Brevet FR2481343A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne la réalisation de poutres dont les sections correspondent d'une façon très économique aux efforts de flexion et aux efforts tranchants respectivement à supporter dans chacune d'elles. Ce procédé est particulièrement applicable dans le domaine des charpentes en bois lamellé-collé. D'une façon générale, une poutre traditionnelle est constituée par - une âme verticale - réunissant deux semelles horizontales respectivement fixées aux parties supérieure et inférieure de cette âme. Ces éléments sont, dans la pratique, réalisés sous des formes très diverses, de telle sorte que la poutre présente, dans chacune de ses sections, la résistance convenant le mieux aux efforts qu'elle doit supporter. C'est ainsi que - d'une part, l'âme peut être pleine ou plus ou moins évidée, ainsi par exemple réalisée en "treillis" grâce à de simples entretoises croisées, - d'autre part, les semelles peuvent être organisées de façons très diverses, c'est-à-dire symétriquement ou non, 20. avec une simple lame ou avec plusieurs lames regrou- pées à plat les unes sur les autres pour constituer des "membrures" dont les lames élémentaires sont convena- blement distribuées en longueurs et en largeurs de façon à correspondre aux charges à supporter dans chaque section. Ces diverses modalités de réalisation sont exploitées dans le domaine des charpentes en bois, tout spécialement dans celui des bois lamellés-collés. Selon la terminologie de l'homme de l'art en cette matière et pour la clarification de l'exposé qui suit, on appellera - "membrure" tout ensemble de lames collées à plat les unes sur les autres - et "semelles" chacune de ces lames - généralement toutes de la même épaisseur pour la commodité de leur mise en oeuvre en chantier - lorsque les membrures travaillent comme telles aux parties supérieure et inférieure d'une poutre. D'une façon générale, dans ces divers types de poutres, la quan- tité de matière (c'est-à-dire de bois) utilisée pour leur fabrication est bien supérieure à celle respectivement exigée par les diagrammes des moments fléchissants et des efforts tranchants, obtenus par les calculs classiques de résistance des matériaux. En effet, comme les poutres sont toujours soumises "à la fois" aux efforts de flexion et aux efforts tranchants, il convient de dimensionner chaque section de telle sorte qu'elle corresponde à une section standard résistant au plus important de ces deux efforts. Il en résulte ainsi un "gaspillage" de matière car il y a pratiquement dans toutes les sections des excédents inutiles pour l'un des efforts mais exigés pour l'autre. On sait bien, depuis fort longtemps, limiter ce gaspillage en modulant le nombre et les dimensions des semelles dans chaque section, c'est-à-dire en jouant sur les longueurs et les largeurs de ces derniè- res. Néanmoins, - d'une part, le "profil" des poutres n'est ainsi mieux modulé, c'est-à-dire adapté, que vis-à-vis des efforts de flexion puisque ces semelles contribuent essentiellement à la résis- tance à ces efforts de flexion, - d'autre part, il est difficile d'organiser en même temps une modulation simple de l'âme, dont la fonction est plutôt de résister aux efforts tranchants, car on imagine facilement les difficultés de réalisation d'une poutre dont l'âme aurait une épaisseur ou une hauteur modulée le long du profil en même temps que les semelles le seraient de leur côté. Dans ces conditions, on opère le plus souvent un compromis - en modulant simplement les semelles des membrures et - en conservant par ailleurs une structure de poutre simple grâce à une âme travaillante non ou peu modulée - tout en acceptant que les semelles soient garnies en excès pour résister aux efforts tranchants dans les zones o les efforts de flexion sont néanmoins faibles. La présente invention a pour principal objet de remédier complè- tement à cet inconvénient d'une façon simple et en permettant au constructeur de poutre de "doser" exactement son matériau dans les diverses sections sans le moindre excès et sans complication appré- ciable du processus de construction de la poutre. A cet effet, elle propose un procédé de fabrication d'une poutre qui se distingue en ce que l'on réunit - des parties des membrures de la poutre par au moins deux flancs travaillants s'inscrivant entièrement à l'intérieur du gabarit des membrures - de façon à constituer un ensemble creux pouvant être inté- gré dans un autre ensemble constitué de la même manière et épousant exactement intérieurement la forme exté- rieure du précédent ensemble creux. Pour la réalisation pratique de l'invention, - on "emboîte" un ensemble creux dans un autre de dimensions supérieures - autant de fois - et en ajoutant à chaque fois autant de semelles dans les membrures horizontales et autant de flancs dans les membru- res latérales qui les relient - que cela est nécessaire pour conférer à ladite section- une résistance à la flexion et aux efforts tranchants correspon- dant à celle commandée par le tarif des charges. Ainsi, dans chaque section transversale de la poutre, il est possible de n'utiliser que le minimum de matière nécessaire. Selon une autre forme de réalisation pratique et particulièrement avantageuse de l'invention, en toute section, on donne - à chaque partie homogène de semelle - une hauteur déterminée, fonction de la résistance que la poutre doit opposer à la flexion, - notamment en conférant à chaque membrure, sur toute sa longueur, une forme en gradin. Ainsi, selon toute section longitudinale de chaque membrure, il est possible de n'utiliser que le minimum de matière nécessaire. Selon une autre forme de réalisation pratique et particulièrement avantageuse de l'invention, lorsque chaque membrure présente de part et d'autre des degrés latéraux sur toute sa longueur, on fixe - chaque bordure concernée des flancs travaillants - dans un degré correspondant autant de fois qu'il est nécessaire pour conférer à la section de la poutre une résistance au cisaillement correspondant à celle commandée par la distribution des charges. Ainsi, selon toute section longitudinale de la poutre, il est pos- sible de n'utiliser que le minimum de matière nécessaire. Selon une autre forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, avant de fixer lesdits flancs travaillants sur lesdites membrures, on découpe ces flancs à partir de planches en respectant le profil, notamment latéral, à donner à la poutre. Ainsi, cette disposition permet d'adopter n'importe quelle forme pour la poutre car son profil latéral est déterminé par la configuration géométrique de ces flancs. L'invention concerne, bien sûr, une poutre proprement dite con- forme aux modes de réalisation qui viennent d'être évoqués: c'est- -à-dire faite d'ensembles creux - emboîtés les uns dans les autres, - à la façon d'un "jeu de poupées russes". L"'emboîtement" d'un ensemble creux dans un autre (à la façon d'un "jeu de poupées russes") n'est qu'une image pour mieux faire comprendre l'idée qui est à la base de l'invention (c'est-à-dire qu'elle reflète l"'éclatement" de l'âme en deux flancs dont la modulation du nombre et des hauteurs peut être ainsi "mariée" à celle des semelles). L'invention concerne aussi, évidemment, chacune des pièces élé- mentaires constituant la poutre dans la mesure o ces pièces sont destinées à être utilisées conformément à l'invention. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit et qui en illustre, avec référence aux dessins annexés, un mode de réa- lisation non limitatif. Sur ces dessins - la figure 1 représente un diagramme classique du moment fléchissant et celui de l'effort tranchant pour une poutre sur appuis simples; - la figure 2 est une vue en perspective latérale d'une poutre, fabriquée à partir d'ensembles emboîtés les uns dans les autres conformément à l'invention; les flancs travaillants étant arrachés sur l'un des côtés de cette poutre; - la figure 3 est une vue en perspective latérale d'une va- riante de réalisation de la poutre de la figure 2; les flancs travaillants étant représentés en partie sur l'un des côtés de la poutre; - la figure 4 est une vue générale en perspective d'une poutre de section hexagonale et dont l'un des côtés comporte un 248 13 43 arrachement. En se reportant donc à la figure 1, on voit le schéma d'une poutre 1 reposant, par ses extrémités, sur deux appuis simples 2; cette poutre supportant une charge uniformément répartie non repré- sentée pour la clarté de la figure. Si l'on affecte à cette poutre un axe des abcisses 8, on peut repérer chacune de ses sections transversales et porter sur un axe des ordonnées 3, - d'une part, la valeur de l'effort de flexion "F", - d'autre part, la valeur de l'effort tranchant "T", qui cor- respondent à cette section. En faisant varier l'abcisse de cette section on trace ainsi, de façon classique, la courbe du moment fléchissant 4 15. et celle de l'effort tranchant 5, qu'il est inutile de commenter davantage. Ce procédé de fabrication de la poutre 1 consiste à distribuer, en toute section, de la matière 6 (c'est-à-dire du bois) uniquement là o le besoin s'en fait sentir. Par exemple (figure 1), là o l'effort tranchant est "faible", on remarque que le moment fléchissant est "fort" et inversement. Par suite, sur la partie gauche A de l'axe 8, la matière 6 de la poutre 1 doit "remplir" la zone 7a située entre la courbe du moment fléchissant 4 et celle de l'effort tranchant 5. Pour la partie droite B de cet axe 8, on doit procéder de même en "remplissant" par de la matière 6, la zone 7b située entre l'axe horizontal 8 et la courbe du moment fléchissant 4 et ceci symétrique- ment par rapport à cet axe 8. On "ajoute", s'il y a lieu, de la matière 6 entre les deux courbes 4 et 5 dans la zone 7c, pour laquelle la courbe de l'effort tranchant 5 se trouve située en dessous de celle du moment fléchissant. Pour une poutre selon l'invention (figure 2) deux membrures 9, identiques l'une à l'autre, sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe géométrique longitudinal de la poutre. Chaque mem- brure 9 est constituée de plusieurs semelles parallélépipédiques, en bois, 10a, 10b, 10c de diverses largeurs et convenablement empilées en sens longitudinal. Ainsi, du fait de ces différences de largeurs, l'empilage de deux 2 4 8 13 43 semelles 10a et 10b (ou 10b et 10c) ménage des "degrés" respectifs llab (ou 11bc). Dans chacun de ces degrés llab (11bc) viennent respectivement se loger les bords longitudinaux des flancs travaillants 12b (ou 12c) alors que la semelle la plus large 10a reçoit sur ces faces latérales et longitudinales 13a les bords longitudinaux de deux