Brevet FR2138347A1 — publié le 19730105

L'invention concerne une poutrelle préfabriquée d'un nouveau type, destinée notamment à être utilisée pour la réalisation de planchers. Actuellement, il existe essentiellement deux types de poutrelles préfabriquées, couramment utilisées dans la construction. L'une dite poutrelle en treillis est constituée par un treillis métallique dont les armatures inférieures sont enrobées dans une semelle en béton. L'avantage essentiel de ce type de poutrelles réside dans leur légèreté due au faible volume de béton qu'elles comportent. Cette légèreté réduit le coût du transport et des manipulations, lesquelles peuvent être exécutées par des moyens de levage d'importance très modeste dont est, dans la pratique, pourvue toute entreprise de construction. Notons de plus, que ces manipulations sont facilitées par la présence du treillis facile à accrocher. Toutefois, ces poutrelles en treillis présentent de graves inconvénients. Leur prix de revient à la fabrication est élevé en raison de l'im- portance des armatures qu'il est nécessaire de prévoir dans la semelle pour supporter les efforts, car, comme on le sait, le béton ne se prête pas à un travail en traction et doit être armé pour pallier cette incapacité. De plus, malgré ces armatures qui prennent en charge les efforts de traction, il appa rouît dans le béton lorsque de tels efforts s'exercent, des fissurations préjudiciables à la durée de vie de la poutrelle. Par ailleurs, pour une portée déterminée, les planchers réalisés avec de telles poutrelles doivent présenter une épaisseur importante, car, comme le béton ne peut travailler à la traction, il convient de ne pas tenir compte, dans les calculs de cette épaisseur, de toutes les parties situées audessous de la fibre neutre. Notons, de plus, que, pour des raisons analogues, il est nécessaire, au moment de couler la dalle de compression, de disposer un nombre d'étais relativement élevé (par exemple, un étai tous les un mètre à deux mètres) pour soutenir l'ensemble pendant la prise. Ces divers inconvénients ont conduit des fabricants de poutrelles préfabriquées à se tourner vers les techniques de précontraintes du béton. Les poutrelles précontraintes connues présentent généralement une section en forme de T renversé, à l'intérieur de laquelle des câbles de précontraintes (désignés sous le nom d'armatures actives) soumettent le béton, par l'effet de l'adhérence, à un effort de compression dit effort de précontrainte. On élargit, alors, considérablement le domaine du travail du béton puisque celui-ci peut subir sans dommage des efforts de traction au plus égaux en valeur absolue aux efforts de précontraintes. On réalise ainsi une économie notable sur le volume des armatures nécessaires, qui détermine une réduction du prix de revient de la poutrelle. Par ailleurs, les risques de fissurabilité du béton sont écartés, cependant que de telles poutrelles autorisent la réalisation de planchers d'épaisseur très amoindrie, et l'utilisation, lors du coulage de la dalle de compression, d'étais en densité beaucoup plus faible. Toutefois, de par la conception même des techniques classiques de mise en précontrainte, le volume de béton nécessaire à la fabrication de ces poutrelles en forme de T renversé, est considérablement accru par rapport au volume nécessaire pour les poutrelles en treillis précitées. II en résulte une augmentation très sensible du poids de la poutrelle, qui astreint les entreprises voulant les utiliser à se doter d'un équipement important et onéreux. De plus, comme il est facile de le concevoir, cette augmentation de poids grève le coût du transport de ces poutrelles. Par ailleurs, pour réaliser une mise en précontrainte homogène de la section, l'expérience a montré qu'il était nécessaire de disposer les câbles de précontraintes (ou armatures actives) dans une zone de la section relativement centrale. Le centre de gravité de ces câbles ne peut, en particulier, être situé à trop faible distance de la fibre inférieure de la poutrelle: cette condition, toute chose étant égale par ailleurs, réduit le moment de rupture admissible à la flexion de la poutrelle, lequel est d'autant plus élevé que les armatures sont plus proches de la fibre inférieure. La présente invention vise à fournir une poutrelle préfabriquée bénéficiant des avantages des deux types de poutrelles mentionnés précédemment sans en présenter les inconvénients. En d'autres termes, l'invention se propose de décrire une poutrelle légère, ne nécessitant que des moyens de mise en oeuvre modestes, bénéficiant d'un prix de revient sensiblement réduit par rapport aux poutrelles en treillis classiques, présentant au sein du béton de faibles risques de fissuration, enfin donnant la faculté de conférer aux planchers réalisés à partir de celles-ci une épaisseur bien inférieure à ceux réalisés avec les poutrelles en treillis classiques. Un autre objet de l'invention est de fournir une poutrelle qui, pour des paramètres dimensionnels analogues, présente un moment de rupture admissible à la flexion très supérieur à celui des poutrelles précontraintes traditionne îles. A cet effet, la poutrelle selon l'invention est constituée par un treillis dont une partie des armatures est enrobée dans un talon en béton dans lequel sont disposés un ou plusieurs câbles de précontraintes (ou armatures actives) développant dans ce talon et dans les membrures du treillis des contraintes permanentes de sens favorable. Ces contraintes sont des contraintes de compression dans le talon et dans la membrure inférieure enrobée, qui sont appelés, lors de la mise en service, à être soumis à des contraintes de traction ; au contraire, ce sont des contraintes de traction dans l'armature supérieure appelée à être soumise à des contraintes de compression. Cette poutrelle combine, donc, un treillis partiellement enrobé dans un talon en béton et des moyens de précontraintes: ce treillis