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Une solution de génie : perspective structurale de la maison Macdonell-Williamson

Nouvelles et anciennes poutres prêtes pour l’insertion de plaques en acier de renforcement

Les bâtiments et l'architecture

Date de publication : déc. 05, 2014

Photo : Nouvelles et anciennes poutres prêtes pour l’insertion de plaques en acier de renforcement

Pour les ingénieurs de chez Quinn Dressel Associates, la réhabilitation structurale de la maison Macdonell-Williamson a constitué une formidable occasion de contribuer à la préservation d’un pan de l’histoire canadienne.

Au fil des ans, la maison a été altérée par ses différents propriétaires, qui ont ajouté certains éléments et en ont détruit d’autres. Pendant un temps, elle est également restée inoccupée, à la merci des éléments. Conséquence à la fois de la transformation et de la négligence, le cheminement des charges de la structure originelle a changé depuis l’époque de sa construction. (Le cheminement des charges est le chemin descendant qu’emprunte naturellement le poids des étages, de la neige, du toit, des murs et des occupants à travers les solives, les poutres, les colonnes et les murs, pour finir par arriver jusqu’aux fondations et se disperser dans la terre.)

La maison à étage se compose de robustes fondations et murs extérieurs de pierre, de cheminées en brique et en pierre, et d’imposantes poutres de bois d’œuvre mesurant jusqu’à 13 mètres (43 pieds) de long. Lorsque la maison appartenait aux Williamson, la cheminée ouest, qui soutenait l’étage et une partie du toit, a été enlevée. Par conséquent, l’étage s’est affaissé au fil du temps, provoquant dans le mur de plâtre des fissures de cisaillement diagonales qui sont toujours visibles aujourd’hui.

Avec le retrait de la cheminée, le cheminement des charges a changé et ces dernières ont emprunté un itinéraire de substitution, le long d’un mur de séparation jusqu’aux solives du rez-de-chaussée, qui sont assemblées avec un chevêtre soutenu par le mur de fondation. Ce chevêtre, qui n’était pas censé porter les charges de l’étage ou du toit, subissait une telle contrainte que la flexion et la rotation de la poutre sont devenues nettement visibles.

En 1994, le bureau Restoration Engineering, de Brockville, a recommandé que de nouvelles poutres et colonnes en acier soient installées afin de soutenir l’étage qui s’affaissait, mais le chevêtre essentiel qui se trouvait en dessous avait déjà été endommagé. En 2012, les murs temporaires préconisés par le bureau d’ingénieurs James Knight & Associates ont été mis en place pour compenser l’insuffisance de soutien de certaines parties du rez-de-chaussée en raison du chevêtre surchargé.

Un certain nombre de solutions ont été envisagées pour enrayer les charges additionnelles imposées aux poutres de bois d’œuvre du rez-de-chaussée. Dans l’idéal, le remplacement des poutres d’origine détériorées par de nouvelles poutres de taille et de coupe appropriées aurait été la solution la plus simple pour restaurer la pleine capacité structurale du bâtiment. Mais le désir de préserver la structure originelle de l’édifice excluait ce type d’intervention. Une autre stratégie répandue de réhabilitation consiste à boulonner des plaques d’acier sur les côtés des poutres de bois d’œuvre. Cependant, les sous-faces des poutres du rez-de-chaussée de la maison Mcdonell-Williamson, qui sont apparentes au sous-sol, présentent une particularité unique : elles possèdent un bourrelet de bordure ciselé à la main. Dans le but de préserver cette caractéristique patrimoniale unique, une autre méthode a été retenue : le système Wood Epoxy Reinforcement (WER), consistant à armer le bois à l’aide de résine époxy.

Le système WER nous permet de dissimuler le matériau d’armature dans le corps du bois existant en vue de créer une pièce de charpente composite de résistance suffisante. Divers matériaux d’armature peuvent être employés : la fibre de carbone, la fibre de verre, ou, dans le cas présent, l’acier. Pour mettre en place l’acier dissimulé, la surface de l’ancienne poutre a été exposée en retirant les planches du plancher au-dessus. Pendant qu’on procédait à son armature, l’ancienne poutre était temporairement soutenue par le dessous. Une fente précise et étroite a été creusée dans le haut de l’ancienne poutre à l’aide d’une toupilleuse électrique. Puis une plaque d’armature en acier a été insérée dans la fente, accompagnée de résine époxy liquide.

Le système WER peut également être employé pour rallonger une poutre existante en utilisant l’armature pour joindre deux longueurs de poutre séparées. Dans la plupart des cas, il présente l’avantage supplémentaire d’empêcher toute nouvelle détérioration du bois par des champignons, des insectes ou d’autres agents.

En outre, la résine époxy liquide injectée dans le bois a la propriété de combler facilement les interstices et les cavités irrégulières. La résine époxy fixe la plaque d’acier au bois tout en servant d’enduit pour en remplacer les parties décomposées ou manquantes. Au final, le processus améliore la résistance du nouvel assemblage.

La maison Macdonell-Williamson a vraiment bénéficié de travaux de restauration de pointe au fil des ans. Une charpente métallique compense désormais l’absence d’une cheminée tandis que l’armature WER dissimulée réachemine les charges et augmente la portance tout en conservant autant de poutres originelles que possible. Ces travaux permettront à la maison de durer plus longtemps et préserveront l’édifice patrimonial pour les générations futures.

Coupe de la maison Macdonell-Williamson. Cette image vous permet de visualiser le cheminement des charges par les murs et planchers

Photo: Coupe de la maison Macdonell-Williamson. Cette image vous permet de visualiser le cheminement des charges par les murs et planchers

Fentes creusées dans d’anciennes poutres à l’aide d’une toupilleuse électrique à guidage de précision

Photo: Fentes creusées dans d’anciennes poutres à l’aide d’une toupilleuse électrique à guidage de précision