Brevet FR2683559A1 — publié le 19930514

La présente invention concerne d'une façon générale les constructions composites, et plus particulièrement un élément formant tirant pour une telle construction et un caisson pour structure portante incorporant un tel tirant. On connaît déjà des structures portantes en matériaux composites, destinées par exemple à former des passerelles ou analogues. On connaît en particulier par le document FR-A-2 636 082 une passerelle dont l'élément porteur comporte un double plancher délimitant une cavité. Une telle construction vise à donner à l'élément une certaine rigidité. Un inconvénient de cette structure connue réside en ce qu'il s'avère difficile en pratique de donner à l'élément porteur la rigidité souhaitée, et qu'il est nécessaire de faire reprendre une partie des efforts par des rambardes de conception appropriée. Par ailleurs, le raccordement de chaque élément de passerelle avec un élément adjacent ne peut s'effectuer qu'au niveau d'un pilier porteur intermédiaire comportant un berceau recevant les deux extrémités aboutées des deux éléments, ce qui limite la souplesse d'utilisation de ces éléments connus. La présente invention vise à proposer un tirant pour construction composite qui permette notamment, avec un volume et un poids réduits, de renforcer la rigidité d'une structure portante en caisson, et qui permette, d'une manière simple et économique, de réaliser par exemple des tronçons de passerelle de grande longueur sans qu'il soit nécessaire de prévoir un pilier intermédiaire à chaque raccordement de deux tronçons. Ainsi la présente invention concerne, selon un premier aspect un tirant pour construction composite modulaire, caractérisé en ce qu'il comprend: un matériau de remplissage disposé essentiellement dans un plan, des moyens de liaison prévus le long de deux bords d'extrémités longitudinales du matériau de remplissage, pour la liaison du tirant avec un élément adjacent de la construction, une peau réalisé par enroulement sous tension de fibres continues pré-imprégnées avec une résine dans le sens longitudinal du tirant, autour du matériau de remplissage et des moyens d'attache, lesdits moyens de liaison comportant des faces disposées pour etre recouvertes par ladite peau pour la solidarisation avec cette dernière et avec le matériau de remplissage et des faces disposées pour ne pas etre recouvertes par ladite peau afin de permettre la mise en oeuvre desdits moyens de liaison. De façon préférée, les moyens de liaison comprennent une pluralité d'inserts disposés à intervalles réguliers le long de chaque bord d'extrémité longitudinale du matériau de remplissage et dans lesquels sont prévues des ouvertures traversantes partageant un axe transversal commun essentiellement parallèle audit bord d'extrémité, et la liaison du tirant par exemple avec un tirant adjacent s'effectue par interpénétration des inserts des deux tirants et la mise en place d'une broche dans les ouvertures alignées. Avantageusement, chaque insert s' appuie sur une poutre transversale disposée le long du bord d'extrémité longitudinale considérée du tirant. Selon un second aspect essentiel, la présente invention concerne un élément modulaire composite pour structure portante, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson dont une paroi de fond incorpore au moins un tirant selon l'une des revendications précédentes, les régions d'extrémités longitudinales du tirant étant débordantes par rapport aux extrémités longitudinales du caisson pour permettre la mise en oeuvre des moyens de liaison. Préférentiellement, le caisson comporte un matériau de remplissage prolongeant latéralement le tirant et une peau recouvrant le matériau de remplissage et le tirant. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe verticale longitudinale partielle d'un élément de construction composite incorporant un tirant selon l'invention la figure 2 est une vue du dessus de la région d'une extrémité de l'élément de construction de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective d'une région d'extrémité d'un élément de construction des figures 1 et 2, la figure 4 est une vue en perspective partielle d'une passerelle, montrant l'assemblage de deux éléments de construction des figures 1 à 3, la figure 5 est une vue en coupe transversale partielle de la passerelle de l'invention, la figure 6 est une vue schématique en