Brevet FR2691993A1 — publié le 19931210

Poutres composées à membrures renforcées L'invention concerne les supports mécaniques utilisés dans le domaine du bâtiment et des travaux publics. Plus particulièrement l'invention concerne les poutres et poutrelles. Les poutres classiques sont constituées par des supports horizontaux allongés présentant une section transversale étudiée afin de montrer une bonne résistance à la flexion. Ces poutres sont le plus souvent réalisées en bois, en métal ou encore en béton armé, le choix du matériau résultant principalement de la résistance recherchée. Les poutres classiques sont soumises principalement à des moments fléchissants et à des efforts tranchants. Elles sont dites "de plancher" ou poitrail, lorsqu'elles divisent l'espace à couvrir en deux ou plusieurs parties et reçoivent les abouts des solives en faisant l'office d'un mur. Les poutres simples se composent d'une seule pièce d'une section calculée pour résister aux efforts qui tendent à les faire fléchir. Quand ceux-ci sont trop importants on fait appel aux poutres armées ou aux poutres composées. Afin de renforcer la résistance des poutres on utilise ainsi des poutres armées constituées de plusieurs éléments solidarisés entre eux, par exemple par une triangulation. Les poutres en béton armé comportent quant à elles dans leur partie inférieure une armature constituée par des aciers qui résistent aux efforts de traction et dans leur partie supérieure une armature d'autres aciers appelés chapeaux. Des étriers réunissent ces pièces et résistent aux efforts tranchants. On utilise également les poutres composées ou poutres en I, comportant une âme verticale assemblée à des ailes ou semelles horizontales encore appelées membrures. L'invention se rapporte plus précisément à ce dernier type de poutre. Bien que généralement pleine, l'âme entrant dans la constitution de ces poutres composées peut également être ajourée. Cela est notamment le cas de certaines poutres composées métalliques dont l'âme peut être constituée d'un treillage de barres assemblées le plus souvent à 45" ou 60 . Certaines poutres en I dont les membrures sont en bois possèdent également des âmes métalliques se présentant sous la forme d'un treillis ou d'une taule gauffrée. Bien que pouvant être constituées par d'autres matériaux, les membrures des poutres composées présentant une section transversale en I sont très fréquemment en bois. En effet ce matériau présente, de par sa structure ligneuse, de bonnes caractéristiques mécaniques et, en particulier un bonne résistance à la flexion. Par ailleurs, le bois présente un coût relativement faible par rapport à d'autres matériaux tels que l'acier. De plus l'aspect esthétique du bois lui permet d'être utilisés pour des poutres apparentes, ce que ne permet généralement pas l'acier. On utilise ainsi différentes essences de bois et notamment les ligneux à croissance rapide tels que les résineux et notamment les pins et les épicéas. Les membrures en bois des poutres en I sont classiquement constituées de tronçons présentant une section transversale uniforme, généralement carrée ou rectangulaire, et aboutis en longueur de façon à présenter une longueur correspondant à la longueur de poutre requise. L'utilisation du bois pour constituer de telles membrures connaît cependant des limites. En effet, le dimensionnement de la section des membrures en réponse aux efforts de flexion qu'auront à subir les poutres est limité, compte-tenu notamment des conditions d'encombrement. Un objectif de la présente invention est de présenter une poutre composée à section transversale en I pouvant présenter un dimensionnement réduit par rapport aux poutres classiques de l'état de la technique, tout en présentant une résistance à la flexion et aux efforts tranchants améliorée. Un autre objectif de l'invention est de fournir un telle poutre pouvant présenter, pour une section transversale de membrures donnée, une longueur maximale sensiblement supérieure aux poutres en I de facture classique. Encore un autre but de l'invention est de proposer une telle poutre présentant une coût relativement faible et pouvant par ailleurs être fabriquée selon un procédé de fabrication simple. Ces différents objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints grâce à l'invention qui concerne une poutre composée présentant une section transversale en I constituée par l'assemblage d'une âme, d'une membrure haute fixée à l'extrémité supérieure de ladite âme et d'une membrure basse fixée à l'extrémité inférieure de ladite âme, caractérisée en ce qu'au moins une des dites membrures est constituée par la superposition d'au moins deux lames de bois séparées par au moins une couche de renforcement en matériau fibreux dont les fibres s'étendent essentiellement parallèlement à l'axe longitudinal de ladite poutre, lesdites lames de bois et ladite couche de renforcement étant solidarisées entre elles par un adhésif. Selon l'invention, la combinaison des lames de bois et de la ou des couches de renforcement constituées de matériaux fibreux permet ainsi d'obtenir une poutre présentant une résistance à la flexion plus élevée que les poutres munies de membrures tout bois. li pourra bien sûr être librement envisagé par l'homme de l'art de