Brevet FR2716477A1 — publié le 19950825

Procédé de réalisation d'un plancher composite léqer pour les bâtiments à structure ponctuelle. L'invention concerne un procédé de fabrication de plancher composite destiné aux immeubles tels que, par exemple, habitations, locaux scolaires, entrepôts, bureaux, mais non exclusivement, tant neufs qu'en réhabilitation ou extension. Un plancher doit résister à des charges permanentes et des surcharges d'exploitation réglementaires, dont les valeurs dépendent de l'usage des locaux; il doit répondre aussi à une série de caractéristiques normalisées notamment en ce qui concerne l'isolation acoustique, l'isolation thermique, et la protection au feu. Les techniques traditionnellement employées pour la fabrication des planchers, notamment en FRANCE, ont été mises au point pour les bâtiments dits à "structure linéaire" qui est basée sur l'utilisation de murs porteurs; les planchers sont essentiellement constitués de dalles en béton armé coulées sur place et participent à la tenue de l'ensemble; ces techniques de construction ont l'avantage d'avoir de bonnes performances en isolation phonique, notamment en ce qui concerne les sons aérien et en résistance au feu, mais elles ne permettent pas d'adapter les immeubles, à l'évolution des besoins, à cause de la présence de murs verticaux porteurs qui empêchent de redistribuer convenablement les espaces. Depuis plusieurs années certains bâtisseurs préfèrent employer les "structures ponctuelles" basées sur l'utilisation de poteaux porteurs reliés entre eux par des poutres, notamment au niveau des planchers pour former des cadres supports et qui servent d'appui à des éléments préfabriqués de planchers. Ce type de structure permet de réaliser de grandes surfaces de plancher d'un seul tenant comportant des poteaux porteurs répartis régulièrement permettant une grande souplesse pour le positionnement des cloisons en fonction de l'usage que l'on veut en faire. En ce qui concerne les cloisons de séparations des surfaces dans les bâtiments à "structure ponctuelle",les techniques permettant d'obtenir des cloisons présentant de bonnes performances acoustique et de résistance au feu sont au point; pour ce qui concerne les planchers, les techniques principales utilisées sont contraignantes tant en terme de poids, de volume et d'organisation des travaux; elles ne sont pas toujours en cohérence avec les autres éléments de la structure. I1 y a trois techniques couramment utilisées qui consistent pour la première à poser sur les poutres une dalle de béton armé préfabriquée relativement mince que l'on étaie par-dessous et qui sert de coffrage à une dalle qui est ensuite coulée par-dessus; une deuxième technique consiste à remplacer la dalle préfabriquée en béton armé par un coffrage en tôle, qui reste en place après le coulage de la dalle en béton et qu'il faut protéger du feu par un plafond en plâtre ou une projection de fibres par exemple; enfin une troisième technique consiste à placer sur les poutres des dalles en béton armé alvéolées précontraintes qui sont ensuite jointoyées. Toutes ces techniques présentent l'inconvénient majeur d'obtenir des planchers pesant de l'ordre de 500 kg au mètre carré qui créent des charges permanentes, dues à leur poids propre, très élevées pour la structure qui les supporte; un autre inconvénient majeur est que les éléments préfabriqués sont posés sur les poutres horizontales et qu'il est nécessaire, lorsqu'elles sont métalliques, de les protéger du feu dans les zones où le cloisonnement vertical ne le permet pas, par un plafond de plâtre suspendu qui passe sous les poutres horizontales; l'épaisseur du plancher cumule l'épaisseur de la dalle et la hauteur de la poutre, ce qui réduit la hauteur disponible sous plafond et conduit à réaliser des immeubles plus haut pour un nombre d'étages et une hauteur de plafond donnés et donc à en augmenter le coût. L'.objet de l'invention consiste en un procédé de fabrication de plancher composite qui, tout en répondant aux normes de construction en vigueur, est léger, s'intègre dans l'épaisseur des poutres horizontales et met en oeuvre des éléments préfabriqués standarts du commerce; cela permet de faire varier l'un ou l'autre des composants en fonction des contraintes à respecter (acoustique, feu, charge etc...) alors que, dans les techniques traditionnelles, le nombre de matériaux mis en oeuvre étant faible, on est souvent obligé de surdimensionner le plancher, pour obtenir l'amélioration de telle ou telle caractéristique, ce qui entraîne alors des surcharges importantes et donc un renforcement de la structure générale. La figure unique du dessin annexé représente une vue éclatée du plancher selon l'invention permettant de voir comment il est assemblé avec les