coupe verticale longitudinale d'une partie de la passerelle, et la figure 7 est une vue de dessus schématique de dessus de la passerelle. En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, on a représenté, dans un élément de construction en forme de caisson, un tirant préfabriqué. D'une façon générale, un tel tirant est destiné à etre utilisé dans toute sorte de construction légère en vue d'accepter une importante sollicitation en traction ou en compression dans le sens longitudinal, et plus particulièrement comme élément de plancher inférieur dans une passerelle notamment pour piétons, véhicules légers, etc... Ce tirant comprend un matériau de remplissage 10, de préférence des blocs d'un bois de bout tel que du balsa. A chaque extrémité du tirant sont prévus une pluralité d'inserts 12, par exemple en acier inoxydable, destiné comme on le verra plus loin à la fixation du tirant avec un tirant adjacent. Dans la présente forme de réalisation, une pluralité d'inserts forment des parties en saillie, à intervalles réguliers, la largeur de chaque insert étant légèrement inférieure à la largeur de l'espace qui sépare deux inserts voisins. Chaque insert 12 présente une face intérieure essentiellement plane et verticale et une région extérieure arrondie 12a, dans la région de laquelle est formé un alésage ou ouverture traversante 12b de section de préférence circulaire. Les ouvertures 12b de la succession d'inserts partagent un axe horizontal tranversal commun noté A. Les inserts 12 d'une même extrémité longitudinale du tirant s'appuient par leur face plane intérieure contre un profilé transversal 14, par exemple un profilé métallique en "U" conventionnel. Le matériau de remplissage 10 s'étend continûment entre les deux profilés 14. L'ensemble constitué par les éléments 10, 12 et 14 du tirant, préalablement maintenus dans la position de la figure 1 par des moyens appropriés, est ensuite revêtu d'un matériau fibreux pré-imprégné d'une résine, désigné par la référence 16. Plus précisément, on fait appel à des fibres continues pré-imprégnées de résine, que l'on enroule sous tension, dans le sens longitudinal, autour des éléments 10, 12 et 14. Les fibres continues peuvent être des fibres de verre, de carbone, d'aramide ou équivalentes. La résine peut être une résine du genre époxyde ou polyester. Lors de cette étape, les fibres continues enroulées viennent s'appliquer aussi bien autour des inserts en saillie 12 que dans les espaces qui séparent lesdits inserts, mais les faces latérales 12c de chaque insert, orientées verticalement dans le sens longitudinal, ne sont pas recouvertes par lesdites fibres, pour ainsi laisser les ouvertures 12b dégagées. Par exemple, l'épaisseur de la structure intérieure constituée par les éléments 10, 12 et 14 peut être de l'ordre de 60 mm, et l'enroulement 16 de fibres continues imprégnées peut avoir une épaisseur de l'ordre de 7 mm. La longueur du tirant peut être de l'ordre de 8 m. De façon préférée, un tirant tel que décrit cidessus peut être préfabriqué, puis incorporé dans un élément de construction lors du moulage de celui-ci. Ainsi, comme représenté sur la figure 1, le tirant est revêtu de chaque côté d'une peau 18 réalisée comme on le décrira plus loin lors de l'opération de moulage de la construction. L'assemblage de deux tirants dans le sens de la longueur s'effectue en positionnant les tirants de manière à réaliser une interpénétration des inserts métalliques 12, revêtus de la couche 16 de fibres continues pré-imprégnées, puis en insérant une broche 20, par exemple en acier inoxydable, de diamètre approprié dans les ouvertures 12b des inserts appartenant alternativement aux deux tirants. On remarquera ici que l'on peut incorporer à un élément de construction soit un tirant unique, dont les inserts d'extrémité sont laissés dégagés pour participer à la fixation avec un élément de construction adjacent incorporant un tirant de même nature, avec report des sollicitations, soit en pré-assemblant une pluralité de tirants à l'aide de broches, puis en effectuant alors le moulage de l'élément de construction incorporant la pluralité de tirants de manière à ce que les inserts d'attache 12 des tirants d'extrémité soient dégagés. On va maintenant décrire en détail une passerelle incorporant un des tirants selon l'invention. Cette passerelle est constituée par une pluralité d'éléments de passerelle 100 