fabriquer des poutres selon l'invention présentant une seule des deux membrures ou présentant les deux membrures constituées de la sorte, en fonction de la nature et de l'importance de la résistance recherchée. Par ailleurs, pour une section transversale donnée, le nombre de lames de bois constituant l'une des deux membrures ou les deux membrures, pourra être choisi en fonction de la résistance que l'on cherchera à conférer à la poutre. Selon une variante de l'invention, lesdites lames de bois et ladite couche de renforcement en matériaux fibreux constituant au moins une des deux membrures sont superposées selon une disposition verticale. Une telle disposition permet notamment d'accroître la résistance aux efforts tranchants subis par la poutre. Selon une autre variante de l'invention, lesdites lames de bois et ladite couche de renforcement en matériau fibreux constituant au moins une des deux membrures sont superposées selon une disposition horizontale. Outre l'amélioration de la résistance aux efforts tranchants, cette disposition permet également d'améliorer la résistance de la poutre aux moments fléchissants. Préférentiellement, chacune des dites lames de bois est constituée d'au moins deux tronçons aboutis en longueur, les zones d'aboutissement reliant les tronçons de chaque lame de bois étant situées dans des plans sensiblement verticaux différents des plans sensiblement verticaux au niveau desquels sont situées les zones d'aboutissement reliant les tronçons de l'autre ou des autres lames de bois, le décalage des zones d'aboutissement de chaque lame vis-à-vis des zones d'aboutissement des autres lames ainsi obtenu permettant de renforcer la résistance mécanique de ladite poutre et de réduire au minimum les risques de rupture au niveau des zones d'aboutissement. Dans les poutres classiques les zones d'aboutissement se situent généralement chacune dans un plan sensiblement vertical unique puisque les membrures sont constituées de tronçons de bois présentant chacun une section transversale correspondant à la section transversale de la membrure qu'ils constituent. L'utilisation selon l'invention de membrures constituées de lames de bois séparées entre elles par des couches de renforcement induit la possibilité de positionner les zones d'aboutissement de chaque lames d'une même membrure dans des plans sensiblement verticaux différents et ainsi de décaler les zones d'aboutissement d'une lame par rapport aux zones d'aboutissement des autre lames appartenant à la même membrure. Ce décalage permet d'accroître notablement la résistance à la flexion des membrures et autorise ainsi la mise en oeuvre de l'invention pour la réalisation de poutres composées présentant une longueur totale supérieure, pour une section transversale de membrure donnée, à la longueur des poutres de l'état de l'art. Bien qu'il puisse être envisagé d'utiliser tout type de matériau de renforcement pour constituer ladite couche de renforcement, cette couche est, selon une variante préférentielle, constituée de fibres de verre. La fibre de verre est d'un coût relativement peu élevé et présente des caractéristiques mécaniques la rendant particulièrement adéquate pour être utilisée dans le cadre de l'invention. Selon une autre variante préférentielle, ladite couche de renforcement est constituée de fibres de carbone. Bien que présentant un coût plus élevé que celui de la fibre de verre, la fibre de carbone montre des caractéristiques de résistance mécanique qui peuvent, par exemple dans le cadre de la réalisation de poutres très longues, avantageusement être exploitées afin de conférer à ces poutres une résistance très élevée. Avantageusement, lesdites fibres présentent une longueur sensiblement identiques à la longueur desdites membrures. Selon une telle caractéristique et dans le cas ou les lames sont chacune constituées d'au moins deux tronçons aboutis entre eux, la couche de renforcement ne s'interrompt par au niveau de la ou des zones d'aboutissement. La résistance mécanique de la poutre s'en trouve ainsi encore renforcée. Selon une variante de l'invention, ladite âme est constituée d'au moins deux panneaux verticaux ou d'au moins deux âmes métalliques verticales s'étendant longitudinalement entre ladite membrure haute et ladite membrure basse. Une telle constitution double de l'âme permet avantageusement de transférer de façon plus uniforme que dans le cas d'une âme simple, la charge supportée par la membrure haute à la membrure basse. Selon une autre variante de l'invention, ladite âme est constituée d'au moins deux panneaux verticaux ou d'au moins deux âmes métalliques verticales s'étendant longitudinalement de part et d'autre de ladite membrure haute et ladite membrure basse. Une telle constitution double de l'âme permet non seulement de transférer de façon plus uniforme la charge de la membrure haute vers la membrure basse mais présente aussi l'avantage de faciliter la fabrication de la poutre. D'une façon particulièrement intéressante, ladite membrure haute et ladite membrure basse sont toutes deux constituées par la superposition d'au moins deux lames de bois séparées par au moins une couche de renforcement en matériau fibreux. Pour chacune de ces membrures il pourra être choisi de disposer les lames soit