Brevet FR2039439A1 — publié le 19710115

La présente invention concerne des poutres stratifiées précontraintes constituées par des feuilles ou strates de bois et de métal; elle concerne également un procédé pour la fabrication de telles poutres. 5 Le bois est un matériau susceptible de résister à des efforts de compression importants, mais seulement à de faibles efforts de traction. Lorsque des poutres de bois sont utilisées dans un bâtiment. ou autre structure, par exemple des combles de toit à double pente, elles sont soumises à des efforts de traction par les 10 charges de flexion.Compte tenu de la résistance limitée, de telles poutres de bois à la traction,, il est donc nécessaire de leur donner des dimensions importantes pour qu'il ne se produise qu'un faible effort de traction lors de leur fléchissement. La présente invention se propose de fournir des poutres compo-15 sées principalement de bois# susceptibles de résister à des charges de flexion relativement élevées et dont les dimensions sont avantageusement comparables avec celles des poutres entièrement en bois, quant à leur aptitude à supporter les charges. Selon la présente invention, une poutre stratifiée verticale-20 ment précontrainte constituée par dès feuilles de bois et de métal comprend une feuille de bois verticale ayant une surface verticale dans son ensemble/ et courbée à force de part et d'autre de son plan neutre horizontal dans son ensemble et une feuille de métal disposée dans un plan vertical dans son ensemble et fixée à la 25 surface verticale de la feuille de bois. La feuille de métal maintient la feuille de bois dans son état courbé précontraint. Plusieurs éléments de telles poutres peuvent être réunis entre eux en vue de constituer une poutre plus grande.. La feuille métallique comporte de préférence des éléments de 30 fixation intégrés qui pénètrent dans la feuille de bois en vue de fixer ces feuilles l'une à l'autre. Selon le procédé de l'invention, des forces de flexion sont appliquées à une feuille de bois dans des directions opposées à celles des forces prévues pour son incorporation dans un ensemble, 35 de manière telle que des feuilles soient énergiquement courbées de part et d'autre d'un plan neutre dans son ensemble. Une feuille de métal verticale est fixée à la feuille de bois courbée.Lorsque la feuille de métal cesse d'être soumise aux efforts extérieurs, elle maintient la feuille de bois dans son état précontraint. Se-40 Ion une caractéristique du procédé, on peut appliquer une force de 70 14880 2 2039439 traction à la feuille de métal en vue d'accroître 1a- précontrainte de la poutre unitaire terminée. Les poutres construites selon l'invention ont une capacité de charge accrue par rapport à celle des poutres uniquement en bois ayant sensiblement les mêmes dimensions. 5 ■ On a décrit ci-après divers exemples de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels : Figure 1 est une vue latérale en élévation d'une poutre stratifiée montrant les efforts qui lui sont appliqués. . Figure 2 est une vue latérale partielle avec des parties 10 arrachées,- d'une poutre constituée par deux poutres individuelles selon la figure 1. Figure 3 est une vue en perspective éclatée d'une partie de la poutre de figure 2,. représentant un procédé pourfixer entre elles les poutres individuelles., 15 Figure 4 est* une-vue èn perspective de l'extrémité de la poutre de figure 2, Figure 5 est une vue lL.téralê.£tvec arrachement partiel d'une partie d'une poutrë constituée de plusieurs poutres individuelles selon une variante de l'invention. 20 Figure 6 est unè vue en perspective éclatée d'une partie de la poutre de figure 5. Figure 7"'est une vue en perspective d'une partie d'extrémité de la poutre de figure 5• -Figure 8 est une vue en perspective éclatée d'une va-25 riante de la poutre individuelle selon l'invention. Figure. 9 est une vue en perspective d'une feuille métallique. • . " • • Figure 10 est une vue d'en haut éclatée de la poutre de figure 8. ■ 30 Figure 11 est une. vue en coupe transversale de la poutre de figure 8. Figure 12 est une vue en perspective éclatée d'une autre ■ forme de réalisation de l'invention. ■ Figure 13 est une vue en perspective d'une partie d'une 35 feuille métallique.. Figure 14 est une vue en coupe transversale de la poutre de figure 12» . Dans les divers exemples donnés de l'invention, les feuilles de bois sont mises en place avec une courbure ou flexion en 40 sens inverse, de celle correspondant à la flexion qui doit leur 70 14880 j 2039439 être imposée par la charge après leur incorporation dans un ensemble. Dans les dites réalisations, les feuilles métalliques sont fixées aux, feuilles de bois alors que celles-ci sont dans leur état de courbure ou flexion. 