Brevet FR2697857A1 — publié le 19940513

La présente invention conçerne les poutrelles utilisées comme éléments porteurs des planchers préfabriqués. Ces poutrelles,composants de structure assoçiés à divers coffrages,et complétés par du béton coulé à la mise en oeuvre,sont largement utilisées dans le domaine des constructions courantes. Â partir des années 50, deux types principaux de ces poutrelles ont connu en France et en Europe un développement considérable. D'une part,les poutrelles massives à section transversalehen forme de T renversé, telles que les représentent la figure I ; réalisées à l'origine en béton armé , elles utilisent aujourd'hui,très majoritairement,la précontrainte par adhérence. D'autre part,les poutrelles métalliques légères à base préenrobée de béton, telles que représentées par la figure 2 ; elles comprennent une armature soudée à treillis de type Warren,composée d'un raidisseur (I) supérieur,d'un treillis (2) en général à deux nappes,et de deux açiers de base (3) enrobés par un talon (4) en béton préfabriqué,à section généralement rectangulaire; ces poutrelles légères, depuis 1' origine,utilisent pour leur dimensionnement le calcul du béton armé. Ta présente invention conçerne en priorité ces poutrelles légères à base enrobée, elle vise à leur perfectionnement,par une meilleure utilisation de leurs constituants habituels,dans le but d'améliorer leurs performances,et par là même leurs possibilités d'utilisation. Ces poutrelles légères,comme leur nom le rappelle,sont aisément maniables et façiles à transporter;leur mise en oeuvre n' exige aucun moyen de manutention mécanique ,avantage appréçié notamment par les constructeurs de maisons individuelles; en contre-partie,elles neçessitent un étayage provisoire plus important que celui qu'impose l'utilisation des poutrelles en forme de T renversé,d'un poids métrique supérieur,mais qui en revanche sont dotées d'une plus grande raideur longitudinale. I1 est donc normal qu'on ait cherché à augmenter cette raideur longitudinale dans les poutrelles légères à treillis enrobé,la réduction,voire la suppression de l'étaiement provisoire étant un argument d'une valeur économique certai ne. Plusieurs dispositions ont donc été imaginées,et utilisées dans ce but En premier lieu,majorer l'inertie de la base préfabriquée,en modifiant sa forme de façon plus ou moins élaborée ; les figures 3,4 et 5 montrent trois variantes connues de cette solution,simple et efficace,mais qui comportent toutes l'inconvénient d'alourdir notablement la poutrelle,suppiinunt ainsi l'avantage important et original de sa maniabilité. En illustration de ceçi, la variante actuelle la plus élaborée,que représente la figure 5,permet effectivement d'obtenir une raideur longitudinale à peu près équivalente à celle des poutrelles précontraintes de type courant,mais évidemment pour un poids métrique du même ordre. En second lieu, il est connu et pratiqué d'augmenter la raideur des poutrelles légères,en majorant la section de leur raidisseur (I) et parfois également celle de leur treillis (2) sans aucune modification de leur talon (4) préfabriqué. Cette seconde solution,si elle augmente nettement la raideur longitudinale de la poutrelle ainsi renforçée,sans modifier notablement son poids métrique,est malheureusement très vite limitée dans 2es applications pratiques par le coût supplémen taire d'açier qui en résulte. La présente invention se propose de résoudre ce problème,actuellement sans véritable solution,en améliorant de façon importante la raideur longitudinale des poutrelles légères à treillis,sans pour cela modifier leur poids métrique, tout en leur conservant un coût de production équivalent. L' objet de l'invention est une poutrelle légère à treillis à base préenrobée,dite "Poutrelle légère à raideur améliorée". Cette amélioration est obtenue selon l'invention au moyen d'une combinaison nouvelle plus efficace des constituants habituels d'une poutrelle légère à treillis, à savoir son armature et sa base préfabriquée en béton. Cette combinaison nouvelle plus efficace est le fruit d'un agençement très préçis et d'une conformation très élaborée de ces constituants habituels et connus;elle a pour résultat nouveau d'optimiser leur collaboration mécanique,l'armature se trouvant en partie immobilisée par une gatne rigide de béton s' opposant à sa déformation et à son flambage, et la base préfabriquée ,de forme particulière, étant élégie, ou délestée, de toute matière non-indispensable au gainage de l'armature, comme aussi à la résistance nécessaire à cette même base préfabriquée. On obtient,par ces moyens et dispositions selon 1' invention,une poutrelle légère à raideur améliorée exigeant moins d'étais provisoires,et dont le poids au mètre est pratiquement le même que celui d'une poutrelle à treillis de type courant,telle que décrite en page I du présent brevet,et selon la figure 2 du même. La poutrelle légère à raideur améliorée possède,de par sa conformation selon la présente invention une bonne aptitude au rétablissement du monolithisme