

est encore long. Les inconnues et le manque d'expérience sont encore

importants, dissuadant les entreprises de restauration à utiliser ces nouvelles

méthodes, les bureaux d'études à les valider ou les architectes à les préconiser.

L'acquisition de compétences en renforts composites dans la restauration bois

chez les entreprises, architectes et bureaux d'études ne sera possible que par

le développement d'un projet complet d'étude permettant de connaître toutes

les données nécessaires de calcul, de mise en œuvre, de rentabilité….


9. Conclusions générales et perspectives de suite

9.1. Conclusions générales : apports du projet EGUR BERRIA

a) Un ensemble de connaissances formalisées pour un procédé innovant

et peu connu :

Un état de l’art complet a permis de regrouper, dans un même document :

� Le recensement et la description sommaire de tous les types de renforts

traditionnels et composites pour les structures bois.

� Les caractéristiques physiques, mécaniques…des essences de bois les

plus utilisées dans la région.

� Un point complet sur la normalisation de la construction bois et des

éléments de renforts traités dans le projet EGUR BERRIA

� Un point sur la bibliographie de la construction bois et des renforts de

structures.

Cet état de l’art, lors de la diffusion du projet, sera une source d’informations

intéressante et complète pour les entreprises de la région et autres intervenants

de la restauration bois.

b) Une acquisition de savoir faire par l’expérience :

Le projet EGUR BERRIA a permis bien plus qu’un premier pas vers la

connaissance générale des nouvelles technologies de renforts par composites

« époxy-barres de fibres »

Au-delà de la connaissance théorique des renforts, basée sur le peu de

documentation disponible à ce sujet, ce projet d’études a en effet permis :

� d’acquérir des méthodes de calculs spécifiques aux renforts

composites

� d’identifier les différents fournisseurs de matériaux nécessaires à la mise

en œuvre des renforts ; les comparer et évaluer la qualité de leurs

produits pour ce type d’applications.

� de réaliser une batterie complète d’essais en laborato ires . Ces

essais avaient pour objectifs de vérifier l’exactitude des méthodes de


calculs, les propriétés des matériaux utilisés et leurs interfaces, les

modes de ruptures…

Les différents essais montrent que les matériaux choisis et les renforts

mis en œuvre ont des caractéristiques mécaniques et physiques tout à

fait en accord avec les nécessités réelles.

� de faire le point sur les difficultés de mise en œuvre de ces renforts,

de définir des règles de bonnes pratiques et des conseils

d’applications, de repérer les erreurs à éviter …

Ainsi, Le projet EGUR BERRIA a permis une acquisition de compétences et

connaissances certaine pour les Centres technologiques NOBATEK et LABEIN,

coordinateurs du projet.

c) Identification et levée des obstacles à la diffu sion de cette technologie :

Les recherches réalisées pour ce projet ont aussi permis de lever les possibles

doutes quant aux blocages dus aux propriétés intellectuelles, à la résistance au

feu, à l’aspect esthétique.

→ Actuellement aucun brevet ne protège l’utilisation des renforts composites

époxy-barres de fibres de verre pour abouts de poutres.

→ La résistance au feu est suffisante pour les divers types de construction

d’habitation.

→ Le renfort composite peut être peint, vernis, moulé, taillé…

Les entreprises de restauration de la région ont en effet besoin d’assurance par

rapport à ces interrogations. Il leur est en effet difficile de lever en raison de leur

manque d’expérience en la matière et la non diffusion d’information des

entreprises spécialisées. Ce point serait à traiter dans le cadre d’une poursuite

du projet.


d) Constitution d’un premier réseau de partenaires qui pourront servir de

base à une future extension de l’opération :

La communication autour du projet et l’intégration d’entreprises de la région

Aquitaine-Euskadi, d’un architecte des bâtiments de France, d’un architecte du

patrimoine, de centres technologiques a déjà permis une première diffusion du

projet dans le monde de la restauration et un premier pas vers l’utilisation de

ces technologies dans la région.

9.2. Perspectives de suite au projet

Le projet EGUR BERRIA est une première étape vers la connaissance, la

diffusion et la démocratisation des renforts composites permettant des

réparations de structures bois in-situ et la conservation de notre patrimoine

historique.

Dans le cadre du fond Commun Aquitaine-Euskadi, le projet EGUR BERRIA

aura démontré l’intérêt de cette approche et aura constitué un premier socle

pour la diffusion de cette technologie.