flancs travaillants 12a; ces faces 13a étant entièrement recouvertes. De la sorte, toutes paires de flancs travaillants 12a, 12b ou 12c et les semelles correspondantes 10a, 10b ou 10c sur lesquelles elles sont fixées par des clous 16 forment des ensembles creux 14a, 14b ou 14c qui, dans cet exemple, ont la forme de parallélépipèdes rectangles et se trouvent emboîtés les uns dans les autres. Dans la variante de la figure 3, les semelles 10a, 10b et 10c présentent des longueurs différentes les unes des autres et sont em- pilées les unes sur les autres de façon à former, dans le sens de la longueur de la poutre 1, des gradins résultant d'une suite de degrés différents les uns des autres. Tous les ensembles creux 14a, 14b, 14c formés respectivement par des flancs travaillants 12a, 12b, 12c et des semelles correspondantes 10a, 10b, 10c ont différentes longueurs, la longueur de la poutre 1 étant égale à celle de l'ensemble creux 14a qui est le plus long. La figure 4 illustre le fait que l'on peut donner à la poutre 1, conformément aux dispositions ci-dessus - un profil latéral à peu près quelconque - et ceci à partir d'ensembles creux 14 emboîtés les uns dans les autres à la façon d'un "jeu de poupées russes". L'arrachement de cette figure 4 montre, à l'évidence, la possibilité de fabrication de chacun de ces ensembles creux à partir de membrures 9, constituées à partir de semelles 10, et de flancs travaillants 12. Ainsi, selon toutes sections, on peut "marier" la modulation des flancs travaillants 12 en nombre et en hauteur avec celle des membru- res 9 en fonction des efforts de flexion et des efforts tranchants. De plus, tout en assurant une structure simple pour la poutre, l'invention évite une utilisation excessive de matière 6- (c'est-à-dire de bois). Ainsi, dans toutes sections, on minimise la quantité de matière 6 nécessaire; tout excédent qui ne travaille pas étant évité. On obtient une poutre capable de répondre aussi bien aux moments fléchissants qu'aux efforts tranchants: on peut donc appeler une telle poutre "iso-poutre". Bien entendu, toutes les dispositions particulières adoptées dans le mode de fabrication représenté permettent d'obtenir dés réalisations plus ou moins commodes mais on peut, à volonté, s'abstenir de béné- ficier de tel ou tel avantage particulier tout en reproduisant les ca- ractères essentiels de l'invention. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. 2 4 8 1 3 4 3 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de poutre - de section modulée - et dont la résistance 5. d'une part, à l'effort tranchant et, d'autre part, à la flexion peut être déterminée en fonction de modulations choisies dans les diverses sections de ladite poutre, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on réunit - des parties des membrures de la poutre - par au moins deux flancs travaillants s'inscrivant entièrement à l'intérieur du gabarit des semelles - de façon à constituer un ensemble creux pouvant être embol- té dans un autre ensemble constitué de la même manière et épousant exactement intérieurement la forme exté- rieure du précédent ensemble creux. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour chaque section considérée de ladite poutre, on réalise - ledit emboîtement d'un ensemble creux dans un autre de dimensions supérieures - autant de fois qu'il est nécessaire pour conférer à ladite section une résistance à la flexion correspondant à celle commandée par la distribution des charges. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, en toute section, on donne - à chaque partie homogène de semelle une hauteur déterminée, fonction de la résistance à la flexion que doit fournir la poutre, - notamment, en - conférant à chaque semelle, sur toute leur longueur, une forme en escalier. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 appliqué à une poutre pour laquelle chaque semelle présente de part et d'autre des degrés latéraux sur toute leur longueur, caractérisé en ce qu'on fixe - chaque bordure concernée des flancs travaillants - dans un degré correspondant. 2 4 8 13 4 3 - autant de fois qu'il est nécessaire pour conférer à ladite section une résistance au cisaillement correspondant à celle commandée par la distribution des charges. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, avant de fixer lesdits flancs travaillants sur lesdites se- melles, on les découpe en respectant le profil, notamment latéral, à donner à ladite poutre. 6. Poutre réalisable par application d'un procédé selon les revendi- cations 1 à 5 constituée - de semelles faites de caissons de différentes dimensions, empilés à plat les uns sur les autres sur toute leur longueur respective, et dont leur largeur respective décroî t par degré de l'extérieur vers l'intérieur de ladite poutre, ladite poutre étant caractérisée en ce que des planches prédé- coupées de manière à respecter le profil latéral à donner à ladite poutre sont clouées aux degrés desdites semelles leur correspon- dant. 7. Poutre faite d'ensembles creux constitués à partir - de deux semelles au moins - réunies par des flancs travaillants, - réalisable par application d'un procédé selon les revendi- cations 1 à 5, ladite poutre étant caractérisée en ce que toute coupe, notamment transversale, présente desdits ensembles creux emboîtés les uns dans les autres.