Brevet FR2196426A1 — publié le 19740315

La présente invention se rapporte à un élément porteur préfabriqué de bâtiment, de petites dimensions, éventuellement décoratif, tel qu'une marche d'escalier, une plate-forme de palier, une allège de baie, ou équivalent, en béton ou en pierre artificielle à base de gravier, de gravillon concassé, d'éclats de pierre naturelle ou équivalent, etc. Pour être conformes aux normes aussi bien que pour respecter les prescriptions imposées pour la construction pour des raisons de sécurité, ces éléments porteurs préfabriqués en béton ou équivalent doivent comporter une armature constituée par une ossature en acier puisque le béton ou la pierre reconstituée habituelle à liant ciment n'est pas capable d'absorber des forces de traction notables et, de ce fait, tend à se fissurer et à se rompre sous l'effet des surcharges. Ces ossatures en acier sont incorporées dans le béton sous la forme de barres, de grillages ou d'une arma cure en panier avant la coulée du béton dans un moule ou coffrage.Dans ce type de construction, en particulier dans le cas des pièces décoratives, il convient surtout de veiller à ce que les fers de l'armature nçatteignent pas la surface ou ne fassent pas saillie à l'extérieur de cette surface. Egalement pour des raisons de solidité, il convient de veiller à ce que les armatures en acier soient disposées exactement dans la bonne position. Ces éléments doivent être fabriqués dans des formes extrêmement diverses et fréquemment en séries relativement petites, ou même en pièces uniques, toutes de forme différente. L'armature doit donc être fabriquée et disposée en conséquence. Ce mode de travail est extraordinairement coûteux et augmente donc le prix de revient des éléments. Par ailleurs, les éléments sont relativement lourds de sorte que leur transport et leur mise en oeuvreentraihent des frais correspondants. Finalement, la structure porteuse doit également tenir compte du poids propre des éléments préfabriqués porteurs et être calculée en conséquence, ce qui augmente le prix de revient de la construction ou réduit la charge utile. L'invention vise à éliminer principalement les inconvénients mentionnés ci-dessus, tout en conservant les avantages des éléments préfabriqués déjà connus et, en particulier, les avantages décrits ci-après. L'invention vise à simplifier considérablement la fabrication des éléments préfabriqués du genre cité au début du présent mémoire et à alléger ces éléments tout en leur conservant la même résistance mécanique. Suivant l'invention, l'élément préfabriqué est composé d'un béton non armé, à liant synthétique, possédant une résistance mécanique extrêmement élevée, et capable de supporter la charge même avec une surchage, en toute sécurité.Dans le cadre de l'élargissement de l'utilisation des matières plastiques dans tous les domaines du bâtiment, il est connu depuis peu d'utiliser des matières plastiques en remplacement du ciment, comme liant pour le béton ou la pierre artificielle. Toutefois, les nouveaux matériaux créés par cette utilisation n'étaient utilisés jusqu'à présent que pour les éléments non porteurs tels que les panneaux de revetement fixés aux murs, les panneaux de sol, ou les plaques de revêtement pour marches d'escalier, appuis de fenêtres ou équivalents, c'est-à-dire dans des applications où ces éléments n'ont à exercer aucune fonction porteuse propre. En effet, on prend pour base la norme suivant laquelle toute pièce en béton qui doit posséder une fonction de support dans le bâtiment doit posséder une armature en acier.La demanderesse a constaté que l'on peut se dispenser de cette armature en acier lorsqu'on utilise un liant synthétique et que cette utilisation permet d'obtenir un béton d'une résistance mécanique extrêmement élevée. On peut obtenir des résistances à la traction en flexion 2 de l'ordre de grandeur de 300 kg/cm ou plus. La suppression de l'armature en acier permet de réaliser de façon très simple des éléments préfabriqués de forme originale. Cette suppression évite également le calcul des dimensions de l'armature, la fabrication et la mise en place de cette armature. L'absence de l'acier, qui constitue une fraction très lourde, ansi que la résistance mécanique qui est en outre plus élevée que celle du béton armé, rendent les éléments préfabriqués plus légers et, par conséquent, plus