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Renforcement métallique d’une poutre peinte du xviie siècle

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Renforcement métallique d’une poutre peinte du xviie siècle

Ce plafond xviie siècle a été fragilisé. Les infiltrations d’eaux pluviales ont probablement causé la rupture partielle de la poutre horizontale (arrière-plan).

© (Docs. TAC.)

Afin de réparer une poutre en chêne richement peinte et moulurée partiellement cassée, un renfort métallique a été inséré par le dessus. Fixé grâce à une résine époxydique, il a rendu à la poutre ses capacités porteuses et participe à la reprise des charges de l’ensemble.

Comment réparer une poutre en chêne du xviie siècle richement peinte et décorée lorsqu’elle est partiellement cassée ? Pour y répondre, la société des Charpentiers de Paris a fait appel à TAC, entreprise spécialisée dans le traitement, la restauration et le renforcement des bois, poutres et structures. À l’origine, les travaux de charpente dans cette copropriété de l’île Saint-Louis à Paris ne concernaient qu’un pied d’arbalétrier dégradé par les attaques d’insectes et les champignons. Or, cet élément de charpente reposait sur une poutre, elle-même partiellement cassée dans sa longueur, et dont la brisure apparaissait en partie basse, c’est-à-dire dans l’appartement de l’étage inférieur. La poutre fait partie d’un plafond du xviie siècle richement peint et ­ouvragé. Afin de préserver ce témoignage du savoir-faire de l’époque, l’entreprise TAC a travaillé avec le bureau d’études Eribois pour déterminer la meilleure solution à mettre en œuvre. L’étude a pris en compte la flèche de la poutre et les charges à reprendre.

Celles-ci sont de deux types : les charges ­permanentes liées au poids propre du plancher, constitué d’un complexe de plâtre, gravats, du futur revêtement de sol, du poids des éléments porteurs, tels que solives, poutres, closoirs et des futures cloisons. L’ensemble a été calculé à 370 daN/m2. Aux charges permanentes s’ajoutaient les charges d’exploitation liées à la fonction du plancher, en l’occurrence du logement, soit 150 kg/m2, selon la norme NFP 06-001.

Un renfort d’acier de 395 kg

À partir de ces éléments, Eribois a pu indiquer les caractéristiques du renfort à mettre en œuvre sur la poutre, en tenant compte des dégradations relevées sur cette dernière, en l’occurrence, sur l’amorce de rupture, de sa localisation, de sa gravité et de la section concernée. Afin de préserver les riches décors de la poutre, la meilleure solution consistait à insérer un profil d’acier par le dessus. Ce dernier étant ensuite maintenu en place grâce à une résine époxydique, dont le coefficient de déformation est proche de celui du chêne. L’entreprise a utilisé le même procédé pour réparer, puis renforcer le pied de charpente endommagé.

Le renfort d’acier a été façonné en atelier à partir de plats laminés répondant à la classification S235, en termes de limite d’élasticité de l’acier. Les plats ont été découpés au plasma, avant d’être grenaillés. Ils ont ensuite été assemblés par poste à souder Métal actif gaz (MAG), ce qui garantit la qualité de la soudure. Le renfort a ainsi été réalisé en sept tronçons, pour être ensuite acheminés sur le chantier. Là, ils ont été assemblés par soudures à l’arc, réalisées en multi­passe pour une meilleure tenue. Le renfort, dont le poids total s’élève à 395 kg, a nécessité la mise en place d’un chevalement avant d’être inséré dans la saignée pratiquée au préalable dans la poutre en chêne.

Avant la réalisation de la saignée, la poutre et les charges de charpente qu’elle reprenait ont été étayées. Des étaiements ont donc été mis en place en sous-face de la poutre, puis au niveau de la charpente pour le temps des travaux. Eribois a déterminé la profondeur de la saignée en fonction de la hauteur du renfort et des dimensions de la poutre. Celle-ci est longue de 750 cm, large de 45 cm et haute de 35 cm. Le renfort de 30 cm ne descendant pas dans toute sa hauteur, la saignée n’a été pratiquée que jusqu’à 24 cm de profondeur, dont 1 cm sert à l’étanchéisation du bois. En effet, afin d’éviter toute fuite de résine avant la polymérisation, la saignée réalisée à la tronçonneuse et aux ciseaux à bois a été étanchée par un mélange de 18 kg de résine et de sciure.

L’aile du renfort, située à 7 cm du dessus de la poutre a ensuite été fixée par ferrure mécanosoudée au pied d’arbalétrier. « La saignée n’était pas nécessaire sur toute la longueur, le dimensionnement de la poutre et la cassure partielle et localisée rendaient inutile la reprise de l’appui sur l’autre extrémité », précise Claude Goyet, chargé d’affaires chez TAC.

La qualité de la polymérisation certifie la tenue

Une fois l’étanchéisation réalisée, le renfort en T a été inséré. Épais de 15 mm, il comporte en partie basse des perforations de 15 mm de diamètre espacées de 500 mm afin d’améliorer la diffusion de la résine époxydique.

Celle-ci a été injectée par des trous d’évents situés en partie basse de la poutre. Des trous ­similaires, pratiqués cette fois en partie haute, ont servi à vérifier le niveau atteint par la résine et à éviter les phénomènes de bullage.

Au total, 67 kg de résine ont été utilisés pour fixer le renfort métallique à la poutre en chêne. Environ 6 heures ont été nécessaires pour l’injection de la résine, suivies ensuite de 18 heures pour la polymérisation. Des échantillons ont été prélevés pendant toute la période de l’injection afin de vérifier la qualité de la polymérisation qui va certifier ensuite la tenue de l’ensemble. Véritables garanties de la qualité des travaux, ces échantillons sont ensuite conservés par le bureau d’études. Le même principe a été utilisé pour réparer et renforcer le pied d’arbalétrier. Une fois que toutes les parties dégradées ou altérées ont été nettoyées, une saignée haute de 1,70 m a été réalisée. Après avoir été étanché avec 5 kg du mélange de résine époxydique et de sciure, un renfort d’axe en acier a été inséré. Là aussi, il a ensuite été fixé par cinq kilos de résine, celle-ci étant injectée de bas en haut.

Un mortier de résine armé a ensuite servi à ­reconstituer les parties abimées.

Ultime étape, les éléments de la poutre ont ensuite été consolidés entre eux. En effet, l’insertion du renfort métallique a exigé de découper les abouts de solives sur 250 mm pour autoriser la mise en place de l’aile de 200 mm de largeur. Afin de prévenir un éventuel écartement des closoirs avec le temps, des ferrures métalliques ont été mises en place tous les 60 cm. Larges de 50 mm, épaisses de 5 mm et longues de 550 mm, elles ont été fixées par le dessus. À chaque fois, la fixation est assurée par deux tirefonds de 8 x 80 mm.

L’ensemble des opérations a duré 17 jours pour un budget trois à quatre fois inférieur au coût du remplacement de la poutre à l’identique. Ce procédé présente surtout l’avantage de conserver la poutre d’origine qui continue à reprendre les charges du plafond et de la charpente. La poutre du xviie a ainsi récupéré ses capacités porteuses. Les travaux ont également permis de la rendre conforme aux normes actuelles.

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°288

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