Brevet FR2747708A1 — publié le 19971024

L'invention concerne une poutre en bois ou analogue pour structure de construction. I1 s'agit d'une poutre devant présenter une résistance mécanique élevée permettant une intégration à des types variés de structures de construction, notamment comme poteaux verticaux de soutènement, solives de maintien de plancher, ou pièces de toit. Lorsqu'il s'agit de poutres métalliques ou en ciment armé, il est connu de réaliser des formes de sections variées en I, en T, etc... dont le dimensionnement est calculé en fonction des efforts prévisibles auxquels la poutre doit être soumise. Par contre, lorsqu'vil s'agit du bois, on en est resté essentiellement aux conceptions classiques d'une poutre monobloc de section carrée ou rectangulaire, obtenue directement à partir d'un tronc d'arbre. L'invention a pour objet de réaliser une poutre en bois ou analogue dont la structure confère une résistance mécanique élevée tout en présentant une cavité intérieure permettant le passage de canalisations ou câbles électriques. Une réalisation en poutre-caisson permet d'obtenir un poids très inférieur à section égale par rapport à une poutre en bois massif, mais il convient pour cela de concevoir une structure particulière pour conférer à la poutre une résistance mécanique élevée aux divers types d'efforts auxquels elle peut être soumise lorsqu'elle est intégrée dans une structure de construction. I1 s'agit plus particulièrement d'une poutre en bois ou analogue pour structure de construction, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux ailes parallèles interconnectées entre elles par au moins deux membrures, de façon à former un profilé ayant au moins une cavité centrale dont la section a la forme générale d'un H à branches centrales parallèles, chaque membrure ayant ses deux bords longitudinaux s'amincissant progressivement, qui s'encastrent en y étant collés dans des gorges complémentaires associées ménagées sur la face interne des ailes, une gorge longitudinale étant en outre prévue au niveau de chaque fond d'encastrement pour former un canal d'excédent de colle. Une telle poutre présente une résistance mécanique très élevée dans la mesure où la colle prévue au niveau des encastrements des membrures est répartie avec une régularité optimale sur toute la longueur de la poutre, les canaux d'excédent de colle permettant une décompression de la colle en fond d'encastrement. Ceci permet une réalisation aisée par mise en pression des ailes et des membrures associées, avec un calibrage extrêmement précis, et ce pour des longueurs de poutre atteignant couramment 9 à 12 mètres. De préférence, les deux ailes et les membrures sont disposées symétriquement par rapport à un axe central. Conformément à un mode d'exécution particulier, la poutre comporte deux membrures, et les ailes et les deux membrures sont dimensionnées de façon que la section de ladite poutre s'inscrive dans un carré. En variante, la poutre comporte plus de deux membrures, et les ailes et les membrures sont dimensionnées de façon que la section de ladite poutre s'inscrive dans un rectangle dont la longueur est un multiple de la largeur. Ceci permet à la fois une répartition optimale des efforts, et une utilisation dans différentes positions avec une résistance à la flexion qui est très satisfaisante. Avantageusement, les bords longitudinaux de chaque membrure présentent un profil en ogive ou un profil biseauté. En particulier, le profil des deux bords longitudinaux de chaque membrure est agencé symétriquement par rapport à un plan médian de ladite membrure. On obtient ainsi une géométrie favorisant une bonne rentrée des bords longitudinaux de membrure par capillarité lors de la mise en pression des constituants de la poutre en vue de leur collage d'assemblage. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, chaque bord longitudinal de membrure se termine par une facette droite venant en appui contre une facette droite ménagée au fond de la gorge complémentaire d'aile. On obtient ainsi un talonnage en fond de gorge qui permet à la fois une surpression de la colle qui peut s'évacuer par le canal d'excédent associé, et à un contrôle constant du calibrage de la poutre lors de la période de collage, en particulier lors de la polymérisation de la colle, sans avoir à reprendre la poutre en usinage lors de son collage définitif. De préférence alors, la gorge longitudinale formant canal d'excédent de colle est agencée sur la facette droite