de façon verticale, soit de façon horizontale. L'invention ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation de l'invention en référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation de poutre composée à section transversale en I selon l'invention; - les figures 2 à 6 représentent des vues de face de coupes transversales de cinq autres modes de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, une poutre composée 1 présentant une section transversale en I est constituée d'une âme 2, d'une membrure haute 3 et d'une membrure basse 4 en bois de sapin. Ces membrures 3,4 présentent toutes deux une section transversale carrée sensiblement identique. On notera toutefois, que dans d'autres modes de réalisation, la membrure haute pourra présenter une section transversale différente de celle de la membrure basse. L'âme 2 relie les deux membrures 3, 4 entre elles selon un axe central longitudinal. Cette âme peut être constituée d'un seul ou de plusieurs panneaux de bois aboutis entre eux. Selon l'invention, la membrure haute 3 et la membrure basse 4 sont constituées de lames de bois 5 séparées entre elles par une couche de renforcement 6. Dans le cadre du mode de réalisation représenté à la figure 1, ces lames de bois sont superposées selon un mode horizontal mais on notera, comme il apparaîtra par la suite dans la description d'autres modes de réalisation, que ces lames peuvent également être disposées d'autres façons, sans sortir du cadre de l'invention. Les couches de renforcement 6 sont constituées par de la fibre de verre disposée essentiellement parallèlement à l'axe longitudinal de la poutre 1, présentant une longueur sensiblement identique à la longueur des membrures 3 et 4. Dans le cadre de la réalisation du présent exemple, du verre E, ruban UC420 unidirectionnel fourni par la Société VETROTEX a été utilisé. Les couches de renforcement 6 sont solidarisées aux lames de bois 5 grâce à un matériau adhésif compatible à la fois avec le bois et avec la fibre de verre. Dans le cadre de la réalisation du présent exemple, on a utilisé en tant que matériau adhésif la résine Enocol RLF 190 et le durcisseur DL 166 fourni par la Société CECA La présence des couches de renforcement 6 au sein des membrures haute 3 et basse 4 permet d'améliorer notablement la résistance mécanique de celles-ci à la fois aux moments fléchissants et aux efforts tranchants. La résistance mécanique de l'ensemble de la poutre 1 s'en trouve ainsi considérablement améliorée ce qui permet d'utiliser des membrures présentant une section transversale inférieure à la section transversale des membrures des poutres classiques, tout en assurant une résistance mécanique équivalente. Comme on peut le voir sur la figure 1, chaque lame de bois 5 est constituée de plusieurs tronçons de bois 7 aboutis entre eux en des zones d'aboutissement 8 de façon à obtenir la longueur de poutre 1 requise. On notera que sur la figure 1, la longueur des tronçons 7 a été réduite pour la clarté du dessin. Les zones d'aboutissement 8 de chaque lamelle 5 sont situées dans des plans verticaux différents des plans dans lesquels se situent les zones d'aboutissement 8 des autres lamelles 5. Ces zones d'aboutissement 8 se trouvent ainsi décalées d'une lame 5 à l'autre ce qui a pour effet d'accroître encore la résistance mécanique des membrures. Dans le cadre de la réalisation de poutres classiques, les zones d'aboutissement des tronçons entre eux sont classiquement situées dans un unique pIan vertical puisque ces membrures sont constituées de plusieurs tronçons aboutis entre eux présentant une section transversale correspondant à la section transversale des membrures. La poutre montrée à la figure 1 peut présenter une longueur totale de douze mètres et supporter des charges très importantes. Selon la figure 2, un deuxième mode de réalisation de la poutre composée à section transversale en I selon l'invention est représenté. Contrairement à la poutre représentée à la figure 1, cette poutre présente des membrures haute 3 et basse 4 constituées chacune de deux lames de bois 5 séparées entre elles par une couche de renforcement 6. Par ailleurs, l'âme 2 de cette poutre est constituée par deux panneaux de bois 9 et 10 disposés entre la membrure haute 3 et la membrure basse 4. Chacun des panneaux 9 et 10 est solidement fixé à la fois à la membrure haute et à la membrure basse. Cette disposition des panneaux constituant l'âme permet de répartir de façon plus uniforme les forces transmises par la membrure haute 3 à la membrure basse 4. Selon un troisième mode de réalisation de la poutre en I selon l'invention, la poutre représentée à la figure 3 présente une membrure haute 3 et une membrure basse 4 reliées entre elles par une âme constituée par deux panneaux de bois 11,12 solidarisés aux membrures de part et d'autre de celles-ci. Les membrures basse 4 et haute 3 sont également constituées chacune de deux lames de bois 5 disposées horizontalement séparées par une couche de renforcement 6 en fibre de verre. Ce mode de réalisation particulier de l'âme présente en outre l'avantage de faciliter la fabrication de la poutre. Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, la poutre en I représentée à la figure 4 présente une membrure haute 3 et une membrure basse 4 constituées chacune de deux lames de bois 5 séparées entre elles par une couche de renforcement 6. Ces couches de renforcement 6, constituées de fibre de verre et solidarisées aux lames de bois 5 sont disposées verticalement. Cette disposition verticale permet d'augmenter la résistance mécanique des membrures particulièrement aux efforts tranchants. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, une poutre en I montrant des membrures haute 3 et basse 4 présente une âme constituée de deux panneaux de bois 9 et 10 séparant les membrures. Enfin, selon le mode de réalisation représenté à la figure 6, une poutre en I munie de membrures 3 et 4 constituées de lamelles 5 séparées entre elles par une couche de renforcement 6 disposée verticalement, présente une âme constituée de deux panneaux 11 et 12 solidarisés aux membrures par fixation de part et d'autre de celles-ci. Les poutres représentées aux figures 1 à 6 présentent une résistance mécanique, tant aux efforts de flexion qu'aux efforts tranchants, considérablement améliorée par rapport aux poutres de l'état de la technique et peuvent être utilisées dans de nombreux domaines, notamment pour constituer des charpentes ou des coffrages de maçon, etc... De plus, ces poutres peuvent être réalisées selon un mode de mise en oeuvre relativement simple et à un coût raisonnable. En fonction de la nature des contraintes qu'aura à subir la poutre utilisée, on pourra choisir d'utiliser des couches de renforcement disposées de façon horizontale ou de façon verticale. Ces contraintes détermineront également le choix entre une âme simple ou une âme double. Les exemples de réalisation ici décrits ne sont en aucun cas limitatifs. En particulier, il pourra être envisagé d'utiliser une disposition des couches de renforcement autres que la disposition verticale ou la disposition horizontale décrite, sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, on pourra également utiliser une âme constituée de plus de deux panneaux de bois. Cette âme pourra également être métallique. Les dimensionnements des membrures et des lames pourront bien évidemment varier par rapport à ceux représentés dans les figures 1 à 6 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Poutre composée (1) présentant une section transversale en I constituée par l'assemblage d'une âme (2), d'une membrure haute (3) fixée à l'extrémité supérieure de ladite âme (2) et d'une membrure basse (4) fixée à l'extrémité inférieure de ladite âme (2), caractérisée en ce qu'au moins une desdites membrures (3, 4) est constituée par la superposition d'au moins deux lames de bois (5) séparées par au moins une couche de renforcement (6) en matériau fibreux dont les fibres s'étendent essentiellement parallèlement à l'axe longitudinal de ladite poutre, lesdites lames de bois (5) et ladite couche de renforcement (6) étant solidarisées entre elles par un adhésif. 2. Poutre composée (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdites lames de bois (5) et ladite couche de renforcement (6) en matériau fibreux constituant au moins une des deux membrures (3, 4) sont superposées selon une disposition verticale. 3. Poutre composée (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdites lames de bois (5) et ladite couche de renforcement (6) en matériau fibreux constituant au moins une des deux membrures (3, 4) sont superposées selon une disposition horizontale. 4. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que chacune desdites lames de bois (5) est constituée d'au moins deux tronçons (7) aboutis en longueur, les zones d'aboutissement (8) reliant les tronçons (7) de chaque lame de bois (5) étant situées dans des plans sensiblement verticaux différents des plans sensiblement verticaux au niveau desquels sont situées les zones d'aboutissement (8) reliant les tronçons de l'autre ou des autres lames de bois (5), le décalage des zones d'aboutissement (8) de chaque lame vis-à-vis des zones d'aboutissement (8) des autres lames ainsi obtenu permettant de renforcer la résistance mécanique de ladite poutre (1). 5. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ladite couche de renforcement (6) est constituée de fibres de verre. 6. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ladite couche de renforcement (6) est constituée de fibres de carbone. 7. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que lesdites fibres présentent une longueur sensiblement identique à la longueur desdites membrures (3, 4). 8. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que ladite âme (2) est constituée d'au moins deux panneaux (9, 10) verticaux ou d'au moins deux âmes métalliques verticales s'étendant longitudinalement entre ladite membrure haute (3) et ladite membrure basse (4). 9. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que ladite âme (2) est constituée d'au moins deux panneaux (11, 12) verticaux ou d'au moins deux âmes métalliques verticales s'étendant longitudinalement de part et d'autre de ladite membrure haute (3) et de ladite membrure basse (4). 10. Poutre composée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que ladite membrure haute (3) et ladite membrure basse (4) sont toutes deux constituées par la superposition d'au moins deux lames de bois (5).