Brevet FR2692301A1 — publié le 19931217

MATERIAU DE CONSTRUCTION A BASE DE BOIS LAMELLE-COLLE. La présente invention a trait à un nouveau type de matériau en bois du type lamellé-collé, matériau qui dans la suite de la description, sera désigné par l'expression "poutre". Parmi les matériaux les plus anciens utilisés pour la réalisation d'ouvrages divers, notamment pour réaliser les éléments devant résister à la flexion, le plus ancien qui est encore couramment utilisé à ce jour, est le bois. Le bois, comme matériau de construction, a la particularité d'avoir une très grande variabilité de ses propriétés mécaniques étant donné qu'il s'agit d'un matériau naturel Ces propriétés sont influencées, au sein de chaque essence, par des paramètres géo-climatiques, par des données sylvicoles, ou encore par des caractéristiques de transformation De plus, les produits dérivés de sa transformation sont limités dans leur géométrie et dans leur volume Les produits de sciages ont rarement une longueur supérieure à dix mètres, avec des sections maximales de l'ordre de 180/300 cm, ce qui limite donc le domaine d'utilisation d'un tel produit. Par ailleurs, pour déterminer des valeurs mécaniques caractéristiques, mises à disposition des ingénieurs par l'intermédiaire des normes pour chaque type de produit bois destiné à la structure, les valeurs inférieures de résistance et de module de déformation, obtenues par essais destructifs d'échantillonnage adapté, sont considérés comme référence Presque unanimement, et pour les valeurs de résistance, le fractile 5 % (valeur pour laquelle 5 % des pièces testées ont des caractéristiques inférieures), est la donnée de référence A ce fractile 5 %, est associé un coefficient de sécurité (s) de mise en oeuvre Le quotient fractile 5 % divisé par le coefficient de sécurité, (s), donne les valeurs de résistance admissibles, utilisables par le spécialiste pour le dimensionnement de l'ouvrage (charpente par exemple). Un tel système d'exploitation est donc fortement dépendant des valeurs de résistance les plus faibles, sans exploiter l'existence de valeurs plus élevées A titre illustratif, au sein d'une même essence, un facteur d'environ huit, entre les résistances les plus faibles et les résistances les plus élevées, est usuel Une telle variabilité entraîne donc de pouvoir réaliser un triage ou classement des bois en fonction des caractéristiques qu'il présente La méthode la plus ancienne consiste à réaliser un classement par simple contrôle visuel, ce qui de manière évidente, donne des résultats très médiocres Très récemment, il a été proposé de réaliser des contrôles non destructifs, comme par exemple à l'ultrason ou le contrôle de flexion, ce qui permet d'obtenir des résultats nettement meilleurs Malgré de tels contrôles, il subsiste toujours une forte variabilité, engendrant des valeurs admissibles d'exploitation relativement faibles, et surtout, une fiabilité incertaine. Pour obtenir des produits, telles que des poutres de grande longueur et de section non limitée et qui présentent par ailleurs des caractéristiques mécaniques beaucoup plus constantes et reproductibles d'une poutre à une autre, il a été proposé il y a bientôt un siècle, de réaliser des matériaux en bois selon la technique dite "lamellé-collé", qui consiste à débiter le bois en lamelles de grande longueur et de faible épaisseur, et à le reconstituer en superposant lesdites lamelles, le plus souvent à fils parallèles et en les assemblant entre elles par collage Une telle technique a l'avantage d'offrir des caractéristiques géométriques très larges et permet, grâce aux techniques d'aboutage (opération de mise bout à bout des lames), d'obtenir des ensembles de très grande longueur (pouvant atteindre trente à quarante mètres), la seule limite étant celle du problème de transport. Toutes les techniques de reconstitution de bois par lamellation, présentent à la fois un avantage et un inconvénient. Comme avantage, il permet d'éliminer les poutres à caractéristiques très faibles, par effet de distribution des contraintes sur les lamelles plus fortes (effet de moyenne dans le domaine des contraintes faibles) En celà, il permet des valeutrs admissibles de résistance, en général légèrement supérieures à celles de bois sciés de qualité équivalente. En revanche, à cause de la faiblesse de l'aboutage sous des contraintes de traction, qui se retrouve toujours dans une lamelle externe tendue (cas de la flexion), la résistance moyenne du bois lamellé-collé est inférieure à celle du même bois non collé En effet, quand la poutre travaille en flexion, ce qui représente 70 % à 80 % des cas, une des deux lames externes est tendue Quand cette lame casse, dans un aboutage ou dans un noeud de la planche, elle transfère ses contraintes à la lame supérieure, et la poutre casse complètement On parle alors d'un fonctionnement sériel, fragilisant la poutre De plus, si le collage de l'aboutage est mal maîtrisé par le producteur, ce qui est très difficilement contrôlable, l'aboutage est systématiquement un facteur supplémentaire de variabilité, occasionnant des poutres à caractéristiques faibles, et entraînant donc un manque de fiabilité du produit. