Brevet FR2011055A1 — publié le 19700227

i 2011055 Dans la construction de maisons à bas prix de revient, divers organes soumis à des contraintes, telles que fermes ou charpentes, sont réalisés en pièces de bois d'oeuvre de dimensions nominales courantes, par exemple 59 x 100, 50 x 150 etc. Dans les 5 charpentes en bois, dont les éléments sont dans un même plan, les pièces de bois sont habituellement assemblées par des plaques de métal à dents qui soij.t noyées dans le bois des éléments assemblés. Des charpentes planes de ce genre sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 3 104 429 et 3 377 905. 10 Dans le brevet français n° 1 54l 840 de la demanderesse est décrit un agencement de plaques de liaison ou goussets destinés à assembler des pièces de bois, et dans lequel une plaque dentée recouvre par sa partie centrale une contreplaque de surface plus faible à perforations que les dents traversent pour pénétrer 15 dans les pièces de bois. Ces contre-plaques servent â accroître les résistances à la tension et au cisaillement de la plaque dentée, dans la zone critique du joint entre les pièces assemblées. A l'époque actuelle où les constructions particulières prennent une grande extension, les bois de qualité élevée tels que sapin 20 du Nord ou pin cembro sont non seulement d'approvisionnement difficile, mais de plus d'un prix quasiment prohibitif à leur utilisation dans les bâtiments de prix peu élevés. La conséquence en est que l'on doit se contenter de bois tendres tels que spruce et sapin de pays. La résistance des sapins et pins de bonne qua- p p 25 lité courante est de 105 kg/cm à la tension et 85 kg/cm à la compression, alors que ces chiffres sont très inférieurs pour le sapin blanc de qualité moyenne. Il est donc nécessaire pour obtenir la résistance voulue des éléments de charpentes en bois tendre, d'accroître leur 30 section transversale d'utilisation, par exemple eh adoptant 50 x 150 au lieu de 50 x 100. Il apparaît que l'augmentation du prix de revient de la charpente, de ce fait, se rapproche de celui des charpentes de bois plus duisde dimensions normales. Par ailleurs les augmentations de poids et de volume résultantes sont 35 dans certains cas inadmissibles. On a donc constaté que l'application de bandes de renforcement dentées, en tôle d'environ 13/10 mm et de préférence de 10/10 mm, longitudinalement sur les pièces de bois, tout au moins sur celles dont les contraintes sont les plus fortesa ae&foît i £AP ORIGINAL * 69 19775 2 2011055 notablement leurs résistances de tension et compression, sans accroître sensiblement leurs dimensions transversales, à bien moindres frais que ceux qui résulteraient de l'utilisation de bois, plus durs ou de sections plus grandes. 5 Si les dents de la bande de renforcement sont totale ment noyées dans le bois* de manière que la surface de la bande soit en contact étroit avec celle du bois, les contraintes de t tension et compression exercée? sur le bois, sont transmises par les dents à la bande* et la cohésion de la bande et de ses dents 10 avec le bois, empêche le flambage de la bande sous compression, de sorte que la.-résistance en compression..jde la tôle est complètement utilisée. En conséquence les pièces de bois tendre bon marché, de dimensions transversales normales peuvent être utilisées puisque 15 la résistance du bois à la fois en tension et compression est effectivement renforcée et devient au moins égale à celle de pièces de bois durs de mênie section transversale. De plus les pièces de bois peuvent être renforcées proportionnellement dans les zones nécessitant une résistance plus élevée, par des bandes addition-£'0 nelles placées cote à cote avec les premières ou superposées. Par exemples dans une ferme à grande portée, l'entrait peut comporter une longue bande de tôle à denture, appliquée sur la plus grande partie de sa longueur-jusqu'au voisinagçâes extrémités, ou tout au moins une bande plus courte appliquée seulement sur la partie cen-25 traie. Les bandes complémentaires-, ou accolées, ne sont pas nécessairement dentées, mais doivent être perforées pour permettre aux dents de bande superposée de pénétrer dans le bois à travers les perforations. Une bande d'acier mince de 11/10 mm en tôle mince d'a-30 cier doux présente sensiblement la même résistance de tension qu'une pièce de bois courant dont l'épaisseur est seize fois plus grande, de sorte que deux bandes de 11/10 mm et de 38 mm de largeur, appliquées à un bois de 50 x 100> équivalent, en accroisse-nent de résistance à la traction* à l'adjonction d'un bois de' 8Qssua 35 de largeur (largeur effective du 50 x 100) et de 25 mm d'épaisseur. La présente' invention a donc pour objet un dispositif économique de.renforcement d'une pièce contrainte en bois, permettant d'augmenter considérablement sa résistance à la traction et à BAD ORIGINAL 69 19775 3 2011055 la compression, sans accroître sensiblement ses dimensions transversales . Le nouveau dispositif comporte l'application sur ladite pièce d'une bande métallique dentée longitudinale, sur au moins la 5 région où la contrainte est maximale. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux eompris à l'aide de la description qui va suivre d'exemples préférés, non limitatifs, de réalisation, et des dessins annexés, sur lesquels : 10 la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une charpente ou poutre composée de bois et de métal, utilisant des bandes de renforcement selon l'invention, appliquées sur ses membrures supérieure* et inférieure; la figure 2 est une vue par le dessous, à échelle agran-15 die et en partie interrompue, montrant les bandes additionnelles, reposant sous les bandes dentées; la figure 3 est une vue en élévation latérale d'une ferme triangulaire en bois, sous l'entrait de laquelle des bandes de renforcement sont appliquées; 20 la figure 4 est une vue analogue d'une ferme dans la quelle les arbalétriers et l'entrait sont constitués de pièces de bois relativement courtes sur lesquelles des bandes de renforcement et d'assemblage sont appliquées; la figure 5 est une coupe transversale à échelle agran-25 die selon la ligne 5-5 de la figure 3 montrant les sections des bandes appliquées; et la figure 6 est une vue éclatée en perspective d'une partie de l'entrait de la figure 5» La charpente plane 10 ou poutre composée des figures 30 1 et 2, comporte des éléments en bois, supérieur 11 et inférieur 12, parallèles. Ces éléments peuvent être des bois d'oeuvre courants tels que de 50 x 100, dont la dimension transversale est placée horizontalement. Les éléments sont assemblés par des contre-fiches diagonales métalliques 13 résistant aux efforts exercés, tout si 35 facilitant l'assemblage de la charpente. Les diagonales 13a, 13b, 13c et 13d comportent chacune une partie de jambe comprise entre les éléments haut et bas et des plaques ou goussets plans 15 à chaque extrémité. Les jambes 14 peu 69 19775 4 2011055 vent être profilées en longueur pour accroître leur rigidité et les parties de jatmbes 14a, 14b, 14c et l4d sont rendues progressivement plus étroites, puisque la contrainte des diagonales aux extrémités d'assise est plus élevée et diminuée en se rapprochant 5 du centre de la portée de charpente. De plus, (figure 1) les diagonales d'une moitié de la charpente peuvent être inclinées à l'inverse de celles de l'autre moitié. Comme indiqué sur la figure 2 les diagonales peuvent être doublées sur l'autre côté de la poutre. Les goussets de charge 15 comportent des perforations 10 correspondant aux dents des plaques de liaison 16 et permettant le passage des dents qui sont noyées dans les côtés des pièces de bois pour les relier. La description détaillée des perforations et dents, non comprises dans l'invention, est donnée dans le brevet français n° 1 542 293 de la demanderesse. 15 Des montants verticaux de bois 17, travaillant en com pression peuvent relier (figure!) les éléments supérieur 11 et inférieur 12, ,entre les plaques 16 de liaison, et ces montants d'écartement peuvent être des bois d'oeuvre de dimensions nominales courantes par exemple 50 x 100. 20 Les bandes de renforcement 20 selon la présente inven tion peuvent être appliquées sur la surface supérieure de l'élément ou membrure haute 11, afin de renforcer en compression, et sur la surface inférieure de l'élément bas pour le renforcer en tension. On voit sur les figures 2 et 6 que les bandes 20 sont des tôles 25 étroites allongées, disposées sur une partie importante, ou mieux la presque totalité des éléments. Ces tôles sont de préférence en acier laminé àchaud d'épaisseur 11/10 mm. Ces bandes 20 comprennent des dents disposées en rangées sur toute leur longueur. Deux rangées 21 sont représentées, mais 30 une ou plusieurs autres rangées peuvent être ajoutées. La forme de ces dents 21 pa«&. varier, la forme représentée étant préférée; dans celle-ci les dents sont refoulées à -partir de la partie plane de la bande par paires opposées en dégageant des ouvertures 22. Chaque • dent comporte une base relativement large. 