faciles àmanipuler. Par ailleurs, la charge totale de la construction est réduite. Si l'on ne veut pas réaliser les éléments en béton sous la forme d'éléments individuels, on peut découper ces éléments dans des blocs ou plaques de l'épaisseur appropriée. Ce mode de fabrication présente un très grand avantage en particulier pour les marches d'escalier en colimaçon, qui sont demandées dans des formes et dimensions continuellement variables. Si la pierre artificielle comporte en outre des éléments de grande dimension, en particulier gros éclats de pierre naturelle, on obtient par découpage de l'élément un aspect particulièrement esthétique du fait que les éclats de pierre naturelle, ou les éléments de grosse granulométrie ne sont pas seulement attaqués mais coupés dans le plan de leur grande dimension et apparaissent ainsi nettement dans la surface. Les constituants du mélange du béton peuvent être assemblés en fonction du cas d'utilisation considéré et des éléments de base dont on dispose. Pour une allège de baie enduite, on utilise du gravier d'une granulométrie pouvant atteindre 15 à 30 mm tandis que, pour les marches d'escalier, on peut utiliser les pierres artificielles comportant des gravillons concassés et broyés et des éclats de pierre naturelle dans des granulométries plus grosses et on peut y incorporer des morceaux de marbre complets pour adapter l'aspect aux besoins de la construction considérée, et également pour l'adapter aux dalles du revêtement de sol. Le choix du liant est également fonction de la nature des charges ou matières additionnelles utilisées, les quantités exactes des matières à utiliser pouvant être déterminées par des essais simples.Pour obtenir une bonne liaison, on mélange tout d'abord les fractions fines avec la matière plastique puis on introduit le mélange ainsiobtenu dans le moule, en même temps que les constituants grossiers. Pour assurer le brassage et la densification, on agite par secousses ou retournement et on fait durcir la matière plastique, éventuellement par un apport de chaleur. Pour le choix de la matière plastique, on cherche à obtenir une adhérence et une liaison aussi bonne que possible, ainsi qu'une résistance à la torsion, aux chocs et éventuellement au frottement également aussi bonne que possible. Suivant une autre caractéristique de 1 Evention, on peut améliorer la résistance mécanique en incorporant des constituants fibreux dans le béton à liant synthétique. Comparativement à l'utilisation d'une armature en acier, qui doit être fabriquée à la bonne dimension pour chaque élément préfabriqué, et qui doit être disposée dans une position exactement définie, l'incorporation de constituants fibreux possède l'avantage consistant en ce que le fabricant a simplement à ajouter ces constituants fibeux au béton dans la quantité déterminée préalablement par des essais, ce qui apporte des avantages considérables en ce qui concerne la technique de fabrication. L'engrènement et le feutrage permettent d'améliorer considérablement la résistance à la traction, la résistance à la traction en flexion et la ténacité au choc sur entaille ainsi que la résistance à la torsion. On peut utiliser pour cette application des fibres d'amiante, qui sont relativement bon marché et réfractaires et qui donnent une bonne liaison avec les autres éléments constitutifs. On peut également utiliser des fibres minérales qui, elles non plus, ne grèvent pas excessivement le prix de revient, et qui, par ailleurs, sont réfractaires et possèdent des propriétés apparentées à celles des charges, de sorte que leur utilisation évite dans une large mesure les inconvénients qui pourraient être dus à l'utilisation d'éléments constitutifs possédant des propriétés très différentes. Par ailleurs, on peut également utiliser des fibres de verre qui sont également plus coûteuses et réfractaires et qui se lient bien à la matière plastique. On peut également utiliser des fibres d'acier brutes, qui possèdent une haute résistance mécanique. Par ailleurs, on peut également envisager d'utiliser des fibres de matière plastique, d'autant plus qu'elles possèdent des propriétés apparentées à la matière plastique liante et qu'elles améliorent de ce fait les coefficients de résistance mécanique. On peut citer comme matières plastiques pouvant être utilisées comme liant, principalement les résines de polyester, parce