5 Lès feuilles métalliques peuvent d'ailleurs être soumises à une mise en tension de leurs extrémités avant leur fixation aux feuilles de bois. Le produit stratifié obtenu possède alors une précontrainte supérieure à celle du procédé stratifié obtenu à "partir uniquement de feuilles de bois précontraintes. Par ailleurs, 1G il est possible d'obtenir une poutre de plus grande résistance en augmentant le nombre des feuilles de bois et de métal. On utilise de préférence des moyens de fixation obtenus directement par découpage, cambrage et/ou poinçonnage de la feuille de métal, en vue d'acGroître la vitesse et le rendement de la fabrication. L'utili-^5 sation de tels moyens de fixation solidaires de la feuille métallique présente en outre, l'avantage d'augmenter la résistance d'ensemble çles poutres stratifiées. Dans tous les modes de réalisation représentés, toutes les feuilles de bois ont été soumises à des efforts de flexion tels 20 qu'indiqués en figure 1, et la partie inférieure des feuilles métalliques a été soumise à une mise en tension par des efforts également comme indiqué en figure 1. Après avoir été ainsi précontraintes, toutes les feuilles sont déplacées l'une contre l'autre en étant soumises à des forces de compression comme représenté à 25 la figure 10. Après avoir été précontraintes et pressées l'une contre l'autre, les feuilles de métal et de bois sont maintenues en adjacence par des moyens de fixation ajoutés et/ou issus des feuilles de métal dont ils font alors partie intégrante. Après une telle fixation, 30 toutes les parties métalliques faisant saillie sont coupées à fleur des feuilles de bois, achevant ainsi la réalisation de la poutre stratifiée précontrainte en bois et métal. Dans la poutre précontrainte 20 des figures 2, 3 et 4, une feuille métallique 22 est disposée avec une dourbure (voir figure 35 1) en sens inverse dé celle correspondant à la flexion qu'elle subira une fois incorporée dans une structure en charpente d'ensemble. A la figure 1, les lettres W B F correspondent aux forces de flexion d.u bois. Une feuille métallique 24 adjacente à la feuille de bois 22 et ayant sensiblement la'même étendue que celle-ci est disposée ét soumise à une mise en tension à la partie infé 70 14880 4 2039439 rieure de chacune de ses extrémités par des efforts M.T.E. (figure 1) sans ledit état de précontrainte, la feuille de bois 22 et la feuille de métal 24- sont pressées l'une contre l'autre par des forces telles que représentées en figure 10 et fixées l'une à l1-5 autre par des clous 26 (figures 2 et 3) ou par des vis non représentées. Cette paire de feuilles est doublée de la même manière en utilisan^La feuille de bois 28 et la feuille de métal 30.Chaque paire peut être utilisée comme une poutre indépendante, mais il 10 est préférable qu'une paire soit tournée bout pour bout et que les deux paires soient ensuite rapprochées et fixées l'une à l'autre par des boulons de serrage 32 et des écrous 34, ces boulons •traversant des trous 36, de préférence en laissant les surfaces bois apparentes comme on le voit à la figure 4. 15 La poutre précontrainte 40 des figures 5» 6 et 7 est fabri quée de la même manière que la poutre 20 figure 2. Toutefois, au lieu d'utiliser des feuilles de métal de même étendue que les feuilles de bois, on utilise des bandes de métal supérieures 4-2, 46 et inférieures 44, 48 qui peuvent, si on le désire, être sou-20 mises à une mise en tension préliminaire et que l'on dispose dans les emplacements ou zones d'efforts effectifs ou critiques au-dessus et au-dessous du plan neutre de la poutre résultante, ces bandes se trouvant espacées au-dessus et au-dessous de ce plan neutre. 25 La poutre précontrainte 52des figures 8,9,10 et 11 comprend des feuilles de bois 22 et 28 et' une feuille de métal 56.Des moyens de fixation 54 analogues à des clous et qui font partie intégrante de la feuille 56 s'étendent alternativement dans des directions opposées à partir de cette feuille 56.La feuille de métal 56 est sou-30 mise à une traction à la partie inférieure de chacune.de ses extrémités.Au voisinage de chacun de leurs bords,les feuilles de bois 22, 28 sont mises en flexion opposée à celle qu'elles subiront une fois incorporées dans un ensemble de charpente .Après avoir été ainsi précontrainte s comme 1 ' indiquent le s flèche s de direction de s force s de 35 figure l,ces feuilles de métal et de bois sont pressées l'une contre l'autre comme représenté par les flèches de direction de s forces de figure 1C. Pendant cette compression,les moyens de fixation 54-pénètrent dans les feuilles de bois et maintiennent donc ensuite assemblées les éléments constituant la poutre précontrainte 52. 