poutres et les poteaux porteurs ainsi que les couches de matériaux qui le constituent; les échelles horizontales et verticales n'ont pas été respectées pour en faciliter la compréhension. L'invention consiste à réaliser le plancher par la superposition de plaques de matériaux variés, choisis et placés les uns par rapport aux autres, en fonction de leur capacité à apporter à l'ensemble du plancher, en tout ou partie, une ou plusieurs des caractéristiques nécessaires à la performance de l'ensemble. On obtient ainsi un plancher composite où la performance de chaque fonction, comme l'isolation acoustique, peut être modifiée sans surdimensionner les autres, telles que la résistance mécanique, la résistance au feu. Une des manières de réaliser un tel plancher représenté par la figure unique, consiste en l'utilisation comme principal élément porteur de bacs de tôle d'acier 1 de dimension rectangulaire, formés chacun d'une succession de nervures 2, trapézoidales par exemple, posés de poutre à poutre l'un contre l'autre avec un recouvrement; ils permettent au plancher de franchir des portées de l'ordre de 6,00m sans appuis intermédiaires; le sens de pose des bacs est dépendant du sens de la poutraison; cette surface comprise entre deux poutres constitue un module 3; les bacs d'acier 1 s'appuient sur l'aile inférieure 6 des poutres métalliques 7 qui délimitent le module 3 et qui elles-mêmes s'appuient sur les poteaux 4, qui sont plus larges que l'aile supérieure 8; les bacs d'acier 1, dont la hauteur des nervures 2 est inférieure à celle de la poutre métallique 7, reposent directement sur l'aile inférieure 6 des poutres métalliques 7 si les hauteurs sont égales ou par l'intermédiaire de cales d'acier 9 rapportées qui ont une hauteur telle que la partie supérieure 10 des bacs 1 est au même niveau que la partie supérieure de l'aile supérieure 8; la longueur des bacs 1, prise dans le sens des nervures, est légèrement inférieure à la largeur de l'espace libre situé entre les ailes supérieures 8 des poutres métalliques 7 supportant les bacs 1, afin d'éviter une reprise éventuelle; les extrémités 11 des nervures 2 des bacs 1 reposent sur les cales 9 par la partie inférieure 15 des nervures 2. Sur ces bacs d'acier 1, on fixe des plaques composites 12 qui sont en général à base de bois et qui peuvent être formées par exemple de lamelles de bois orientées; les plaques composites 12 sont posées côte à côte de manière à recouvrir les bacs 1 et les ailes supérieures 8 des poutres métalliques 7, bordant les modules, afin d'assurer une continuité dans le plancher, et contribuant à la stabilité du bâtiment aux efforts horizontaux notamment dûs au vent, en laissant néanmoins le passage des poteaux 23 porteurs de l'étage supérieur. Dans une version préférée de l'invention on intercale entre les plaques composites 12 et les bacs 1 une nappe de feutre 13 qui a notamment pour rôle d'empêcher le bruit, dû au frottement des plaques composites 12 sur les bacs d'acier 1, lors des déformations du plancher; la fixation des plaques composites 12 sur les bacs 1 est réalisée de diverses façon à l'aide, par exemple, de vis auto-foreuses 14, conçues spécifiquement pour le vissage dans la tôle, posée à intervalles réguliers au niveau des points d'appui des plaques composites 12 sur la partie supérieure 10 des bacs 1 ce qui constitue un contreventement; les plaques composites 12 recouvrent l'ensemble du plancher y compris les poutres métalliques 7 mais en laissant évidemment le passage aux poteaux porteurs 23 situés aux angles des modules 3. Les plaques composites 12 sont recouvertes ensuite d'une ou plusieurs plaques de plâtre 16, supports du revêtement de sol et participant à l'isolation acoustique. Dans une version préférée de l'invention la première plaque de plâtre 18, située en partie supérieure est de qualité "haute dureté" ou "très haute dureté" pour résister aux efforts de poinçonnement; si nécessaire et particulièrement en raison des contraintes acoustiques, une deuxième plaque de plâtre 17 est mise en place entre la première plaque de plâtre 18 et les plaques composites 12; elle est de qualité "standart"; la première plaque 18 sert de support à un enduit 19; l'enduit 19 est luimême recouvert d'un revêtement de sol 20 qui peut être une moquette ou des dalles en matière plastique ou tout autre revêtement compatible en fonction de l'usage que l'on fait de la surface; la plaque de plâtre 18 coopère avec l'enduit 19 pour résister aux efforts de poinçonnement provoqués par des charges ponctuelles. A la partie inférieure 15 des bacs 1 on suspend au moins une épaisseur de plaques de plâtre 21 qui est de préférence placée à une distance suffisante des bacs 1 pour pouvoir passer sous les poutres métalliques 7 pour assurer notamment la