qu'elles sont peu coûteuses et assurent une bonne liaison.Une composition appropriée du mélange de la résine avec une quantité correspondante de fractions fines (charges) et de constituants grossiers, permet de réduire le fort retrait de la résine et de le ramener à une valeur supportable, qui correspond approximativement à la valeur du retrait des autres constituants réactionnels. On peut utiliser des résines de polyester insaturées, auxquelles on ajoute des durcisseurs et des accélérateurs pour adapter la réactivité aux conditions de chaque cas. On peut également utiliser des résines époxy qui ont l'avantage de posséder un plus faible retrait mais qui sont nettement plus coûteuses et ne peuvent donc être utilisées que pour les éléments de haute qualité et/ou qui doivent être réalisées sous une très faible épaisseur ou dans de très petites dimensions.Il est également nécessaire d'ajouter à ces résines, pour les adapter aux conditions d'emploi et de travail de chaque cas, des adjuvants appropriés pour provoquer leur durcissement,éventuellement l'accélération du durcissement et l'amélioration de l'élasticité de la résine obtenue. On peut utiliser comme charge à mélanger au liant synthétique, de la farine de pierre et des éléments de faible granulométrie, à base de gravier ou gravillons concassés ou broyés,qui représentent en général une proportion de moins de 50 %, tandis que la fraction constituée par la résine doit représenter entre 3 et 8 %. Le reste de la composition est constitué par des éléments grossiers. Lorsque les éléments comportent des éclats de pierre naturelle, on peut utiliser ces éclats dans des dimensions comprises entre 15 et 120 mm, notamment entre 30 et 80 mm, lorsqu'on veut découper des éléments décoratifs, tels que, par exempleçdes marches d'escalier, dans des blocs ou plaques.Pour des éléments de ce type. qui sont de qualité supérieure et doivent répondre à des conditions de solidité particulièrement exigeantes,on utilise un béton fortement tassé et pratiquement exempt de pores. Etant donné que les problèmes de fabrication se posent en particulier dans le cas des escaliers uniques, sans contre-marches, les éléments suivant l'invention sont prévus pour des marches d'escalier à portée libre ou qui peuvent être fixées et bloquées en torsion à une seule extrémité, chaque marche étant reliée aux marches voisines par des boulons de liaison pour lesquels on peut prévoir de préférence des bagues filetées appropriées, fixées dans les marches lors de la coulée de ces dernières.Ces escaliers possèdent de grands avantages en technique de fabrication etde montage mais ils exigent des marches d'une très haute solidité qui peuvent être justement fabriquées de façon économique et rapide conformément à l'invention, et grâce à l'utilisation d'un matériau qui n'était pas encore utilisé dans la technique antérieure en raison des préjugés de l'homme de l'art. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique du cas d'utilisation générale de l'élément préfabriqué suivant l'invention - la figure 2 est une vue de caté représentant trois éléments suivant l'invention utilisés en qualité de marches d'escaliers ; et - la figure 3 est une coupe verticale prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2, et sur laquelle les deux marches inférieures sont vues de l'arrière. La figure 1 représente un élément préfabriqué 10 qui constitue une poutre posée sur deux appuis 11, par exemple une plaque de fermeture de puits ou équivalent, qui représente le cas d'application général. Cette pièce peut être réalisée sans armature ni renforcement particulier destiné à supporter la surcharge. L'élément préfabriqué suivant l'invention est composé d'un béton à liant synthétique, qui comprend des constituants grossiers 12, des constituants fins 13 et une masse liante 14 composée d'une farine de pierre, de fraction à granulométrie très fine et du liant synthétique. Etant donné que l'on obtientde cette façon un matériau d'une très grande résistance mécanique, cet élément est capable de résister à toutes les contraintes qui peuvent se présenter, même aux contraintes supérieures à la normale, et on peut donc se dispenser d'une armature. Les figures 2 et 3 représentent des marches d'escalier 15 fabriquées en une matière analogue, dont une extrémité 16 n'est encastrée que sur une faible longueur dans