23 et une pointe effilée 35 24. L'un des bords comporte une partie inclinée 25 raccordant la base et la pointe. Ces dents sont préférajplement de même forme que celles des plaques de liaisons de plus amples détails sont donnés dans le brevet français n° 1 542 293 déjà cité» BAD ORIGINAL 69 19775 5 2011055 On voit sur la figure 2 que l'élément de bois 12 est muni de deux bandes 20 qui sont appliquées côte à côte à la surface inférieure. Ces bandes peuvent avoir une largeur de 38mm, l'élément étant un bois courant dit de 50 x 100, dont la dimension tx>ansver-5 sale la plus grande (80 mm) est horizontale ou inclinée. Les bords extérieurs des deux bandes 20 peuvent affleurer les côtés de l'élément de bois, en laissant un intervalle de 3mni environ entre elles. Une bande unique 20, appliquée sur le côté étroit de l'élément 26 de 50 x 100 (figures 5 et 6), couvrira approximativement l'en-10 tiëre largeur de sa surface. Afin de renforcer les éléments de bois progressivement, la résistance maximale étant obtenue dans les zones à contraintes plus élevées, une ou plusieurs bandes supplémentaires 27, avantageusement de même largeur que les bandes 20 mais mains longues, peuvent 15 être intercalées sous les bandes 20. Ces bandes 27 comportent deux rangées de truus 28, répartis longitudinalement par deux, afin de correspondre aux paires de dents 21. Les trous, ou perforations, 28 représentés sont circulaires, mais leurs formes peuvent varier de manière cependant à permettre à la base 23 des dents 20 21 d'y pénétrer complètement et de mettre la surface de bande 20 au contact de celle de la bande 27 (figure 5). Le contact ou adaptation des trous 28 et des dents 21 doit être assez étroit pour bloquer les plaques perforées, afin d'éviter leur déplacement latéral. Ce contact étroit protège les dents contre la flexion pou-25 vant survenir lorsque les bois sont soumis à des efforts, et la fixation obtenue par les dents est ainsi améliorée» Les parties centrales des éléments 11 et 12 (figures 1 et 2), qui constituent la partie centrale de la portée de la poutre et sont donc soumises aux contraintes les plus élevées, sont 30 munies de deux bandes perforées 27a et 27b disposées sous les bandes dentées 20. Les bandes 27a sont plus courtes et portent sur la partie centrale des éléments, et les bandes 27b recouvrent les bandes 27a et dépassent l#urs extrémités, leur prolongement étant au contact des éléments. Les bandes 20 à denture recouvrent 35 les bandes perforées 27b, dépassent leurs extrémités et leur prolongement est au contact des éléments en bois. \ SAP ORIGNAL 1 69 19775 6 2011055 Avec les dents 21 de 9»5mm de longueur et les deux bandes de 11/10 séparées, 20 à denture et 27 à trous, on ne doit pas appliquer plus de deux bandes 27# afin d'obtenir une pénétration suffisante des dents dans le bois assurant une fixation effective, Naturellement, l'utilisation de dents plus longues permet 5 celle d'un nombre plus élevé de bandes 27- Par ailleurs une capacité de fixation plus élevée peut être obtenue en munissant de dents les bandes perforées. En conséquence, lorsque les éléments en bois sont soumis à des contraintes, les bandes d'acier 20 et 27 augmentent leur ré-10 sistance, sans accroissement sensible des dimensions transversales, et le coefficient de renforcement est réparti progressivement sur la longueur dÉlément, en fonction de la progression das efforts; c'est-à-dire que le renforcement le plus' élevé est appliqué dans la région des plus grands efforts. Il est évident que le nombre, la 15 longueur et l'emplacement des bandes de renforcement dépendent de la longueur et de la résistance des organes en bois contraints et de la valeur et la nature des charges auxquelles ils sont soumis. Les bandes perfectionnées de renforcement assurent ainsi une grande souplesse d'adaptation dans un champ étendu de ces conditions. 20 Une bande d'acier de 11/10 et 38mm de largeur équivaut en résistance de traction à un élément de sapin ou de pin de qualité moyenne dont la surface de section est approximativement égale à seize fois celle de la bande? c'est ainsi que deux rangées de trois bandes d'acier,, comme celles des figures 1 et 2, sont équiva- 2 25 lentes en tension à 42,5 cm de bois, ce qui est supérieur à une pièce de bois dite de 50 x 100 dont la section réelle est 38 cm environ. On verra, d'après l'exemple qui suit, que l'utilisation du nouveau dispositif de renforcement peut accroître substantielle-30 ment la portée effective des charpentes. C'est ainsi que la poutre renforcée 10 de profondeur correspondant à la figure 1, peut être utilisée sur une portée plus grande que la même poutre non équipés dé bandes, ou, si 11 encombrement en hauteur est en 4«!fe«Beme une condition impérative de l'étude, les bandes de renforcement permet-35 tent de réaliser une poutre moins haute que celles déterminées antérieurement . gAO ORIGINAL. 