de membrure et/ou sur la facette droite d'aile. I1 est par ailleurs intéressant que chaque gorge complémentaire d'aile présente deux facettes d'entrée parallèles se faisant face et se raccordant chacune à une face concave ou inclinée homologue de la face convexe ou inclinée du profil des bords longitudinaux de membrure, la distance séparant ces deux facettes d'entrée correspondant à l'épaisseur de chaque membrure. Ces facettes d'entrée augmentent sensiblement la stabilité d'équerrage. On pourra en outre prévoir que la poutre comporte au niveau du profil de chaque encastrement de membrure, au moins un canal supplémentaire concernant à la fois l'aile et la membrure, ledit canal recevant un organe rigide mis en place après le collage pour constituer un moyen de verrouillage anti-arrachement. En particulier, l'organe rigide de verrouillage pourra être constitué par une masse durcie de résine injectée dans le canal supplémentaire. Enfin, en cas de longueur importante, on pourra prévoir que la poutre est réalisée par assemblage bout à bout de tronçons de poutre identiques en section, la liaison entre tronçons adjacents étant alors assurée par un noyau passant dans la ou les cavités centrales de chacun d'eux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures oû - la figure 1 est une vue en perspective d'une poutre en bois conforme à l'invention, ici à deux membrures; - la figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1, à une échelle très agrandie, permettant de mieux apprécier la section en H à deux branches centrales parallèles de la poutre selon l'invention - la figure 3 est une perspective avec point de fuite central illustrant la poutre précitée - la figure 4 est une vue partielle en perspective éclatée, montrant les composants de base de la poutre précitée dans leur position prêts à être assemblés - la figure 5a illustre un détail montrant le canal d'excédent de colle prévu au niveau d'un fond d'encastrement, et la figure 5b illustre une variante de l'agencement de la figure 5a, dans laquelle la gorge longitudinale définissant ce canal est prévue non pas sur la membrure mais sur l'aile - la figure 6 est une vue partielle, en coupe par un plan vertical de symétrie, montrant la jonction de deux tronçons de poutre identiques en section, mis bout à bout, avec une liaison assurée par un noyau central - la figure 7 illustre en coupe une autre variante dans laquelle sont prévus des moyens de verrouillage anti-arrachement au niveau de chaque encastrement de membrure; - la figure 8 est une vue partielle, en perspective éclatée, d'une poutre à plus de deux membrures (ici six membrures). La figure 1 illustre une poutre en bois ou analogue (c'est-à-dire toute autre matière dérivée du bois) conforme à l'invention, référencée 1, ladite poutre étant ici essentiellement constituée de quatre éléments de base assemblés entre eux, à savoir deux ailes parallèles 10 et deux membrures 20 interconnectant entre elles ces deux ailes. Ces quatre éléments forment ainsi un profilé à cavité centrale ici unique notée 30, dont la section a la forme générale d'un H à deux branches centrales parallèles. La cavité centrale 30 permet de passer tout type de canalisation ou câblerie électrique, ou encore tout type de mousse de rigidification, par exemple en polyuréthane (non représentée ici), de façon totalement invisible de l'extérieur de la poutre. I1 est aussi possible de prévoir n membrures, avec n > 2, auquel cas la poutre présente (n-l) cavités centrales, ce qui permet alors à la fois le passage de canalisations ou câblerie, et l'injection de mousse de rigidification (la figure 8 illustre ainsi un cas particulier à six membrures). On va maintenant décrire plus en détail, en se référant aux figures 2 à 4, la structure particulière des ailes 10 et des membrures 20 constituant la poutre en bois ou analogue selon l'invention. Chaque aile 10 présente, au niveau de sa face interne notée 15, une gorge 11 destinée à recevoir un bord longitudinal noté 21 de la membrure 20 associée. Chaque aile 10 présente ainsi au niveau de sa face interne 15 deux gorges 11 de réception, la face externe notée 16 de chaque aile étant quant à elle parfaitement lisse. Chaque membrure 20 présente deux bords longitudinaux 21 qui s'amincissent progressivement. En l'espèce les bords longitudinaux sont conformés en ogive, le profil en ogive étant défini par deux faces convexes 22 qui viennent au contact de deux faces concaves homologues notées 12 de la gorge 11 