la paroi 17 de la cage d'escalier et bloquée en torsion dans cette paroi. A son extrémité libre, chaque marche 15 est reliée aux marches adjacentes par des boulons 18 qui sont vissés de bas en haut dans des bagues 19 prévues dans les marches. Les bagues 19 peuvent être noyées dans des marches lors du moulage de ces dernières, ou encore incorporées dans les marches après coup. Chaque boulon 18 est vissé dans une bague 19 par son filetage et il est fixé à la marche inférieure par un écrou 20. On peut ainsi construire un escalier capable de supporter la charge, par une technique connue, avec un encastrement en faible profondeur dans la paroi 17. Les marches de cet escalier subissent des contraintes particulièrement fortes, puisqu'elles ont à transmettre la charge aux marches voisines et qu'elles sont sollicitées à la torsion. Cette forme de construction d'escalier exige des éléments préfabriqués d'une résistance mécanique particulièrement grande qui peut être obtenue suivant l'invention, de sorte que l'on peut utiliser des marches de très faible épaisseur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux éléments qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément porteur préfabriqué et éventuellement décoratif pour le bâtiment tel qu'une marche d'escalier, une plate-forme de palier, une allège de baie ou équivalent, en béton ou en pierre artificielle à base de gravier, de gravillon concassé, d'éclats de pierre naturelle ou équivalent, caractérisé en ce qu'il est composé d'un béton à liant synthétique, sans armature métallique d'une très grande résistance mécanique et capable de supporter la charge prévue même en cas de surcharge. 2. Elément préfabriqué selon la revendication 1, caractérisé en ce que le béton à liant synthétique contient des constituants fibreux. 3. Elément préfabriqué selon la revendication 1, caractérisé en ce que les constituants fibreux sont des fibres d'amiante. 4. Elément préfabriqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que les constituants fibreux sont des fibres minérales. 5. Elément préfabriqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que les constituants fibreux sont des fibres de verre. 6. Elément préfabriqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que les constituants fibreux sont des fibres d'acier brutes. 7. Elément préfabriqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que les constituants fibreux sont des fibres de matière plastique 8. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le liant est composé d'une résine de polyester. 9. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le liant est composé d'une résine époxy. 10. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il contient un durcisseur dont la nature est choisie en fonction de celle de la résine synthétique et qui influe sur les propriétés de l'élément. 11. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il contient un accélérateur qui influe sur le durcissement de la résine synthétique. 12. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de la farine de pierre et des fractions à grain fin à base de gravier ou de gravillon concassé et broyé, en mélange avec la résine synthétique. 13. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient des éclats de pierre naturelle d'une grosseur de grain de 15 à 120mm. 14. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient des éclats de pierre naturelle d'une grosseur de grain de 30 à 40 mm. 15. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le béton à liant synthétique est fortement densifié et sensiblement sans pores. 16. Marche d'escalier préfabriquée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisesen ce qu'elle est équipée, au moins dans la région de l'un de ses petits cotés, de deux boulons de liaison qui la relient, l'un à la marche immédiatement supérieure,l'autre à la marche inférieure, ou à la plate-forme de palier ou au sol. 17. Elément préfabriqué selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'une de ses extrémités est destinée à être fixée normalement bloquée en torsion à un support, de préférence à une paroi de cage d'escalier. 18. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendicatoons 16 et 17, caractérisé en ce qu'il comporte une bague de préférence filetée intérieurement, noyée à la fabrication, et destinée à recevoir le boulon de liaison.