au sein du plancher terminé, dont elle est l'élément résistant et porteur;elle y réalise en même temps une liaison structurelle efficace. Ces caractéristiques avantageuses découlent directement de l'agencement et de la conformation de la poutrelle objet de l'invention,la liaison structurelle s'y trouvant assurée par le treillis (2),ancré dans le talon (4) et dont la partie supe- rieure,soudée au raidisseur (I) émerge en attente du béton complémentaire (8) ,et le rétablissement du monolithisme du plancher terminé étant favorisé par la forme donnée selon l'invention à la base préfabriquée,conçue également dans ce but. Ces caractéristiques utiles,attachées à la poutrelle à raideur améliorée,vont dans le sens des exigences règlementaires relatives aux structures préfabriquées, qui ainsi qu'on le sait, sont particulièrement élevées dans les régions ou il existe un risque sismique majeur. La figure 6 représente,dans un mode de réalisation préférentiel,en coupe transversale et en perspective cavalière,la poutrelle selon l'invention avec son armature et sa base préfabriquée en béton constituée d'un talon (4) de section de préférence trapézoidale,assoçié à une nervure centrale (5) de largeur réduite. De part et d'autre de cette nervure centrale (5) le talon (4) est creusé d'une gorge trapézoidale (6),de préférence filante,et sur les flancs quasi-verticaur de la même nervure centrale (5)il est réalisé un crantage (7) de-faible profondeur, de préférence multiple,horizontal et continu. Les gorges trapézoidales (6) ont pour utilité de faire partiçiper le talon (4) à la reprise, ou liaison entre la base préfabriquée et le béton complémentaire (8), et de réduire en même temps le poids métrique de cette base préfabriquée. Le crantage (7) a pour utilité d'améliorer le sçellement de la nervure centrale (5),dans le béton complémentaire (8) du plancher terminé la figure 7 représente,en coupe transversale et dans le mode de réalisation décrit la poutrelle à raideur améliorée en place dans un plancher préfabriqué à entrevous de coffrage (9) ;elle permet de voir comment le béton complémentaire (8) remplit et comble,par gravité,les gorges trapézoidales (6) creusées dans le talon (4),en même temps qu'il enserre bi-latéralement la nervure centrale (5),dont le sçellement est amélioré par le crantage (7) des flancs de cette nervure centrale 15). la figure 7 montre aussi comment les entrevous de coffrage (9) reposent, par l'intermédiaire de leurs becquets d' appui (IO),sur la partie supérieure du talon (4), et cela comme à l'accoutumée. la forme particulière donnée, selon l'invention présente, à la base préfabriquée de la poutrelle légère à raideur améliorée lui confère,dans l'axe vertical,une inertie très supérieure à celle d'un talon rectangulaire de masse égale,tel que représenté par la figure 2.Ainsi, la base préfabriquée,composée selon l'invention du talon (4) assoçié à la nervure centrale (5) offre une résistance accrue aux efforts agissant dans le plan vertical, ce qui est utile surtout durant la mise en oeuvre du plancher. Dans les proçédés connus ayant pour but d'augmenter la raideur longitudinale des poutrelles à treillis, certains, représentés par les figures 4 et 5, réalisent sur le talon préfabriqué une réhausse dont la largeur est pratiquement égale à celle de la nervure définitive du plancher terminé, dans sa partie la plus étroite. De ce fait,la liaison entre cette réhausse centrale et verticale, et le béton complémentaire (8) du plancher s' opère presque uniquement dans le plan horizontal, traversé verticalement par les armatures de reprise ou de liaison ; dans le meilleur cas , le béton complémentaire (8) nepeut descendre, faute d'espace suffisant, plus bas qu'au niveau supérieur des becquets d'appui (IO) des entrevous de coffrage (9). A la différence de ces proçédés connus, la liaison du béton c plémentaire (8) avec la base préfabriquée de la poutrelle objet de la présente invention,a lieu et s'opère à la fois dans le plan horizontal de reprise traversé par le treillis (2),mais aussi, et de façon nouvelle, dans le plan vertical de reprise,en ce sens que,grace à la largeur réduite de la nervure centrale (5) le béton complémentaire (8) peut librement pénétrer de chaque côté de de celle-çi par simple gravité,et remplir les gorges trapézoidales (6) du talon (4),en même temps qu'il enserre bi-latéralement le crantage (7) de cette même nervure centrale (5). Par ces dispositions selon la présente invention,la poutrelle légère à raideur améliorée possède,de façon nouvelle,une aire de reprise ou de liaison plus large que celle des proçédés existants,et interessant à la fois la nervure centrale (5) et le talon (4) qui lui est assoçié,réalisant ainsi une quasi-totale imbrication de ces composants préfabriqués dans le béton complémentaire (8). Des figures 8 et 9 démontrent,par la coupe transversale d'un plancher terminé,cette différence de constitution à caractère nouveau entre la poutrelle légère à raideur améliorée de la figure 8, et la solution existante et connue représentée