Brevet FR2739643A1 — publié le 19970411

Poutre métallique collaborante L'invention concerne une poutre métallique collaborante pour la construction de bâtiments, c'est à dire une poutre composite comprenant une partie métallique et une partie en béton qui collaborent entre elles pour soutenir une charge. L'invention concerne plus particulièrement la partie métallique d'une telle poutre. On peut par exemple utiliser ce type de poutre pour soutenir un plancher en béton armé, qui peut être lui-même de type "collaborant". On procède alors en coulant une dalle de béton sur une tôle nervurée, qui lui sert de coffrage et d'armature résistante. Les panneaux de tôle nervurée reposent à leurs extrémités sur des poutres, qui forment un réseau pour supporter le plancher tel que représenté à la figure 1. Comme poutre, on utilise habituellement des poutrelles 1 en acier profilées à chaud en forme de I. Quand on coule le béton, on coule en même temps à la fois sur les tôles nervurées et sur les faces supérieures 2 des poutrelles 1. Pour assurer une collaboration mécanique efficace entre les poutrelles 1 et le béton (non représenté), on fixe auparavant sur ces faces 2 des connecteurs de béton (ou "connecteurs-béton" 3), en forme de tiges courtes; de préférence, l'extrémité de ces tiges est proéminente pour assurer un meilleur accrochage du béton. Ainsi, grâce à ces connecteurs-béton 3, le béton coulé est non seulement solidaire des tôles nervurées mais aussi des poutrelles 1 elles- mêmes par l'intermédiaire des connecteurs-béton 3 et les poutres ainsi formées sont dites "collaborantes". Le béton renforce donc les poutrelles 1 par cet effet de collaboration et travaille à cet endroit essentiellement en compression; la partie de la dalle en béton qui collabore avec la poutrelle 1 est appelée "table de compression". Selon cette conception classique de poutre collaborante, la fonction de soutènement de la poutre est assurée à la fois par la poutrelle 1 en I et par la dalle de béton du plancher (non représentée). Ce procédé de construction de plancher collaborant sur poutre à chaud collaborante présente plusieurs inconvénients: - les connecteurs-béton 3 sont coûteux et leur pose est onéreuse - sauf à rajouter des éléments de coffrages supplémentaires, il n'est pas possible de choisir l'épaisseur de la table de compression indépendamment de celle de la dalle, ni de faire varier cette épaisseur le long de la poutre - pour faire des poutres à profil d'épaisseur variable. Il n'est pas possible non plus d'obtenir à coup sûr une poutre dont les axes neutres présentent la position idéale. - sur un même chantier, il faut disposer d'autant de types de poutres à chaud qu'il y a de poutres de caractéristiques différentes à poser et à construire. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients. L'invention a pour objet une poutre métallique collaborante réalisée par assemblage de profilés à froid de tôles métalliques, caractérisé en ce qu'elle est délimitée au moins par deux parois latérales verticales en tôle approximativement parallèles ménageant entre elles une ouverture par le haut vers l'intérieur de la poutre, et en ce que lesdites parois latérales sont reliées entre elles par un profilé interne de telle sorte que la partie supérieure desdites parois latérales et ledit profilé interne forment les parois d'une cavité destinée à recevoir du béton par ladite ouverture vers l'intérieur de la poutre, et en ce que les parois de ladite cavité sont dotées de moyens pour collaborer avec le béton. Ladite cavité forme donc un coffrage pour le béton. Après coulée et prise du béton, la poutre comprend une partie inférieure purement métallique qui travaille essentiellement en traction et une partie supérieure essentiellement en béton armé et coffré qui travaille en compression et qu'on appelle "table de compression". L'invention a donc aussi pour objet la poutre métallique selon l'invention contenant du béton dans ladite cavité. En fonction de la charge que la poutre doit pouvoir supporter, on peut choisir l'épaisseur de la table de compression en adaptant la profondeur de la cavité, c'est à dire en adaptant la hauteur de fixation du profilé interne sur les parois latérales au moment de l'assemblage de la poutre. Il devient alors possible d'optimiser la poutre en fonction des planchers à supporter, et d'obtenir facilement la position idéale des axes neutres. Sur le même chantier, à partir des mêmes profilés, on peut réaliser des poutres de caractéristiques très différentes (portée, charge maximum). Dans le cas de poutres pour supporter des planchers collaborants, on peut procéder comme dans l'art antérieur, notamment en