Brevet FR2668192A1 — publié le 19920424

Plaque de couverture en béton armé précontraint ta présente invention a pour objet une plaque de couverture préfabriquée en béton armé précontraint, comprenant deux pans raccordés à une partie centrale. Chaque pan se compose de deux parties qui sont engendrées chacune par le mouvement d'un segment le long de deux droites gauches contenues dans deux plans parallèles, de sorte que chaque pan prend la configuration d'un paraboloide hyperbolique ; ces droites constituent les bords des pans. t'un des deux bords est raccordé à une âme centrale sensiblement norizontale, dans laquelle sont placés les câbles de précontrainte, l'autre est libre et incliné symétriquement de part et d'autre du milieu de La plaque. Grâce à cette caractéristique, le produit présente un comportement statique du type membrane, ce qui permet de réduire considérablement l'apaisseur et d'obtenir par conséquent un produit plus léger. Dans le secteur des constructions prnfabri- quées, on connait différents types de couvertures réa Lisées à l'aide de produits manufacturés de différents types. Dans le cas particulier des éléments préfabriqués en béton armé précontraint, on a proposé au cours de ces dernières années des éléments de couverture constitués par de grandes plaques autoporteuses qu'on dispose côte à côte, en appui par leurs extrémités, pour réaliser la couverture. En général, ces grandes plaques ont une section en Y, c'est-à-dire qu'elles comprennent une âme centrale d'allure essentiellement verticale et deux ailes qui constituent la couverture proprement dite. L'âme centrale, qui exerce la fonction de soutien de La plaque, constitue une poutre, tandis que les ailes peuvent être calculées en porte-à-faux. Toutefois, en raison de la présence de l'âme centrale, ce type de produit manufacturé présente un déveLoppement en nauteur relativement grand et il exige des éléments de fermeture dans la zone située audessous des ailes et comprise entre les âmes de deux plaques juxtaposées. On connait également d'autres produits d'une forme différente, par exemple des plaques à section en oméga ou à section en T ou en Pi grec. Tous ces éléments ont des prestations spécifiques, c'est-à-dire rapportées à leur poids, qui varient en fonction de leur morphologie mais ces prestations proviennent exclusivement d'un comportement flexionnel. L'évolution de la recherche incite au contraire à étudier des produits préfabriqués, en particulier pour la couverture de constructions à usage commercial ou industriel, qui offrent des prestations spécifiques de plus en plus élevées. En particulier, il serait souhaitable de pouvoir disposer de plaques de couverture minces et par conséquent légères, d'un encombrement en hauteur limité, et faciles à monter et R positionner. A cet effet, l'invention propose une plaque en béton armé précontraint qui comprend deux pans possédant un développement en forme de paraboloide hyperbolique, raccordés au centre par un élément de liaison sensiblement horizontal, dans lequel sont logés les câ- bles de précontrainte. 9u cours des études effectuées, la demanderesse a eu l'intuition que cette structure pouvait avoir un comportement de membrane, ce qui a été ensuite confirmé par des calculs ainsi que par des vérifications. Cette caractéristique permet d'améliorer les prestations spécifiques de la plaque. La partie centrale de la plaque, dans laquelle sont logées les armatures de précontrainte, présente le long de son axe longitudinal une section rectangu Plaire dont la hauteur varie du milieu aux têtes pour permettre un bon écoulement des eaux. Cette structure est complétée pendant la fabrication par une couche de matière thermoisolante et d'une couche de matir imperméabilisante, ce qui permet d'acheminer sur le chantier le produit déjà fini, prêt pour le montage. La couche isolante est répartie sur toute la surface extérieure de l'élément, en réalisant ainsi une isolation dépourvue de ponts thermiques. Ces plaques sont posées, soit jointives, soit espacées, pour permettre d'interposer entre un élément et l'autre des lanterneaux qui réalisent un bon éclairage. La présente invention sera maintenant décrite en détail, uniquemernt à titre d'exemple non limitatif, en se reportant en particulier aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue de côté d'une plaque selon l'invention mise en oeuvre les figures 2, 3 et 4 montrent respectivement une vue en tête, la coupe théorique de la tête et la coupe au milieu de la plaque la figure 5 représente en coupe une couverture réalisée avec des plaques selon l'invention, espacées pour permettre d'intercaler des lanterneaux la figure 6 est une coupe d'une couverture réalisée avec les plaques selon l'invention, posées jointives la figure 7 représente un détail de la figure 5 t la figure 8 représente une surface réglée qui définit la surface de la plaque selon l'invention. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 4, la plaque présente une section dans laquelle les pans 1 et 2 apparaissent avec une inclinaison maximale au milieu (figure 4) et minimale en tête (figure 3) ; entre le milieu et chaque tête, l'allure des pans correspond a la forme d'un paraboloide hyperboLique. Les deux pans se raccordent aux bords du corps central 3 chaque raccordement se produit le long de deux droites dont la droite inférieure est horizontale et la droite supérieure légèrement inclinée de la section du milieu (figure 4) à la section de tête (figure 3), pour permettre aux eaux de s'écouler. Aux extrémités, les ailes présentent des nervures 4 qui, outre qu'elles contribuent au raidissement de la structure, jouent en outre le rôle d'éléments de retenue pour une couche de mati-re isolante que l'on applique sur l'extrados et sur le cordon, lequel joue également le rôle d'élément d'arrêt pour le reflux des eaux. ainsi qu'on l'a déjà dit, la plaque