protection incendie; les méthodes de fixation de ces plaques de plâtre 21 sont connues et elles ne seront pas décrites ici; il faudra néanmoins choisir une méthode de fixation telle que les parties métalliques de la fixation soient protégées contre le feu, pouvant attaquer la face inférieure du plancher, par le plâtre même de la plaque 21. Dans une variante de l'invention, une deuxième couche de plaques de plâtre 24 est mise en place sous les plaques 21. Dans une version préférée de l'invention on intercale entre les bacs 1 et les poutres 7 d'une part et les plaques de plâtre 21 d'autre part, une couche de laine minérale 22 contribuant à l'isolation acoustique et aussi thermique et participant à la protection contre le feu. Pour fixer les idées l'épaisseur totale d'un tel plancher est de l'ordre de 300mm et son poids de l'ordre de 80 kg au mètre carré contre 500 kg pour les planchers classiques dont l'épaisseur peut atteindre, dans le cas de l'emploi de caisson de tôle servant de coffrage à la dalle, de l'ordre de 400mm d'épaisseur. Les performances de résistance au feu sont principalement assurées par les plaques de plâtre 16 et 21 qui protègent les structures métalliques 7 et 1. Les performances acoustiques sont assurées par un système masse-ressort-masse dans lequel les masses sont les plaques situées en sous-face et en surface du plancher et la fonction ressort est remplie par la laine minérale 22; les bruits, transmis par impact sur la surface du plancher, sont atténués par le revêtement de sol 20, puis par le feutre 13 situé entre les plaques composites 12 et les bacs d'acier 1 et enfin par l'espace vide délimité par les bacs 1 qui atténue les bruits d'impact et les bruits aériens; ces derniers sont alors absorbés par la laine minérale 22. Les épaisseurs de matériaux employés vont de quelques millimètres, pour l'enduit 19 recouvrant la plaque de plâtre durci 18 ou pour l'épaisseur de la tôle des bacs 1, à une épaisseur située généralement entre 10 et 20 mm pour les autres plaques, la couche de laine minérale étant de l'ordre de 60 mm. Il est évident que toute autre conception de plancher assurant l'ensemble des fonctions décrites et constitué par l'association de plaques, d'un bac d'acier 1 et de laine minérale tomberait dans le domaine de la présente invention. Revendications 1 - Procédé de réalisation de plancher pour les bâtiments construits en "structure ponctuelle", s'appuyant sur des cadres rectangulaires modulaires (3) formés de poutres métalliques, caractérisé en ce qu'il est principalement composé d'au moins un bac (1) en tôle nervurée, s'appuyant par les extrémités (11) de ses nervures (2) sur l'aile inférieure (6) de poutres métalliques (7) et sur lequel est fixé, au moins du côté supérieur (10), au moins une plaque composite (12) servant de support à au moins une plaque de plâtre (16), et sous lequel est suspendue à la partie inférieure (15) au moins une plaque de plâtre (21). 2 - Procédé de réalisation de plancher suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que la poutre (7) possède une aile inférieure (6) plus large que l'aile supérieure (8) de manière que la partie inférieure (15) du bac (1) puisse s'y appuyer par l'intermédiaire de câles (9) métalliques dont la hauteur est déterminée pour que sa partie supérieure (10) affleure l'aile supérieure (8) des poutres (7) au niveau de l'extrémité (11) des nervures (2). 3 - Procédé de réalisation de plancher suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque composite (12) ainsi que les plaques de plâtre (16) et (21) recouvrent aussi les poutres (7) bordant les modules (3). 4 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de feutre (13) est intercalée entre le bac (1) et la plaque composite (12). 5 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de plâtre (16) supérieure est constituée d'une plaque de plâtre (18) "haute dureté" ou "très haute dureté". 6 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est utilisé deux plaques de plâtre (16) superposées constituées d'une plaque de plâtre (17) "standart" et d'une plaque de plâtre (18) "haute dureté" ou "très haute dureté". 7 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de laine minérale (22) est intercalée entre la plaque de plâtre (21) et le bac (1) ou la poutre (7). 8 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de plâtre (16) supérieure est recouverte d'un enduit (19) servant de support à un revêtement de sol (20). 9 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de plâtre (21) est recouverte à sa partie inférieure d'une autre plaque de plâtre (24). 10 - Procédé de réalisation de plancher suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque composite (12) est constituée d'un panneau à base de lamelles de bois orientées.