correspondante. Ainsi, les deux bords longitudinaux 21 de chaque membrure 20, qui sont conformés en ogive, s'encastrent en y étant collés dans les gorges complémentaires associées 11 ménagées sur la face interne des ailes 10. En variante, le profil de chaque bord longitudinal pourra être un profil biseauté (variante non représentée), auquel cas les faces homologues précitées seront des plans inclinés. On constate ici que les deux ailes 10 et les deux membrures 20 sont disposées symétriquement par rapport à un axe central X de la poutre 1. De plus, les ailes 10 et les membrures 20 sont dimensionnées de façon que la section de la poutre 1 s'inscrive dans un carré, par exemple un carré de 150 mm de côté. On a noté P1 et P2 les deux plans de symétrie du profil en H à deux branches centrales parallèles. Comme cela est illustré sur la figure 8, la poutre peut comporter plus de deux membrures 20 (six en l'espèce). Les ailes 10 et les membrures 20 sont alors de préférence dimensionnées de façon que la section de la poutre s'inscrive dans un rectangle dont la longueur est un multiple de la largeur. Ici, avec six membrures 20, la longueur est égale au triple de la largeur. La poutre présente alors cinq cavités centrales 30. Une telle disposition symétrique est éminemment favorable à une reprise optimale des efforts auxquels la poutre 1 peut être soumise, et en particulier des efforts de flexion, que la poutre soit disposée avec un plan P1 vertical et un plan P2 horizontal ou inversement. On peut ainsi utiliser un type de poutre unique pour des montages de structure de construction très variés, avec une utilisation de la poutre selon l'invention aussi bien comme poutre auto-porteuse, poteau, panne, entrait, linteau, solive, porteur, noue, arêtier, sablière volante, etc.. On constate en outre que le profil (en ogive ou biseauté) des deux bords longitudinaux 21 de chaque membrure 20 est agencé symétriquement par rapport à un plan médian noté PM de ladite membrure. Cette symétrie favorise bien entendu une mise en place avec un équerrage optimal lors de la mise sous presse visant à assembler les constituants de base de la poutre 1. Chaque bord longitudinal 21 de membrure 20 se termine en outre par une facette droite notée 23 venant en appui contre une facette droite notée 13 ménagée au fond de la gorge complémentaire 11 d'aile 10. On obtient ainsi un talonnage en fond de gorge qui permet un contrôle constant du calibrage de la poutre lors de la période de collage, et en particulier lors de la polymérisation de la colle, sans avoir à reprendre la poutre en usinage lors de son collage définitif. En outre, chaque gorge complémentaire 11 d'aile 10 présente deux facettes d'entrée parallèles, notées 17, se faisant face et se raccordant chacune à la face concave ou inclinée 12 qui est homologue de la face convexe ou inclinée 22 du profil respectivement en ogive ou biseauté des bords longitudinaux 21 de membrure. La distance séparant les deux facettes d'entrée 17 correspond à l'épaisseur de chaque membrure 20. La présence de ces deux facettes d'entrée 17 augmente considérablement la stabilité d'équerrage. Le profil en ogive des bords longitudinaux 21 de membrure est par exemple formé de deux faces convexes 22 qui sont essentiellement cylindriques, ce qui favorise la pénétration de ces bords dans les gorges associées lors de l'assemblage et du collage. Avant de mettre en place chacune des membrures 20 au niveau de leur encastrement respectif, on procède naturellement à un encollage préliminaire des bords longitudinaux 21 de membrure et des gorges complémentaires 11 d'aile. Lorsque les éléments sont rapprochés, la mise en butée des facettes d'appui 13 et 23 tend à chasser l'excé- dent de colle dans un canal réservé à cet effet, ce qui permet d'obtenir un contrôle précis du calibrage de la poutre. Le fluage de la masse de colle lors de l'assemblage de la poutre est en effet parfaitement contrôlé grâce à la présence d'un canal 31 prévu au niveau de chaque fond d'encastrement. Le canal 31 permet de recevoir l'excédent de colle sur toute la longueur de la poutre, et évite ainsi une compression localisée de la colle qui nuirait par des surépaisseurs localisées à la régularité de la section de ladite poutre. Ces canaux 31 sont définis par une gorge longitudinale qui, sur les figures 2 à 4, est prévue sur la facette droite 23 de chaque bord longitudinal 21 de membrure 20. Le détail de la figure 5a permet de mieux distinguer la géométrie de cette