coulant en une seule opération le béton dans la poutre et le béton sur des tôles nervurées du plancher. Dans ce cas, les caractéristiques de la poutre collaborante selon l'invention peuvent être déterminées indépendamment de l'épaisseur de la dalle de béton formant le plancher sans rajouter d'éléments de coffrage supplémentaires. A l'inverse, il est également possible de réaliser les poutres tout à fait indépendamment du plancher lui-même, donc de ne couler du béton, dans un premier temps, que dans les poutres; selon une disposition classique, on maintient alors éventuellement des armatures en attente dans les poutres. Lorsqu'on réalise les poutres indépendamment du plancher collaborant, on peut avantageusement diminuer l'étaiement provisoire, puisque, d'une part, au moment de couler dans la poutre, la poutre n'a qu'à supporter son propre poids, et que, d'autre part, au moment de couler le plancher, la poutre - dont le béton est sec - est beaucoup plus résistante. On peut également réaliser, à partir des poutres selon l'invention, des poutres collaborantes préfabriquées, utilisables par exemple pour supporter des planchers préfabriqués. Un avantage de l'invention réside dans la facilité d'assemblage de la poutre directement sur le chantier de construction à partir de profilés à froid en tôle métallique découpés aux dimensions requises; on assemble les profilés, par exemple à l'aide de vis autotaraudeuses, de clous ou de rivets. Un autre avantage est de simplifier les approvisionnements du chantier; là o il aurait fallu, en utilisant des solutions classiques, approvisionner en poutrelles profilées à chaud de différentes caractéristiques (hauteur, épaisseur d'acier), les mêmes profilés à froid peuvent servir pour des poutres de caractéristiques très différentes. Selon des caractéristiques complémentaires de l'invention, la collaboration poutre-béton peut être assurée de la manière suivante: - par des rebords supérieurs desdites parois latérales et/ou dudit profilé interne, ces rebords pénétrant vers l'intérieur de la cavité. - par des moyens d'assemblage dudit profilé interne avec lesdites parois latérales qui font saillie vers l'intérieur de ladite cavité. Ces moyens d'assemblage peuvent être par exemple des vis, des clous ou des rivets qui dépassent vers l'intérieur de la cavité et, se trouvant donc noyés dans le béton après coulée, servent aussi de moyens de collaboration. On voit donc que, selon l'invention, il n'y a plus besoin de poser des connecteurs supplémentaires. Selon une disposition préférentielle de l'invention, ledit profilé interne est en forme de U ou de E dont l'ouverture est tournée vers le haut; les parois latérales de la poutre sont alors solidaires des jambages du U ou du E. Selon une disposition particulière de l'invention, ledit profilé interne présente une forme adaptée, notamment cintrée, pour faire varier la profondeur de ladite cavité le long de la poutre. Il devient alors possible et facile, selon l'invention, d'obtenir des poutres à table de compression d'épaisseur variable le long de la poutre, dont le profil est adapté à la répartition des efforts à prendre en charge. L'invention permet également de résoudre un problème que pose généralement la superposition de plusieurs réseaux de poutres, illustré ici comme suit. On sait que pour un plancher collaborant, la portée maximum admissible est de l'ordre de 4 m. Pour supporter ce type de plancher, il faut donc disposer d'un réseau de poutres distantes entre elles au maximum de 4 m. Si tel n'est pas le cas, comme indiqué à la figure 1, on installe un réseau de poutres secondaires sur le réseau existant, ou réseau de poutres principales 1, les poutres secondaires étant distantes de moins de 4 m les unes des autres pour pouvoir couler un plancher collaborant. Cette solution, qui implique deux réseaux de poutres superposés, augmente considérablement l'épaisseur globale du plancher, ce qui est souvent un inconvénient. Cette épaisseur importante peut par exemple gêner les architectes, qui souhaitent généralement construire le maximum d'étages dans le minimum de hauteur. Pour éviter cet inconvénient, on peut alors procéder comme représenté à la figure 2, en fixant par exemple par des cornières 5 l'extrémité des poutres secondaires (poutrelles 1) sur le côté des poutres principales 4. Mais ce mode de fixation des poutres secondaires sur les poutres principales coûte cher. L'invention a aussi pour but une poutre de type poutre secondaire qui permet d'éviter les inconvénients précités. L'invention a donc également pour objet la poutre selon l'invention précédemment décrite, caractérisée en ce qu'elle est dotée en outre de moyens