comportant chacun un caisson 110 de section en forme de "", constitué par un fond 112 incorporant un tirant selon l'invention et formant un premier plancher, deux parois latérales montantes 114, et deux rebords 116 prévus au sommet des parois latérales 114 et s'étendant vers l'extérieur. L'élément 100 comprend en outre un second plancher 120 fixé sur le dessus du caisson 110 par exemple par collage et boulonnage sur les rebords 116. On trouve par ailleurs des éléments transversaux de renfort ou raidisseurs 130 disposés à l'intérieur du caisson 110 à intervalles réguliers. Enfin des rambardes 140 sont fixées par exemple par collage et boulonnage, sur les faces extérieures des montants 114 du caisson 110. De façon préférée, le caisson 110 et le second plancher 120 sont réalisés avec un matériau de remplissage léger, notamment du balsa de bout, entouré de deux peaux. L'épaisseur du remplissage peut être de l'ordre de 30 à 60 mm, et l'épaisseur des peaux de l'ordre de 6 à 8 mm. Pour ce qui concerne la fabrication du caisson 110, on utilise pour le fond un tirant préfabriqué l tel que décrit plus haut, prolongé latéralement de chaque côté par le matériau de remplissage 114a des montants latéraux 114, puis on forme les peaux extérieure et intérieure (référence 114b au niveau des montants et référence 18 au niveau du tirant) sur l'ensemble de préférence par application d'une ou plusieurs couches de tissu de verre imprégné à fibres unidirectionnelles ou fortement orientées dans le sens longitudinal, avec par exemple 90 à 95% des fibres dans le sens chaîne et 5 à 10% des fibres dans le sens trame. Le tissu est imprégné à l'aide d'une résine telle qu'une résine époxyde, avec un taux de fibres de l'ordre de 70% en masse. De préférence, avant la mise en place du tissu llAb, 18, on met en place sur le balsa et sur le tirant un adhésif époxy armé par un mat de verre. Le second plancher 120 est réalisé de préférence par une technique de drapage à l'aide d'un ruban unidirectionnel pré-imprégré constitué par exemple de mèches de verre E continues et de résine époxyde, avec un taux de fibres de l'ordre de 50 à 70% en masse, autour d'un matériau de remplissage constitué, comme pour le caisson 110, de balsa de bout. Le remplissage est indiqué en 120a et les peaux obtenues par le drapage en 120b. Ici encore, une couche intermédiaire formée d'un adhésif dans lequel est noyé un mat de verre peut être prévue. Le second plancher 120 est assemblé par ses bords amincis 120c, dépourvus de matériau de remplissage, sur les rebords 116 du caisson en "U" de préférence par collage à 1 l'aide d'un adhésif époxy et le cas échéant boulonnage. Comme le montre la figure 6, des éléments raidisseurs transversaux 150 peuvent être prévus à intervalles réguliers au-dessous du second plancher 120 et fixés à celui-ci par collage. De préférence ces éléments 150 sont en forme de "oméga" reversés et réalisés par exemple en un stratifié d'un tissu de verre et de résine époxyde. Chaque caisson en "U" 110 est assemblé avec un caisson adjacent de la façon suivante: au niveau du premier plancher, incorporant les tirants, on réalise l'assemblage par interpénétration des inserts 12 et mise en place d'une broche 20. Au niveau des parois latérales 114, on utilise de préférence des plaques percées 160 qui sont collées et boulonnées à cheval sur les bords adjacents des deux parois, sur la face intérieure desdites parois, comme l'illustre la figure 6. Les éléments de second plancher 120 peuvent avoir une longueur identique à celle des caissons 110 ou différente. Dans l'exemple illustré sur les figures 6 et 7, le second plancher comprend des éléments centraux 120 légèrement plus courts que les éléments 110, et des éléments de second plancher de raccordement 120' sont prévus respectivement à l'aplomb de chaque assemblage entre deux caissons adjacents. Les éléments 120, 120' sont assemblés entre eux soit par une paire de plaques 170 situées à cheval sur les éléments et de part et d'autre de ceux-ci, et fixées par exemple par collage et boulonnage, soit encore, comme illustré dans la partie gauche de la figure 6, par un raidisseur transversal 150 au-dessous des éléments, coopérant avec une plaque 170 au-dessus des éléments. Des raidisseurs transversaux 150 peuvent également etre rapportés sur la surface intérieure du fond du caisson, à l'aplomb des raidisseurs 150 prévus sous le second plancher 