gorge longitudinale 24, qui est par exemple une gorge demi-cylindrique, les flèches symbolisant le fluage de la colle lors du rapprochement des deux éléments. En variante, comme cela est illustré sur le détail de la figure 5b, on pourra aussi prévoir une gorge 14 agencée sur la facette droite 13 de l'aile 10. Conformément à une autre variante non représentée ici, on pourra prévoir une telle gorge à la fois sur la facette 23 de membrure 20 et sur la facette droite 13 d'aile 10 afin de définir un canal cylindrique de volume plus important. Si cela s'avère nécessaire, on pourra réaliser la poutre 1 par assemblage bout à bout de tronçons de poutre identiques en section. Cette possibilité est illustrée à la figure 6, où l'on distingue deux extrémités de tronçons de poutre 1.1, 1.2, les deux tronçons adjacents étant reliés entre eux grâce à un noyau noté 40 passant dans la cavité centrale 30 de chacun d'eux. Le noyau 40 pourra être un bloc monolithique, ou un élément tubulaire creux comme cela est illustré ici. Le verrouillage final pourra être réalisé par des vis 41 auto-taraudeuses, qui seront de préférence mises en place par vissage dans les membrures 20, afin de laisser parfaitement nettes les faces externes 16 des ailes de la poutre. Le noyau 40 aura une dimension en section permettant un contact direct avec les faces internes notées 25 de chacune des membrures 20, les faces externes 26 desdites membrures servant à l'appui des têtes des vis 41. I1 est en outre possible de prévoir, en cas d'effort important exercé sur la poutre, une modalité complémentaire améliorant encore la résistance à l'arrachement de chacune des membrures au niveau de son encastrement. Une telle modalité est illustrée sur la figure 7, et l'on constate que la poutre comporte alors, au niveau du profil incurvé de chaque encastrement de membrure 20, au moins un canal supplémentaire 32 concernant à la fois l'aile 10 et la membrure 20, lequel canal reçoit un organe rigide 33 mis en place après le collage pour constituer un moyen de verrouillage anti-arrachement. En l'espèce, on a prévu un canal supplémentaire 32 sur chaque élément de profil incurvé en ogive, de sorte que deux canaux supplémentaires 32 sont associés à chaque bord longitudinal 21 de membrure 20. On notera alors que les canaux supplémentaires 32 sont disposés selon un même plan qui est parallèle au plan de symétrie P1. Ceci permet d'éviter de générer des efforts parasites qui déséquilibreraient le comportement de la poutre en cas d'efforts de flexion importants exercés sur ladite poutre. L'organe rigide 33 mis en place dans chacun des canaux supplémentaires 32, formant ainsi une clé ou tourillon, pourra par exemple être constitué par une masse durcie de résine (éventuellement armée au moyen de particules de fibres de verre) qui est injectée dans chacun desdits canaux On pourra naturellement en variante prévoir d'insérer un organe métallique formant goupille de verrouillage, avec une goupille insérée dans chaque canal supplémentaire 32. La réalisation de chacun de ces canaux supplémentaires 32 sera aisément obtenue par usinage d'une gorge, par exemple demi-cylindrique, au niveau des faces convexes ou inclinées 22 des bords longitudinaux 21 de membrure 20, et d'une gorge demi-cylindrique homologue prévue au niveau des faces concaves ou inclinées 12 des gorges 11 d'aile 10. On est ainsi parvenu à réaliser une poutrecaisson de résistance mécanique très élevée, et dont le poids peut être considérablement diminué par rapport à une poutre massive en bois. On pourra en particulier utiliser un épicéa de haute densité rencontré couramment en Allemagne qui permet de conférer à la fois une résistance élevée lorsqu'il est séché et un poids notablement abaissé. A titre indicatif, avec un dimensionnement de section s'inscrivant dans un carré de 150 mm de côté, on obtiendra alors une poutre d'environ 45 kilos pour une longueur de 9 mètres, ce qui correspond à environ la moitié du poids d'une poutre de mêmes dimensions réalisée en bois massif ou en lamellé-collé. La géométrie des bords longitudinaux de membrure et des gorges complémentaires prévues dans les ailes assure un guidage, un centrage, et une mise en équerrage automatique lors de la mise en pression. En outre, grâce à l'agencement symétrique précédemment décrit, toutes les lignes neutres longitudinales, transversales et diagonales se croisent entre elles, ce qui procure une résistance élevée aux efforts dynamiques. La poutre en bois ainsi réalisée