69 19775 7 2011055 Des bandes de dimensions données en exemple ci-dessus,' qu'elles soient dentées ou simplement d'appui, présentent une ré- p sistance calculée de 90 kg/cm environ à la traction. Eiï- conséquence avec les 'deux rangées de trois bandes, dont deux d'appui et une £ à denture, fixées à la partie de l'élément inférieur 12 qui' recouvre le vide central A, cette partie augmente sa résistance à la Q , ; traction d'environ 530 kg/cm . La hauteur dès montants 17 de dom- ■ pression peut ainsi être réduite comparativement à des éléments identiques d'une charpente ne comportant pas des bandes de renfor-cernent. * De ce fait la hauteur des montants 17 peut être réduite, au moins au point pour lequel la contrainte,' exercée dans la partie centrale du vide central A de l'élément 12, n'excède pas lsf r^sis- • tance présentée par l'élément en combinaison avec les bandes de ren-,15 • forcement. Par des procédés fondamentaux d'analyse, on peut calcur . '1er la contrainte exercée dans l'élément 12 recouvrant les avides ■ ou intervalles successifs vers le support S (contrainte qui: est . progressivement moindre que celle de la partie d'élément recou- 20 vrant le vide central A) jusqu'à ce que l'on constate que les -bandes d'appui 27a peuvent être supprimées. Comme représenté sur la figure 1, le calcul a pu indiquer que les bandes d'appui 27a ne . sont plus indispensables dans le vide C, et les bandes 27a sont donc arrêtéesdans ce vide immédiatement à gauche de la plaque 15c. 25 ■ Un calcul analogue détermine le point auquel la bande d'appui 27b peut être arrêtée dans le vide D, comme représenté. Des conditions additionnelles peuvent être évaluées* , pour la détermination de la fin des bandes dentées 20. La nécessité de supporter l'effort de tension de l'élément inférieur au-delà de •30 l'extrémité de la bande d'appui 27b doit être calculée en premier . lieu. On- doit ensuite déterminer le nombre de dents nécessaire pour effectuer le transfert de charge entre l'élément 12 en bois et les bandes de renfort. ' Des essais prolongés ont permis de déterminer que la •- i '35 valeur déterminée convenant au transfert de charge par des dents du genre décrit est approximativement 46 kg par dent. On doit donc ■ calculer le nombre total de dents nécessaire pour transmettre le . maximum de contrainte aux deux bandes d'appui et à une bandé dentée g ad original 19775 8 2011055 dans chaque rangée et donner une longueur suffisante aux bandes dentées pour avoir le nombre de dents nécessaires au transfert de cette charge. Les bandes dentées 20 du genre décrit ci-dessus ont avantageusement quatre dents par 25 mm de longueur. De plus, 5 le calcul doit tenir compte du nombre de dents nécessaire au transfert de charge dans le dernier vide correspondant aux bandes à utiliser. A titre d'exemple, si la charge portée par les bandes 27a, 27b et 20, fixées à la partie de l'élément inférieur recou-10 vrant le vide central A, nécessite un nombre de dents tel que les bandes 20 recouvrent le vide D jusqu'au point 30, et si cette partie nécessite un renforcement, les bandes dentées 20 doivent dépasser le vide D sur une distance suffisante pour transférer la charge dans ce vide de l'élément 12. Les bandes dentées 20 iront alors, 15 comme indiqué, jusqu'au point 31 du vide E. Inversement, si la longueur de bandes dentées 20 nécessaire pour transférer la charge des bandes 27a, 27b et 20 à travers le vide A, atteint le point 31* les bandes 20 doivent alors dépasser le point 31, même si cette partie de l'élément 12 recou-20 vrant le vide D ne nécessite pas de renforcement. Un arrangement analogue d'une bande dentée 20', recouvrant une bande d'appui 27a est appliqué à l'élément inférieur ou entrait 26 d'une ferme en treillis (figure 3).pour en augmenter la résistance en tension. Les éléments supérieurs ou arbalétriers 25 34 sont reliés à l'entrait. Les arbalétriers 34 sont reliés à l'entrait aux points d'assemblage par des plaques dentées 35, analogues aux plaques 16 de la figure 1, et les contre-fiches 36 et 37 sont également reliées aux éléments par des plaques dentées analogues 38, 39 et 40. 