pour collaborer avec un support, notamment sur une poutre principale, adaptés pour faire reposer ledit profilé interne directement sur ledit support. Selon des caractéristiques additionnelles de l'invention, - lesdits moyens comprennent, à au moins une extrémité de la poutre, un dépassement longitudinal dudit profilé interne par rapport auxdites parois latérales, ledit dépassement étant destiné à reposer directement sur ledit support, notamment une poutre principale. - lesdits moyens comprennent une échancrure pratiquée dans la partie inférieure des dites parois latérales, ladite échancrure étant adaptée pour permettre audit profilé interne de reposer à cet endroit directement sur ledit support, notamment une poutre principale. Cette échancrure peut être réalisée également en bout de poutre, ou à n'importe quel endroit o il s'agit de faire reposer la poutre sur un support. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective de deux réseaux superposés de poutres pour supporter un plancher, les poutres supérieures étant dotées de connecteurs-béton selon l'art antérieur. - la figure 2 est une vue en perspective d'un mode de fixation selon l'art antérieur d'une poutre secondaire sur une poutre principale. - les figures 3A, 3B, 3C, 3D sont des vues respectivement en perspective, de dessus, d'extrémité et de côté d'une poutre selon l'invention. - la figure 4 est une vue de côté d'une poutre selon l'invention présentant une cavité de profondeur variable dans le sens de la longueur. - les figures 5 à 12 sont des vues d'extrémité de poutres selon d'autres variantes de l'invention; la partie hachurée de la figure 11 représente en outre une coupe d'un plancher en béton collaborant supporté par la poutre. - les figures 13A, 13B, 13C sont des vues respectivement en perspective, de dessus et d'extrémité d'une poutre selon l'invention dotée de moyens pour faire reposer l'extrémité de la poutre sur un support, ici un dépassement longitudinal du profilé interne. - la figure 14 décrit comment la poutre de la figure 10 peut être posée à une extrémité sur une poutre principale. - la figure 15 représente une variante des moyens de support de la poutre selon l'invention, ici une échancrure pratiquée dans la partie inférieure des parois latérales, et la mise en oeuvre de cette variante. On va maintenant décrire des exemples de réalisation et d'utilisation des poutres selon l'invention. La poutre est réalisée par assemblage de profilés à froid de tôles métalliques. L'assemblage des profilés qui forment la poutre selon l'invention est conçu pour ménager tout le long de la partie supérieure de la poutre une cavité destinée à recevoir du béton par une ouverture pratiquée dans la face supérieure. La cavité est dotée de moyens de collaboration avec le béton, comme des rebords des profilés, des vis d'assemblage ou des bossages faisant saillie vers l'intérieur de la cavité. On se réfère par exemple aux figures 3A à 3D. On dispose ici de deux types de profilés à froid, généralement en acier: un profilé dit "externe" 6 de section générale parallélépipédique présentant une forme de U avec des rebords supérieurs 7A, 7B rentrant l'un vers l'autre sans se rejoindre: on a donc essentiellement une paroi inférieure et deux parois latérales 6A, 6B approximativement parallèles. Sur la partie supérieure, la distance entre les rebords 7A, 7B ménage une ouverture 8 vers l'intérieur du profilé externe. - un profilé dit "interne" 9, en forme de U, dont la largeur est adaptée pour être inséré dans le profilé externe 6 et pour joindre les deux parois latérales 6A, 6B du profilé externe 6. Comme représenté aux figures 5, 6 et 7, le profilé interne 9 comprend de préférence des rebords supérieurs rentrants 10A, 10B. On découpe les deux profilés 6, 9 à la longueur requise de la poutre. On insère le profilé interne 9 dans le profilé externe 6 comme indiqué aux figures 3A et 3C, de préférence en orientant vers le haut la forme de U du profilé interne 9. La hauteur de fixation du profilé interne 9 dans le profilé externe 6 détermine la profondeur d'une cavité interne 12, donc l'épaisseur de la table de compression de la poutre. On détermine d'une manière connue en elle-même l'épaisseur souhaitée de la table de compression de la poutre, notamment en fonction des contraintes auxquelles la poutre doit pouvoir résister et en fonction de la position souhaitée des axes neutres de la poutre. On rend les deux profilés 6 et 9 solidaires, par un mode de fixation connu en lui-même, par exemple par des rivets 10. Comme représenté à la figure 5, on utilise de préférence pour l'assemblage des vis 11 qui font saillie vers l'intérieur de la poutre pour