présente de nombreux avantages pratiques qui sont résumés ci-après: - une référence unique pour différents types d'utilisation en poteaux, pannes, entraits, linteaux, solives, porteurs, noues, arêtiers, sablières volantes - un aspect extérieur massif de géométrie esthétique, qui s'intègre parfaitement à l'architecture contemporaine des bâtiments - une résistance élevée grâce aux multiples croisements de bois et de leurs fibres neutres - un poids très inférieur à section égale par rapport aux poutres en bois massif ou en lamellé-collé - une absence de risque de déformation due aux fentes partant du coeur, avec une utilisation de bois sec; - une prise en main aisée grâce aux extrémités légèrement débordantes des ailes qui sont de préférence arrondies comme cela a été illustré sur les figures - la possibilité d'une utilisation selon deux positions verticale ou horizontale du plan de symétrie P1; - un stockage et une palettisation homogènes et une réelle facilité de gestion des stocks des parcs de bois. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Poutre en bois ou analogue pour structure de construction, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux ailes parallèles (10) interconnectées entre elles par au moins deux membrures (20), de façon à former un profilé ayant au moins une cavité centrale (30) et dont la section a la forme générale d'un H à branches centrales parallèles, chaque membrure (20) ayant ses deux bords longitudinaux (21) s'amincissant progressivement, qui s'encastrent en y étant collés dans des gorges complémentaires associées (11) ménagées sur la face interne des ailes (10), une gorge longitudinale (14 ; 24) étant en outre prévue au niveau de chaque fond d'encastrement pour former un canal (31) d'excédent de colle. 2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux ailes (10) et les membrures (20) sont disposées symétriquement par rapport à un axe central (X). 3. Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte deux membrures (20), et que les ailes (10) et les deux membrures (20) sont dimensionnées de façon que la section de ladite poutre s'inscrive dans un carré. 4. Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte plus de deux membrures (20), et que les ailes (10) et les membrures (20) sont dimensionnées de façon que la section de ladite poutre s'inscrive dans un rectangle dont la longueur est un multiple de la largeur. 5. Poutre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (21) de chaque membrure (20) présentent un profil en ogive ou un profil biseauté. 6. Poutre selon la revendication 5, caractérisée en ce que le profil des deux bords longitudinaux (21) de chaque membrure (20) est agencé symétriquement par rapport à un plan médian (PM) de ladite membrure. 7. Poutre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque bord longitudinal (21) de membrure (20) se termine par une facette droite (23) venant en appui contre une facette droite (13) ménagée au fond de la gorge complémentaire (11) d'aile (10). 8. Poutre selon la revendication 7, caractérisée en ce que la gorge longitudinale (14 ; 24) formant canal d'excédent de colle est agencée sur la facette droite (23) de membrure (20) et/ou sur la facette droite (13) d'aile (in). 9. Poutre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chaque gorge complémentaire (11) d'aile (10) présente deux facettes d'entrée (17) parallèles se faisant face et se raccordant chacune à une face concave ou inclinée (12) homologue de la face convexe ou inclinée (22) du profil des bords longitudinaux (21) de membrure, la distance séparant ces deux facettes d'entrée (17) correspondant à l'épaisseur de chaque membrure (20). 10. Poutre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, au niveau du profil de chaque encastrement de membrure (20), au moins un canal supplémentaire (32) concernant à la fois l'aile (10) et la membrure (20), ledit canal recevant un organe rigide (33) mis en place après le collage pour constituer un moyen de verrouillage anti-arrachement. 11. Poutre selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'organe rigide de verrouillage (33) est constitué par une masse durcie de résine injectée dans le canal supplémentaire (32). 12. Poutre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par assemblage bout à bout de tronçons de poutre (1.1, 1.2) identiques en section, la liaison entre tronçons adjacents étant assurée par un noyau (40) passant dans la ou les cavités centrales (30) de chacun d'eux.