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type de matériau de construction en bois obtenu selon la technique de lamellation, qui permet de résoudre ces problèmes et élimine pratiquement tous risques de casse de la poutre en cas de rupture de l'une des lames externes de la zone tendue lorsque la dite poutre travaille en flexion. D'une manière générale, le nouveau matériau de construction conforme à l'invention est constitué par une structure en bois lamellé- collé, et se caractérise en ce que, si l'on considère ledit matériau lors de son utilisation, au moins la couche externe la plus tendue lors d'un travail en flexion, est constituée d'une structure lamellée- collée, recollée contre la couche qui lui est adjacente dans le sens de la force de flexion. En d'autres termes, si l'on considère que le matériau conforme à l'invention se présente sous la forme d'une poutre de section rectangulaire, disposée verticalement, la force de flexion s'exerçant à la partie supérieure de ladite poutre, au moins la couche inférieure de la structure de lamellé-collé conforme à l'invention, sera constituée par une épaisseur d'un bois lamellé-collé, recollé dans le sens vertical. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite en se référant à une telle disposition et à un tel type de poutre à section rectangulaire. Par ailleurs, si dans une forme de réalisation, le matériau conforme à l'invention comporte une seule couche de lamellé-collé, recollé ainsi dans le sens vertical, les autres couches étant constituées de lamelles recollées dans le sens horizontal, selon une variante conforme à l'invention, une seconde couche de lamellé-collé rapportée dans le sens vertical peut être disposée à la partie supérieure. Enfin, selon une autre forme de réalisation, l'ensemble du matériau conforme à l'invention, est constitué en totalité, de couches de lamellé- collé disposées verticalement et solidarisées entre elles par collage. Il convient également de noter que selon une caractéristique essentielle de l'invention, la couche de lamellé-collé disposée dans le sens vertical, doit comporter au moins trois à quatre lames élémentaires, pour bénéficier de l'effet de redistribution des contraintes de la lame la plus faible localement sur les lames verticales adjacentes (effet parallèle), l'augmentation du nombre de lames verticales permettant de diminuer la variabilité de résistance des poutres produites, et donc d'augmenter leur fiabilité. Les figures 1, 2 et 3 illustrent, de manière schématique, les trois formes de réalisation d'un matériau de construction en bois lamellé-collé réalisé conformément à l'invention. Dans l'exemple illustré à la figure 1, une telle poutre se compose d'un ensemble lamellé-collé conventionnel ( 1), constitué de onze couches parallèles disposées horizontalement et, recollée dans un sens vertical, d'une couche ( 2) d'un lamellé-collé comportant cinq lamelles et disposée dans la zone la plus tendue, et donc orientée dans le sens o s'exerce la flexion. Dans l'exemple illustré à la figure 2, le matériau conforme à l'invention se présente sous la forme d'une poutre également de section rectangulaire, constituée dans sa partie centrale d'un lamellé-collé conventionnel ( 1) comportant dix couches horizontales et, situées de part et d'autre de cette zone centrale ( 1), de deux couches ( 2) de lamellé-collé, recollées dans le sens vertical, et constituées chacune de cinq lames. La variante illustrée à la figure 3 d'un matériau conforme à l'invention, est constituée uniquement de couches ( 2) de lamellé-collé disposées verticalement dans le sens o s'exerce la flexion. Grâce à une telle conception selon laquelle on positionne, dans la partie tendue de la poutre, au moins une épaisseur ( 2) de lamellé-collé, recollé dans un sens vertical, on retrouve donc une pluralité de lamelles ( 2 a,2 b) fonctionnant