par la figure 9. Sans sortir du cadre de l'invention,il est prévu la possibilité d'utiliser pour fabriquer le talon (4) et la nervure centrale (5) un béton de masse volumique inférieure à celle des bétons de préfabrication ordinaires. Cette disposition selon l'invention allège la base préfabriquée,tout en lui conservant une résistance mécanique compatible avec ses fonctions ; elle est conforme à l'un des objectifs de 1' invention, qui est de conserver à la poutrelle, objet de 1' invention,un poids métrique voisin, voire un peu inférieur à celui des poutrelles à treillis existantes ;elle peut être utilisée seule ou combinée à toute autre disposition visant au même résultat.La combinaison nouvelle plus performante de constituants cnnnus,rénlisée dans et par la poutrelle légère à raideur améliorée exige, pour atteindre son maximum d'efficaçité,un matériel de production très spéçialisé, ainsi qu'un contrôle permanent de la qualité interne et du profil externe des produits Dans le mode de réalisation préférentiel,et non limitatif décrit en page 2 et en page 3,cette fabrication peut s'opérer par moulage unitaire,ou par filage au sol en semi-continu,avec ou sans extrusion du béton de préfabrication. Toujours sans sortir du cadre de l'invention, il est prévu l'emploi, en plus des armatures à treillis de type courant,d'armatures à treillis dont le raidisseur (I)et (ou) le treillis (2) ont leur section d'açier majorée;il est également prévu de réaliser un éventuel renforçement en superposant au contact ces armatures de type courant ou de type renforçé; ;la figure 10 montre de façon schèmatique qu'en pareil cas, on superpose deux armatures de hauteur et de longueur inégales de préférence la poutrelle objet de la présente invention peut également utiliser,comme armature prinçipale ou complémentaire, toute armature pour béton armé,soudée ou non soudée, ou encore une armature mise en précontrainte, quand les caractères géométriques et mécaniques de ces diverses armatures rendent cette utilisation possible, REVEXDICATIOIsS I)- poutrelle légère en treillis à base préenrobée de béton, à raideur améliorée, caractérisée en ce qu'elle réalise,par l'agençement et la conformation de ses composants usuels et connus,qui sont une armature métallique et une base préfabriquée en béton,une combinaison plus efficace de ces mêmes composants connus,optimisant leur collaboration mécanique,et améliorant leur comportement en flexion au moyen d1un gainage en béton rigidifiant une partie du treillis (2),et cela sans augmenter leur poids métrique,lequel,grâce aux dispositions prévues pour élégir, ou alléger le talon (4) et à l'étroitesse de la nervure centrale (5),reste voisin de celui d'une poutrelle légère en treillis à base préenrobée de type connu 2)- poutrelle légère selon la première revendication,caractérisée en ce que le treillis (2)gainé en partie par le béton de la nervure centrale (5),en émerge suffisamment pour assurer un solide ancrage dans le béton complémentaire (8) du plancher terminé, et que la largeur intentionnellement réduite de la nervure centrale(5) permet à ce même béton complémentaire (8) de couler librement par gravité de chaque coté de celle-çi, de venir remplir et combler les gorges trapèzoidales (6) pratiquées dans le talon (4) et d'enserrer bi-latéralement le crantage (7) existant sur cette même nervure centrale (5),réalisant ainsi l'imbrication et le sçellement du talon (4) et de la dite nervure centrale (5) dans le béton complémentaire (8) de 1' ouvrage terminé ou final. 3)- poutrelle légère selon les revendications préçédentes, caractérisée en ce que l'aire de reprise de bétonnage est très importante et intérèsse à la fcis la nervure centrale (5) et le talon (4),et que la conformation particulière et élaborée de ces deux éléments, qui a pour but premier leur allégement pondéral,améliore de façon importante, leur résistance mécanique d'ensemble,dans le plan vertical, et élimine ainsi le risque de fissuration transversale du talon (4) ,qui est soumis aux fortes solliçitations liées au transport, à la pose et à la coulée d'un plancher. 4)- poutrelle légère selon les revendications I et 3, caractérisée en ce qu'il est prévu la confection du talon (4) et de la nervure centrale (5) avec un béton de masse volumique inférieure à celle des bétons de préfabrication courante. 5)- poutrelle légère selon les deux premières revendications,caractérisée en ce quL on utilise pour son armature une poutrelle métallique à treillis de type courant,ou de type renforçé par majoration de la section du raidisseur (I) et (ou) du treillis (2),et que son renforçement par superposition d'armatures est prévu si néçessaire. 6)- poutrelle légère selon les revendications I,2 et 5,caractérisée en ce qu'il est prévu d'utiliser également,pour assurer tout ou partie de sa fonction d'élément porteur d'un plancher préfabriqué,une armature traditionnelle pour béton armé, ou enccre des açiers mis en précontrainte, quand les caractères mécaniques et la forme de ces diverses armatures le permettent.