contribuer à l'accrochage du béton. On peut notamment utiliser des vis autotaraudeuses. On peut avantageusement assembler la poutre sur le chantier-même de construction. On obtient ainsi une poutre dotée dans sa partie supérieure d'une cavité interne 12 ouverte sur la face supérieure de la poutre par l'ouverture 8. Cette cavité 12 est destinée à recevoir du béton avec ses armatures, pour lequel elle va servir de coffrage. On coule du béton dans la cavité 12. Lorsque la poutre sera en service, le béton durci (non représenté) dans la cavité 12 travaillera essentiellement en compression et constituera donc la table de compression. Le coffrage formé par la cavité 12 collabore alors avec le béton. Selon l'invention, la cavité 12 comprend des moyens de collaboration poutre-béton. Les moyens de collaboration de la poutre avec le béton comprennent ici les rebords supérieurs rentrants 7A, 7B du profilé externe 6 (figures 3A à 3C, 5 et 6), et/ou les rebords 10A, 10B du profilé interne 9 (figures 5 à 7) et/ou les vis 11 qui font saillie vers l'intérieur de la poutre (figures 5 et 7). Selon d'autres variantes de l'invention non représentées ici, les moyens de collaboration poutre- béton peuvent comprendre des bossages pratiqués dans les parois latérales 6A, 6B du profilé externe, ou dans le profilé interne 9. On a ainsi réalisé une poutre collaborante, à partir de profilés à froid et en évitant la pose coûteuse de connecteurs-béton. Il est en outre très facile d'obtenir l'épaisseur de table de compression requise en adaptant la fixation du profilé interne 9 dans le profilé externe 6 pour obtenir la profondeur de cavité 12 requise. On peut même obtenir une poutre à table de compression d'épaisseur variable le long de la poutre en utilisant un profilé interne configuré à cet effet: la figure 4 représente une poutre à profilé interne 9 cintré vers le haut. On peut également assembler des poutres à profilé interne cintré vers le bas. Selon l'invention, à partir des mêmes profilés 6, 9, il est possible de réaliser plusieurs types de poutres sur un même chantier, en faisant varier la hauteur de fixation du profilé interne 9 dans le profilé externe 6. Les poutres selon l'invention sont avantageusement utilisées en construction pour supporter de planchers. Dans le cas o la poutre sert à soutenir un plancher collaborant, on peut procéder de la manière suivante. Avant de couler du béton dans la poutre, on constitue un réseau de poutres de soutènement du plancher. On place, entre les poutres, des tôles nervurées, adaptées à la construction de planchers collaborants. Les tôles reposent à leurs extrémités sur les rebords supérieurs 7A, 7B des poutres sans recouvrir ni masquer l'ouverture 8 vers l'intérieur de la cavité 12 à remplir de béton de chaque poutre. En tant que de besoin, on dispose des ferrures et des grillages d'armature, y compris dans la cavité 12. On coule alors du béton à la fois dans les poutres et sur les tôles. Après séchage du béton, on obtient alors un plancher collaborant supporté par les parties collaborantes selon l'invention. Sans se départir de la présente invention, on peut utiliser d'autres types de profilés pour réaliser une poutre selon l'invention: - la figure 7 décrit une poutre identique à la poutre précédemment décrite à la différence près que le profilé externe 9 présente des rebords sortants donc non collaborants; cette disposition facilite l'insertion du profilé interne dans le profilé externe. - la figure 8 décrit une poutre réalisée par l'assemblage de quatre profilés également plus facilement assemblables: deux profilés en L renversé pour les parois latérales, la base du L servant de rebord supérieur, reliés par deux profilés en U, l'un 9 interne, I'autre 13 à la base de la poutre. - Les figures 9 et 10 décrivent une poutre réalisée à partir de deux profilés en S, 14A et 14B, reliés par un profilé interne 9 en U. Les extrémités 15 des formes en S sont légèrement repliées sur elles- mêmes, pour accrocher sur la partie inférieure de la poutre des éléments, notamment des éléments de construction de plafond. - La figure 11 représente une variante de la poutre de la figure 9, o un profilé supplémentaire en U a été rajouté sur la face inférieure de la poutre pour renforcer la poutre dans la partie soumise à des contraintes en traction et pour empêcher un flambage des parois latérales. On a également représenté partiellement sur cette figure 11: des tôles nervurées 16 prenant appui sur les rebords supérieurs 7A, 7B de la poutre, laissant accessible l'ouverture 8 dans la poutre; et, en zone hachurée, du béton 17 remplissant la cavité de la poutre et recouvrant les tôles 16 pour former un