et ces moyens conjuguent leurs effets et coopèrent entre eux pour donner une poutrelle rigide de moment d'inertie très supérieur aux poutrelles à treillis classiques et de poids très inférieurs aux poutrelles précontraintes traditionnelles. En effet, I'ensemble du béton de cette poutrelle est en compression permanente, ce qui élimine les inconvénients afférant aux poutrelles en treillis classiques pour lesquelles les parties situées en dessous de la fibre neutre ne peuvent être prises en compte et sont soumises à des risques importants de fissuration, cependant que le volume de béton de cette nouvelle poutrelle est bien inférieur à celui des poutrelles précontraintes traditionnelles puisqu'il se réduit à un simple talon qui peut, notamment, être de section rectangulaire.De plus, puisque la section de béton se réduit à un simple talon inférieur, les câbles de précontraintes disposés -comme cela doit êtredans la zone centrale de cette section, sont beaucoup plus proches de la fibre inférieure de la poutrelle que dans le cas d'une poutrelle précontrainte traditionnelle où la zone centrale de la section de béton est relativement élevée du fait que le béton s'étend dans toute la section de celle-ci jusqu'à sa partie supérieure. II s'ensuit pour les poutrelles selon l'invention, un accroissement sensible du moment de rupture admissible à la flexion. De telles poutrelles, en raison de leur légèreté et de la facilité de manipulation dont elles bénéficient, pourront être utilisées par des entreprises dotées d'équipements modestes, qui profiteront ainsi de leur prix de revient réduit, des économies réalisées lors de leur mise en oeuvre (diminution du nombre d'étais et de l'épaisseur des planchers) et des qualités techniques qui les caractérisent (non fissurabilité, moment de rupture admissible important. Nofons, en outre, que le treillis dont est nantie la poutrelle selon l'invention, est soumis initialement, sous l'action des armatures actives, à des contraintes permanentes de sens favorable, qui élargissent considérablement sa plage d'utilisation en service. Bien entendu, on peut encore accroître les qualités de légèreté de cette poutrelle en fabriquant le talon au moyen d'un béton d'agrégats légers. Par ailleurs, selon un mode particulier de réalisation, les armatures enrobées du treillis peuvent comporter des parties appropriées, disposées à proximité des câbles de précontraintes (ou armatures actives) en vue de transmettre à ces derniers, au moins partiellement, les efforts tranchants s'exerçant sur la poutrelle. Ces armatures actives qui supportent tout ou partie de ces efforts tranchants engendrent une réduction des sections d'acier des armatures passives nécessaires. La description qui suit, en référence au dessin annexé, présente à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention ; sur ce dessin, la figure 1 schématise, en vue partielle avec arraché, une poutrelle selon l'invention destinée, notamment, à la réalisation d'un plancher tel que représenté à la figure 2. La poutrelle préfabriquée décrite à titre d'exemple, comprend une semelle en béton 1, précontrainte au moyen de trois câbles tels que 2 à trois fils torsadés ; cette poutrelle est dotée d'un treillis métallique 3 dont la membrure inférieure formée par deux barres 4 et 5 est enrobée dans la semelle en béton précontraint. On dispose, ainsi, d'un ensemble précontraint extrêmement rigide, de moment d'inertie important et qui bénéficie de qualités de légèreté considérablement améliorées par rapport aux poutrelles précontraintes traditionnelles. Par voie de conséquence, la mise en oeuvre d'une telle poutrelle ne requiert que des moyens mécaniques de faible importance ; son utilisation se trouve à la portée de toutes les petites entreprises qui, jusque là, ne pouvaient bénéficier de la technique du béton précontraint, laquelle conduit à des poutrelles de poids important. On a représenté à la figure 2 un plancher réalisé au moyen de corps creux 7 et de poutrelles 6 telles que décrites ; une dalle de compression 8 armée d'un quadrillage soudé a été coulée au-dessus de ces éléments. L'utilisation de telles poutrelles associe les avantages des poutrelles précontraintes traditionnelles (réduction du nombre d'étais nécessaire, faible prix de revient, non fissurabilité, réduction de l'épaisseur du plancher) aux avantages des poutrelles classiques à treillis (légèreté, facilité de manipulation), sans présenter les inconvénients de ces deux types de poutrelles (poutrelles précontraintes traditionnelles : poids important, nécessité de moyens de mise en oeuvre importants ; poutrelles classiques à treillis : prix de revient important, coût de la mise en oeuvre élevé en raison du grand nombre d'étais nécessaire, épaisseur des planchers accrue, grande fissurabilité du béton). L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié, les demandeurs s'en réservent l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1- Poutrelle préfabriquée destinée, notamment, à la réalisation de planchers et comprenant un treillis formé d'une membrure supérieure, d'une membrure inférieure et d'étriers de liaison entre ces membrures, la membrure inférieure étant enrobée dans un talon en béton au coeur duquel sont disposés des câbles de précontrainte, ladite poutrelle étant caractérisée en ce que les câbles de précontrainte précités sont disposés dans le talon en position proche de la fibre inférieure et, ainsi positionnés, sont tendus pour la mise en précontrainte de l'ensemble de la poutrelle (talon et treillis), une fois que le treillis est parfaitement solidarisé au talon par la prise du béton, de sorte que la membrure supérieure est soumise à des efforts de traction préalables dus à la précontrainte et le talon à des efforts-de compression préalables. 2- Poutrelle préfabriquée selon la revendication 1 caractérisée en ce que le talon de celle-ci est constitué en béton d'agrégats légers.