40 La poutre précontrainte 60 représentée aux figures 12,13 et 70 14880 5 2039439 14 est fabriquée selon un procédé similaire à celui mis en oeuvre pour la poutre 52 des figures 8, 9.» 10 et 11. Toutefois, au lieu d'utiliser une feuille de métal 56 ayant même étendue, que les feuilles de bois, on utilise une feuille de métal supérieure 62 et 5 une feuille de métal inférieure 64, qui peuvent au besoin êtrè précontraintes, dans les zones ou emplacements d'efforts effectifs ou critiques au-dessus et au-dessous du plan neutre de la poutre résultante 60. Pour bénéficier au mieux de la précontrainte des feuilles, 10 toutes les feuilles de bois sont de préférence soumises à des couples de flexion opposés à ceux auxquels la poutre sera soumise lorsqu'elle sera incorporée dans un ensemble. Une poutre est donc soumise à une force appliquée en son centre le long de sa partie inférieure et à deux forces appliquées respectivement à chacune de 15 Ses extrémités, en directions opposées , à sa partie supérieure. Un tel couple de flexion est maintenu jusqu'à fixation d'une feuille de métal sous compression. -Pour profiter au mieux de la précontrainte, des ;feuilles inférieures -de métal sont de préférence soumises à des forces de 20 tension appliquées dans le sens de la longueur. Cette tension est maintenue jusqu'à achèvement de; la fixation des feuilles de bois par application d'une compression. La fixation peut être effectuée à la manière usuelle au moyen de clous, vis et/ou boulons. De préférence, des moyens, de fixation 25 semblables à des. clous sont tirés des feuilles de métal dont ils continuent de faire partie. Comme il aété indiqué dans la description des exemples, le but essentiel de; l'invention èét-de combiner le bois et le métal en-vue d'obtenir la sommation et/ou l'intégration de leurs proprié-30 tés avantageuses. La précontrainte appliquée aux feuilles respectives peut varier selon les résistances requises par rapport à l'ensemble de la construction. On appliquera en général la précontrainte maximale comportant, d'une part, l'application à chaque feuille de bois de forces de flexion opposées à celles que subira 35 ia poutre stratifiée mise en place et, d'autre part, l'application de forces de traction à une feuille inférieure de métal ou à la partie inférieure' d'une feuille de métal de manière à mettre cette feuille en tension lors de sa fixation entre d'autres feuilles par application d'une compression. 40 . Dans tous les cas, la fixation permanente est obtenue commo 70 14880 g 2039439 dément, les moyens de fixatidn étant de préférence empruntés en totalité ou en partie aux feuilles métalliques. La fixation par clous, vis, boulons et écrous convient souvent, mais une plus grande résistance est obtenue en utilisant des liants fluides. 5 Même avec de tels liants, les retards de fabrication qui tenaient antérieurement aux délais de prise et/ou de cuisson desdits liants sont généralement supprimés. La souplesse permanente du programme de fabrication permet en tout cas de satisfaire les différentes exigences concernant 10 les dimensions, la résistance et 1',aspect des poutres. L'aspect des parties extérieures de la poutre est en général celui du grain du bois, mais lorsqu'un utilisateur préfère que cet aspect soit celui d'une surface métallique, satisfaction peut lui être donnée sans difficulté. 15 Comme on le voit en figure 1, il n'est pas nécessaire que les feuilles métalliques aient la même étendue que les feuilles de bois. En fait, il est préférable que la feuille de métal soit plus courte que la feuille de bois de manière à faciliter la jonction des poutres ou leur support par des montants lors de la cons-20 truction d'une charpente. 70 14880 7 2039439 REVENDICATIONS 1 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte en bois et métal comprenant une feuille de bois verticale ayant dans son easemble une surface verticale et qui est fléchie à force de part 5 et d'autre de son plan neutre horizontal dans l'ensemble et une feuille de métal disposée dans un plan généralement vertical dans son ensemble et fixée à la surface verticale de la feuille de bois verticale soumise à flexion de manière à maintenir celle-ci dans son/fléchi précontraint. 