30 II est clair que,lorsque les contraintes sont faibles,des bandes de renforcement 20. seules suffisent pour renforcer un organe en bois contraint, sans nécessiter des bandes perforées sous-jacentes. D'ailleurs une ou plusieurs bandes.de renforcement peuvent être appliquées à un élément précontraint en bois pour assurer cette précon-35 trainte jusqu'à la mise sous charge, et ainsi accroître davantage sa résistance. 3AD ORIGINAL 69 19775 9 2011055 Comme indiqué sur la figure 4, une ferme ou poutre peut être construite en éléments de courtes longueurs assemblés en bouts à l'aide de bandes de renforcement en acier. La ferme de la figure 4 peut comporter un arbalétrier composé d'éléments 42 et 43 et un 5 entrait composé d'éléments 44 et 45. La contre-fiche en bois 46 est reliée à l'élément 43 d'arbalétrier et à l'élément 44 de l'entrait par des plaques dentées 47 et 48, et une contre-fiche métallique 49* à ondulations longitudinales (analogue à celles 13 de la figure l) est reliée à l'élément 44 et à l'élément 43 à la pointe de 10 la ferme par des plaques dentées de recouvrement, 50 et 51 respectivement. Une contre-fiche métallique 49' de l'autre côté de la fer me est assemblée du côté opposé de l'assemblage du sommet. Une bande métallique dentée 52 de renforcement est incrustée aux éléments 44 et 45 de l'entrait, selon toute sa longueur, 15 pour les assembler et renforcer l'entrait à la traction. De manière analogue-, une bande dentée de renforcement 53 est incrustée aux élé ments 44 et 43 d'arbalétrier, selon toute sa longueur, pour relier ces éléments et renforcer l'ensemble à la compression. La bande 52, afin de faciliter l'assemblage de la charpente, peut être appliquée 20 à la surface supérieure de l'entrait et la bande 53 appliquée à la surface inférieure de l'arbalétrier. Des plaques dentées courtes 54 et 55 sont avantageusement appliquées auc joints des éléments 42 et 43 et des éléments 44 et 45# respectivement, pour assurer l'alignement des éléments reliés. 25 Si nécessaire, une ou plusieurs bandes perforées peuvent être appliquées sous l'une ou les deux bandes 52 et 53, dans les parties de membrures soumises aux contraintes les plus élevées. On voit donc que les bandes métalliques perfectionnées de renforcement constituent un dispositif d'application rapide et 30 facile, permettant d'accroître la résistance en compression et trae tion d'éléments contraints en bois, sans augmentation appréciable des dimensions transversales des membrures, ainsi que pour les renforcer dans les zones soumises aux contraintes les plus élevées. Ls nouveau dispositif accroît le facteur de sécurité des membrures en 35 bois sous contrainte et contribue à diminuer leur flexion en charge Par ailleurs, le nouveau dispositif peut être appliqué à des membru res en toutes autres matières, dont les caractéristiques sont anale gues à celle du bois- 19775 10 20T1055 En d'autres termes, les bandes métalliques de renforcement constituent un nouveau dispositif mécanique d'accrochage de membrures en bois en position de repos, permettant au bois d'être allongé avec le métal, lorsque la charge est appliquée, par exemple dans le cas d'une poutre. 69 19775 ii 2011055 REVENDICATIONS 1 - Une charpente en bois comportant au moins une membrure allongée en bois soumise à des contraintes de fibres, caractérisée par au moins une bande métallique de renforcement disposée longi-tudinalement sur une partie importante de cette membrure et coin- 5 portant un élément plat muni de dents en saillie, sensiblement perpendiculaires sur toute sa longueur et noyées dans ladite membrure, ledit élément plat étant en contact avec la surface de celle-ci. 2 - Une charpente selon la revendication 1 dans laquelle la-10 dite bande a une épaisseur de l'ordre de 13/10 mm. 3 - Une charpente selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ladite surface est la surface supérieure de la membrure . 4 - Une charpente selon l'une des revendications 1 ou 2, 15 dans laquelle ladite surface est la surface inférieure de la membrure . 5 - Une charpente selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle deux bandes de renforcement sont appliquées côte à côte sur une surface de ladite membrure. 20 6 - Une charpente selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle au moins une bande à perforation de longueur inférieure à ladite bande dentée est intercalée entre ladite membrure et cette bande dentée longitudinalement sur sa partie médiane, les dents traversant lesdites perforations. 25 7 - Une charpente selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle ladite membrure est en état de précontrainte lorsque ladite bande métallique de renforcement est appliquée. BAD