120, 120'. Dans ce cas, les éléments 130 sont avantageusement disposés de part et d'autre de chaque paire de raidisseurs 150 et fixés par collage à la fois sur les faces latérales de ces raidisseurs, sur le dessous du second plancher 120 et sur le dessus du fond 112. De préférence, les plaques d'assemblage 160, 170 ainsi que les éléments de renfort 130 sont réalisés en matériau composite tissu de verre/résine époxyde, et une couche d'adhésif époxyde dans lequel est noyé un mat de verre est de préférence incorporée entre chaque plaque et l'élément sur lequel elle s'assemble. Pour assurer que la surface supérieure du second plancher assemblé soit lisse, des renfoncements sont de préférence prévus aux extrémités longitudinales des éléments de second plancher 120, 120', ces renfoncements étant obtenus de préférence en interrompant le matériau de remplissage à une certaine distance en deçà de chaque extrémité, l'épaisseur de l'élément étant alors réduite à la superposition des deux peaux. Si on le souhaite, un matériau de remplissage léger peut être incorporé dans l'espace intérieur délimité par le caisson 110 et le plancher 120. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite cidessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, un tirant selon la présente invention peut etre utilisé dans toute sorte de construction composite modulaire, comme élément devant accepter des contraintes de traction ou de compression importantes. REVENDICATIONS 1. Tirant pour construction composite modulaire, caractérisé en ce qu'il comprend: un matériau de remplissage (10) disposé essentiellement dans un plan, des moyens de liaison (12) prévus le long de deux bords d'extrémités longitudinales du matériau de remplissage, pour la liaison du tirant avec un élément adjacent de la construction, une peau (16) réalisé par enroulement sous tension de fibres continues pré-imprégnées avec une résine dans le sens longitudinal du tirant, autour du matériau de remplissage et des moyens d'attache, lesdits moyens de liaison comportant des faces (12a) disposées pour être recouvertes par ladite peau pour la solidarisation avec cette dernière et avec le matériau de remplissage et des faces (12c) disposées pour ne pas etre recouvertes par ladite peau afin de permettre la mise en oeuvre desdits moyens de liaison. 2. Tirant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison comprennent une pluralité d'inserts (12) disposés à intervalles réguliers le long de chaque bord d'extrémité longitudinale du matériau de remplissage et dans lesquels sont formées des ouvertures traversantes (12b) partageant un axe transversal commun (A) essentiellement parallèle audit bord d'extrémité, et la liaison du tirant par exemple avec un tirant adjacent s'effectuant par interpénétration des inserts des deux tirants et la mise en place d'une broche (20) dans les ouvertures alignées. 3. Tirant selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque insert s'appuie sur une poutre transversale (14) disposée le long du bord d'extrémité longitudinale considérée du tirant. 4. Tirant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (10) est un matériau présentant une masse volumique inférieure ou égale à environ 0,8 g/cm3. 5. Tirant selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les inserts (12) sont réalisés en un métal ou un alliage tel que l'acier inoxydable. 6. Elément modulaire composite pour structure portante, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson (110) dont une paroi de fond incorpore au moins un tirant selon l'une des revendications précédentes, les régions d'extrémités longitudinales du tirant étant débordantes par rapport aux extrémités longitudinales du caisson pour permettre la mise en oeuvre des moyens de liaison. 7. Elément modulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le caisson est formé d'une partie de section en forme générale de U (110) ouverte vers le haut et d'un plancher supérieur (120) fixé sur le dessus de ladite partie. 8. Elément selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le caisson (110) comporte un matériau de remplissage (114a) prolongeant latéralement le tirant (1) et une peau (114b, 18) recouvrant le matériau de remplissage et le tirant. 9. Structure portante, notamment passerelle, caractérisée en ce qu'elle comprend un assemblage d'au moins deux éléments selon l'une des revendications 6 à 8.