10 2 - Poutre stratifiée verticalement précontrainté, selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens de fixation séparés sont utilisés pour fixer les lames verticales l'une à l'autre. 3 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte, selon la 15 revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de fixation^ parties intégrantes de la feuille de métal^ fixent les feuilles verticales l'une à l'autre. 4 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la feuille de bois ver- 20 ticale est dans son ensemble rectangulaire en coupe transversale et en élévation. 5 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte, selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisée en ce que la feuille de métal verticale est dans son ensemble rectangulaire en coupe 25 transversale et en élévation. 6 - Poutre constituée par plusieurs poutres individuelles stratifiées verticalement précontraintes, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dites poutres individuelles stratifiées précontraintes sont assemblées entre elles pour former la 30 poutre composée. 7 - Poutre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les feuilles de métal sont dispesées l'une contre l'autre de manière à exposer à la vue les surfaces bois de la poutre. 8 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte selon la 35 revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de métal verticale est soumise à une tension longitudinale préliminaire.. 9 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte selon la revendication 8, caractérisé en ce que la feuille de métal est soumise à une tension préliminaire le long de sa tranche infé- 40 rieure. 70 5 10 15 20 25 30 35 40 14880 8 2039439 10 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte, selon l'une quelconque des revendications 1, 8 et 9j caractérisée en ce que la feuille de métal verticale est remplacée par des bandes de métal supérieure et inférieure espacées au-dessus et au-dessous dudit plan neutre. 11 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte selon la revendication 1, comprenant en outre une seconde feuille de bois verticale espacée'horizontalement de la première feuille de bois et qui est énergiquement courbée de part et d'autre de son plan neutre horizontal dans son ensemble et caractérisée en ce que la feuille de métal verticale est disposée entre les dites feuilles de bois et présente des éléments saillants analogues à des clous qui en forment parties intégrantes et qui s'étendent dans deux sens opposés dans les feuilles de bois verticales de manière à les maintenir de chaque côté dans leurs états précontraints respectifs. 12 - Poutre stratifiée verticalement précontrainte selon la revendication 11, caractérisée en ce que la feuille de métal verticale est remplacée par des bandes supérieure et inférieure espacées au-dessus et au-dessous desdits plans neutres. 13 - Procédé de fabrication d'une poutre stratifiée verticalement précontrainte constituée par des feuilles de bois et de métal caractérisé en ce que':. a) on applique à une feuille de bois des efforts dans des directions opposées à celles dans lesquelles des efforts seront appliqués à cette feuille mise en place dans un ensemble de telle manière que cette feuille subisse une flexion énergique de part et d'autre d'un plan généralement horizontal; b) on applique une feuille de métal sur l'une des faces,ver-fcicalej dans 1'ensemble des feuilles de bois; c) on maintient les feuilles de bois et de métal l'une contre 1'autre; d) on fixe l'une à l'autre les feuilles de métal et de bois en vue de former la poutre et de maintenir au moins partiellement l'état de précontrainte dans les feuilles de bois. 14 - Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'on applique une force de traction à la feuille de métal avant l'application de celle-ci contre la face verticale de la feuille de bois. 15 - Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'on applique une force de traction à la tranche inférieure de la 14880 9 2039439 feuille de métal. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 et 15, caractérisé en ce que la feuille de métal est remplacée par des bandes supérieure et inférieure, ces dernières étant disposées l'une au-dessus et l'autre au-dessous dudit plan neutre.