plancher collaborant. - La figure 12 représente une variante de la poutre de la figure 11, o les deux profilés en forme de U sont remplacés par des profilés 9' en forme de S. On va maintenant décrire les avantages de fixation que présente la poutre selon l'invention, notamment pour la réalisation de réseaux secondaires de poutres. Avantageusement, on fait reposer la poutre sur un support par l'intermédiaire du profilé interne lui-même. Il suffit par exemple de prévoir, au moment de la découpe des profilés 6, 9, une longueur du profilé interne 9 supérieure à celle du profilé externe 6, de telle sorte qu'après assemblage, le profilé interne 9 dépasse à au moins une extrémité 18 par rapport à l'extrémité du profilé externe 6, comme représenté aux figures 13A, 13B et 13C. De cette façon, on peut faire reposer l'extrémité de la poutre selon l'invention par l'intermédiaire de l'extrémité dépassante 18 du profilé interne 9, comme représenté à la figure 14; la poutre selon l'invention est ici supportée par une poutre principale 4 identique à celle de la figure 1. Grâce à cette disposition rendue possible par la structure-même de la poutre selon l'invention, on parvient à limiter l'épaisseur globale des planchers même lorsqu'il est nécessaire de monter plusieurs réseaux superposés de poutres pour soutenir un plancher, et tout en conservant la facilité de montage par simple dépose des poutres les unes sur les autres; il n'est pas utile de recourir à des systèmes de fixation complexes et coûteux, comme dans l'art antérieur (figure 2). D'autres variantes concernant les moyens de support des poutres selon l'invention offrent les mêmes avantages, comme celle qui est représentée à la figure 15, o une échancrure 19 a été pratiquée dans les parois latérales 6A, 6B, ici à l'extrémité de la poutre, pour permettre également de faire reposer la poutre par l'intermédiaire du profilé interne, notamment afin de limiter aussi l'épaisseur globale d'un plancher. REVENDICATIONS 1I.- Poutre métallique collaborante réalisée par assemblage de profilés à froid de tôles métalliques (6, 9), caractérisé en ce qu'elle est délimitée au moins par deux parois latérales verticales en tôle (6A, 6B) approximativement parallèles ménageant entre elles une ouverture (8) par le haut vers l'intérieur de la poutre, et en ce que lesdites parois latérales (6A, 6B) sont reliées entre elles par un profilé interne (9) de telle sorte que la partie supérieure desdites parois latérales (6A, 6B) et ledit profilé interne (9) forment les parois d'une cavité (12) destinée à recevoir du béton par ladite ouverture (8) vers l'intérieur de la poutre, et en ce que les parois de ladite cavité (12) sont dotées de moyens pour collaborer avec le béton. 2.- Poutre selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits moyens pour collaborer avec le béton comprennent des rebords supérieurs desdites parois latérales (7A, 7B) et/ou dudit profilé interne (10A, 10B), lesdits rebords pénétrant vers l'intérieur de la cavité (12). 3.- Poutre selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que lesdits moyens pour collaborer avec le béton comprennent des moyens d'assemblage dudit profilé interne (9) avec lesdites parois latérales (6A, 6B) qui font saillie vers l'intérieur de ladite cavité (12). 4.- Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit profilé interne (9) est en forme de U ou de E dont l'ouverture (8) est tournée vers le haut. 5.- Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit profilé interne (9) présente une forme adaptée, notamment cintrée, pour faire varier la profondeur de ladite cavité (12) le long de la poutre. 6.- Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est dotée de moyens pour collaborer avec un support, notamment sur une autre poutre (4), adaptés pour faire reposer ledit profilé interne (9) directement sur ledit support. 7.- Poutre selon la revendication 6 caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent, à au moins une extrémité de ladite poutre, un dépassement longitudinal (18) dudit profilé interne (9) par rapport auxdites parois latérales (6A, 6B), ledit dépassement (18) étant destiné à reposer directement sur ledit support, notamment une poutre principale (4). 8.Poutre selon la revendication 6 caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent une échancrure (19) pratiquée dans la partie inférieure des dites parois latérales (6A, 6B), ladite échancrure (19) étant adaptée pour permettre audit profilé interne (9) de reposer à cet endroit directement sur ledit support, notamment une poutre principale (4). 9.- Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite cavité (12) contient du béton.