Une suite du projet serait indispensable pour concrétiser et développer les

premiers acquis et enfin voir apparaître les premières applications de ces

réparations composites par les entreprises de la région.

Objectifs d’une suite du projet :

� Le projet EGUR BERRIA, compte tenu de son planning et de son

budget, n’a permis que l’étude des renforts en abouts de poutres

(pathologies très répandue). Il serait cependant nécessaire d’étendre

l’étude aux autres éléments de structures bois souffrant de pathologies

tels que : les bases de poteaux, les pans de bois en façades, les poutres

en travée…

Les structures de bois anciennes pourront ainsi être conservées en

presque totalité.


� Au-delà de l’objectif « conservation du patrimoine », la question

économique de l’emploi de ces nouvelles technologies se pose. La suite

du projet permettra d’étudier en détails les aspects économiques des

renforts composites par rapport aux renforts traditionnels. Elle permettra

également d’étudier des optimisations de coûts de réparations

composites.

� Ce n’est qu’une fois la diffusion du projet faite auprès de tous les acteurs

de la restauration (architectes, entreprises, bureaux d’études,…), que

l’on pourra envisager l’application réelle et fréquente des renforts

composites et par là, la conservation quasi-totale des structures bois de

notre patrimoine.

Le projet EGUR BERRIA a permis une diffusion des premiers résultats

auprès des participants au projet. La suite des études prévoira une

diffusion complète et finalisée du projet, des expériences ; elle permettra

également :

o l’acceptation de ces nouvelles technologies par les bureaux

d’études (indispensable pour que les entreprises acceptent la

mise en œuvre des réparations)

o la rédaction et la diffusion d’un guide complet de bonnes pratiques

auprès des entreprises de restauration de la région.

o Une sensibilisation des architectes spécialisés en patrimoine et

restauration, souvent décideurs de technologies.

Une seconde phase de ce projet, orientée vers les objectifs décrits ci-dessus,

est aujourd’hui à l’étude.


10. Divers

10.1. Réunions

- La première réunion du comité de pilotage a eu lieu à Bayonne le 31 Janvier

2006 au bureau des ABF.

Cette réunion avait pour but de :

• Introduire et présenter tous les acteurs du projet

• Rappeler les objectifs du projet et de ses différentes étapes

• Faire le point sur l’avancée du projet et planning

• Valider les étapes 3 et 4 du projet

• Commenter les étapes 5, 6 et 7 du projet

• Choisir/valider le chantier pilote et une entreprise locale pouvant être

intégrée au projet pour l’application des procédés de renfort.

• Définir la marche à suivre pour la diffusion du projet

• Intégrer divers commentaires

• Prévoir la prochaine Réunion du Comité de Pilotage

La présentation réalisée lors de cette réunion et le compte rendu de réunion ont

été diffusés auprès des différents acteurs du projet.

Ces documents sont aussi consultables dans les dossiers EGUR BERRIA de

NOBATEK et LABEIN.

- La deuxième réunion du comité de pilotage a eu lieu le 16 Mai 2006 à Bilbao

au sein des locaux du Centre Technologique LABEIN.

Cette réunion avait pour but de :

• Validation des points soulevés lors de la première réunion du 31/01/06

- Tenue au feu

- Propriété intellectuelle

- Coloration

- Divers points techniques


• Faire le point sur l'avancée du projet

• Présenter et commenter les essais en laboratoires sur matériaux

constituant le renfort :

- les matériaux choisis

- les essais de caractérisation et de vérification des matériaux et

interfaces

• Commenter les essais sur poutre en laboratoire

• Présenter le chantier pilote

• Visiter le futur chantier pilote en Biscaye

La présentation réalisée lors de cette réunion et le compte rendu de réunion ont

été diffusés auprès des différents acteurs du projet.

Ces documents sont aussi consultables dans les dossiers EGUR BERRIA de

NOBATEK et LABEIN.

- Une dernière réunion du comité de pilotage est prévue le 19 Septembre 2006

à Bilbao au sein des locaux du centre technologique LABEIN et sur le chantier

pilote.

L'objectif principal de cette réunion est de présenter les renforts mis en place

sur un chantier réel et de les commenter. Les entreprises, architectes et

bureaux d'études désirant participer à cette réunion seront les bienvenus.

10.2. Documents produits

Le projet EGUR BERRIA a permis de rédiger et de diffuser quelques

documents de travail et d'information autour du renfort composite étudié :

• Présentation et compte rendu de la première réunion du comité de

pilotage

• Présentation et compte rendu de la seconde réunion du comité de

pilotage

• Rapport final