simultanément sur la surface tendue Par suite, si l'une de ces lamelles casse, les lamelles adjacentes supportent les contraintes, en se les redistribuant, et le système continue de résister Un tel fonctionnement s'apparente à un système parallèle très favorable d'un point de vue résistance ultime Cela permet d'augmenter la résistance moyenne de la poutre et limite considérablement l'existence de valeurs faibles résultant d'un problème d'aboutage ou d'un gros défaut local sur une lame (noeud). D'une manière générale, on peut dire que si le coefficient de variation, rapport écart-type sur moyenne, du bois d'approvisionnement (les lames butes) est de 25 % par exemple, le coefficient de variation du bois lamellé-collé conventionnel sera de 18 à 20 %, et celui du bois réalisé conformément à l'invention de l'ordre de 10 à 13 % La réduction de cette variabilité est liée directement au gain de fiabilité et permet ainsi d'augmenter les valeurs de résistance utilisées par les spécialistes pour le dimensionnement des structures. Une telle conception permet d'obtenir des poutres ayant des valeurs admissibles de résistance supérieures de 30 à 40 % par rapport à des poutres réalisées en lamellé-collé classique On obtient également une évolution du module d'élasticité de 10 à 20 % par rapport aux normes actuelles des différents pays. De plus, la qualité mécanique de la poutre est encore optimisée en triant les meilleures lames que l'on destine préférentiellement aux lames verticales. Comme dit précédemment, dans le matériau conforme à l'invention, il convient d'avoir au minimum trois à quatre lames dans l'élément lamellécollé disposé verticalement dans la zone tendue Pour des largeurs de poutres faibles, par exemple inférieures à 110 mm, il conviendra d'utiliser des lames de environ 25 mm d'épaisseur par exemple pour réaliser l'élément disposé dans la zone tendue Pour des largeurs supérieures, des lames classiques de 33 mm d'épaisseur ou plus conviennent Bien entendu, la diminution d'épaisseur des lames de l'élément multi-colré disposé dans la zone tendue, est un paramètre d'optimisation en ce sens qu'il augmente le nombre de lames verticales et ainsi qu'il réduit la variabilité de résistance des poutres. Il convient également de noter que le produit conforme à l'invention présente un autre avantage qui est que les valeurs mécaniques qui en découlent, sont valables pour toutes les sections Si la hauteur de la section augmente, dans le cadre d'un produit lamellé-collé conventionnel, des coefficients réducteurs interviennent pour réduire les valeurs admissibles, prenant en ce sens en compte des effets volumes négatifs sur la résistance de la poutre (cas de tous les systèmes sériels). Avec le produit conforme à l'invention, il n'y a pas d'effet volume, pour autant que l'élément disposé dans la zone tendue, représente au moins % de la section. Un tel matériau peut être réalisé à partir de tous types de bois et selon les techniques conventionnelles de lamellation, techniques qui ne seront donc pas décrites par mesure de simplification Les propriétés mécaniques de la poutre seront déduites des propriétés des bois d'approvisionnement (sapin, épicéa, pin, mélèze). REVENDICATIONS 1/ Matériau de construction à base de bois lamellé-collé, caractérisé en ce que, si l'on considère ledit matériau lors de son utilisation, au moins la couche externe ( 2) la plus tendue lors d'un travail en flexion est constituée d'une couche lamellée-collée ( 2 a,2 b), recollée contre la couche ( 1) qui lui est adjacente dans le sens de la flexion, par exemple dans le sens vertical si le matériau se présente sous la forme d'un poutre de section rectangulaire, disposée verticalement, et sur laquelle la force de flexion s'exerce à la partie supérieure de ladite poutre. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seule couche ( 2) de lamellé-collé, recollée dans le sens vertical, les autres couches ( 1) étant constituées de lamelles recollées dans le sens horizontal. 3/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux couches ( 2) de lamellé-collé, recollées dans le sens vertical, disposées de part et d'autre d'une couche centrale ( 1) constituée d'un lamellé-collé horizontal. 4/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de couches de lamellé-collé ( 2), disposées verticalement et disposées entre elles par collage. / Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de lamellé-collé ( 2) disposée dans le sens vertical, comporte au moins trois à quatre lames élémentaires.