selon l'invention est constituée par une surface réglée de paraboloide hyperbolique. ku milieu, le produit possède une section en V à base élargie (figure 4) dans laquelle l'inclinaison des ailes décroît au fur et à mesure qu'on se dirige vers les extrémités, pour obtenir la section représentée sur la figure 3, et ceci en raison des pans en forme de parabolode hyperbolique. ku droit des parties de tête, la poutre est complétée par une nervure de raidissement et d'appui 5, de sorte que la section eEfective au droit des appuis est celle qui est illustrée sur la figure 2. Le segment central de liaison 3 est utilisé pour le passage des câbles de précontrainte. ainsi qu'on l'a indiqué dans le préambule, les structures de ce genre comprennent généralement une âme de soutien des ailes qui constitue une section qui subit un régime de forces du type flexionnel. I1 n'existait pas à ce jour de plaques de couverture préfabriquées réalisées dans une forme propre à contribuer à la stabilité caractéristique des membranes, puisqu'il est connu que ce comportement est caractéristique des éléments bidimensionnels dans lequel le rapport entre les dimensions en plan est d'environ 1:1 ou au maximum 1:2, c'est-à-dire très éloigné du rapport que l'on rencontre dans ce type de produits. C'est là la raison pour laquelle les structures des plaques connues, dans lesquelles le rapport entre les dimensions est d'environ 1 à 10 avaient toujours été calculées exclusivement en tant que poutres et non pas en tant que membranes. Ru cours des études effectuées pour réaliser un éLément autoporteur plus léger que les élements connus actuellement, la demanderesse a pris pour hypothèse qu'une plaque telle que celle décrite pourrait avoir un comportement de membrane. A la suite des recherches effectuées, on a découvert contre toute attente qu'en donnant aux ailes la forme d'un secteur de parabololde hyperbolique, le régime des sollicitations est mixte, du caractDre des membranes et du caractère flexionnel. L'analyse mathématique de la structure a été effectuée à l'aide d'éléments finis du type "thinshell" et les calculs ont confirmé ces hypothèses. On a vérifié en particulier que les efforts sont de type de ceux des membranes, en particulier dans les parties inclinées de la section, et ce comportement a été vérifié ultérieurement par de nombreuses épreuves de charge, en combinant les actions aussi bien verticales qu'horizontales. Ce qui avait été pris pour hypothèse et avait déjà confirmé par le calcul a donc ainsi été également confirmé par l'étude expérimentale. La plaque ainsi réalisée présentait de notables qualités de rigidité, et ceci cependant avec une structure extrêmement mince. Par exemple, pour une plaque de 2,4 mètres de largeur et de 22 mètres de longueur, on a constaté qu'une épaisseur d'ailes de 5 centimètres était suffisante, ce qui a permis d'obtenir un produit d'un poids non supérieur à 180 kg/m2, capable de supporter des surcharges de 150 kg/m2. Le fait de prévoir les ailes en pans de paraboloïde hyperbolique permet également de disposer d'une grande souplesse de choix pour la réalisation des installations de production. En effet, contrairement à ce qu'on observe dans les produits manufacturés comprenant des surfaces courbes, dans lesquels il n'est pas possible d'apporter des modifications aux dimensions des moules sans interventions extrêmement coûteuses, dans le cas de la plaque selon L'invention, il suffit d'intercaler au centre du moule des éléments additifs possédant l'inclinaison voulue pour pouvoir réaliser des produits d'une longueur différente. Lorsque le montage est exécuté, les produits prennent appui par leurs bords de tête sur les poutres porteuses de la charpente, indiquées en 6 sur les figures 1 et 6. Les plaques peuvent être posées jointives ou espacées l'une de l'autre, pour permettre le montage de lanterneaux 7 qui pourront être avantageusement fixés aux nervures 4 (figure 7). En outre, la plaque selon l'invention est complétée en usine par l'application d'une couche de matitre isolante qui, dans le cas considéré pourra avan tageusement être constituée par une couche 8 de poly urétnane expansé injecté et par un revêtement impermaa- bilisant 9. La plaque ainsi réalisée présente encore d'autres avantages en supplément des caractéristiques de Légèreté et de résistance déjà décrites. Les nervures de tête 5, outre le fait qu'elles raidissent la structure au droit des appuis, suppriment la nécessité de compléter la structure par des éléments de fermeture. Grâce à la section en V, la plaque constitue déjà en soi un canal pour l'évacuation des eaux pluviales, dont l'écoulement est facilité par l'inclinaison de la surface d'extrados du corps central. REVENDICTIONS 1. Plaque de couverture en béton armé précontraint, du type comprenant deux pans (1, 2) raccordés à un élément central de liaison (3), caractérisée en ce que lesdits pans sont réalisés avec une forme de pa raboloide hyperbolique. 2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément central (3) formant la liaison entre les pans (1, 2) est constitué par un élément plat compris entre une surface d'intrados horizontale et une surface d'extrados légèrement inclinée, pour favoriser l'écoulement des eaux, les armatures de précontrainte étant positionnées dans ledit élément central. 3. Plaque selon les revendications 1 et 2. caractérisée en ce qu'elle comprend, au droit des extrémités de tête, des nervures de raidissement (5) aptes à constituer une base pour l'appui de la plaque sur Les poutres de support. 4. Plaque selon les revendications 1 e t2, caractérisée en ce qu'elle comprend, le long des extrami- tés des ailes (1, 2), deux nervures longitudinales (4), ces nervures constituant à la fois des éléments de retenue pour une couche de matière isolante (8) appliquée sur l'extrados du produit et des éléments de support pour un lanterneau.