Brevet FR2764622A1 — publié le 19981218

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine du bâtiment et plus particulièrement des charpentes et des structures porteuses, et a pour objet une poutre composite armée à base de fibres végétales, de forme rectiligne, courbe ou autre. Actuellement, les panneaux de particules agglomérées de bois sont largement utilisés dans la construction. En effet, leurs qualités structurelles sont en constant progrès et leurs propriétés mécaniques permettent désormais leur utilisation en âmes de poutrelles en I, les membrures de ces poutrelles étant généralement en bois massif, lamellé-collé ou encore en lamellé-collé de fines lamelles obtenues par déroulage ou tranchage. Les bois améliorés ainsi obtenus permettent la transmission des efforts importants de traction, pour lesquels les agglomérés de particules de bois ne présentent pas, seuls de résistance suffisante. En effet, les agglomérés de particules de bois présentent de nombreuses autres qualités mécaniques, à savoir en compression et en cisaillement mais, par contre, ils ne résistent pas aux sollicitations de traction, au même titre que le béton. Il en résulte que les zones tendues nécessitent la prévision d'une armature. Une autre technique dominante de structures en bois est celle du bois lamellé-collé, qui consiste à empiler par collage des lamelles ou planchettes de bois de sciage. Cette technique nécessite des approvisionnements de bois sciés de qualité aussi homogène que possible impliquant tout au long de leur préparation des triages multiples avec élimination et ou mesures correctives, à savoir tri de la géométrie, vérification du gradient de siccité d'une lamelle à l'autre, élimination des noeuds importants, rectitude de la fibre, tri de densité, homogénéité de rectractabilité du bois sous alternances hygrothermiques. Il est donc nécessaire, en partant d'une matière première hétérogène, de procéder par tri et élimination pour obtenir une matière aussi homogène que possible, qui garantira à la poutre un comportement mécanique satisfaisant de façon durable. L'empilement par collage de lamelles de bois non triées conduit à des tensions internes, tant sur les plans de collage que dans les lamelles, provoquant ainsi des fissurations et des performances mécaniques médiocres de la poutre. La réalisation de plans de collage propres et plans garants de la bonne résistance nécessite un rabotage par enlèvement de matière sur l'épaisseur des lamelles de bois d'environ 12 à 15 %. Pour des lamelles minces, nécessaires aux faibles rayons de courbure des poutres, la chute correspondante peut atteindre un taux de 40 %, voire davantage dans les cas extrêmes. La largeur des lamelles est aussi limitée par le diamètre des arbres. ainsi que par de plus importants mouvements dus à la rétractabilité sous variations hygrothermiques, ce qui limite les possibilités de grande largeur des poutres et oblige, pour ces cas, à recourir à deux lamelles pour constituer la largeur, ce qui entraîne une complication conséquente du procédé de fabrication et un surcoût de production. Par ailleurs, lors de l'assemblage d'angle, il se pose un problème de gonflement-rétrécissement différentiel de la matière constitutive des poutres ou poteaux, qui entraîne des tensions internes très importantes dans les noeuds d'assemblage, tensions pouvant être néfastes à une bonne tenue de l'assemblage. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant une poutre composite armée à base de fibres végétales, de forme rectiligne, courbe ou autre, permettant de satisfaire à des contraintes mécaniques élevées, tout en étant d'un prix de revient compétitif. En outre, l'invention prévoit un moyen d'assemblage aux angles permettant de neutraliser les inconvénients consécutifs au gonflement dans le sens de la hauteur des poutres. Conformément à l'invention, la poutre composite à base de fibres végétales, qui est essentiellement constituée par une superposition de bandes issues de panneaux de particules végétales ou par au moins un élément à base de particules végétales, est caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'une armature s'étendant dans sa zone soumise à des sollicitations de traction. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une poutre conforme à l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues analogues à celle de la figure 1 de variantes de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue partielle en élévation latérale et en coupe d'une autre variante de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 d'une autre variante de réalisation de l'invention, et la figure 6 est une vue partielle en perspective d'un assemblage de poutres et/ou poteaux conforme à l'invention. Les figures 1 à 5 des dessins annexés représentent, à titre d'exemple, des poutres composites à base de fibres végétales, qui sont essentiellement constituées par une superposition de bandes 1 issues de panneaux de particules végétales (figures 1 à 4) ou par au moins un élément 3 à base de particules végétales (figure 5). Ces poutres peuvent être de forme rectiligne, courbe ou autre, en fonction des besoins et peuvent être assemblées entre-elles ou à des poteaux, comme représenté à la figure 6. Conformément à l'invention, ces poutres sont pourvues d'une armature 2 s'étendant dans leur zone soumise à des sollicitations de traction. Selon une caractéristique de l'invention, les bandes superposées I de panneaux de particules végétales, ou l'élément 3 à base de particules végétales, peuvent être traités dans leur masse, avec des produits hydrofuges, ignifuges, fongicides et/ou insecticides. Ainsi, la poutre obtenue pourra répondre à des exigences d'utilisation spécifiques de résistance aux agressions naturelles. Une telle addition de produits améliorants peut facilement être réalisée lors de la fabrication des panneaux servant de base aux bandes superposées 1 de panneaux de particules végétales, ou d'un élément 3 à base de particules végétales par simple addition des adjuvants, lors de la préparation du mélange avant pressage ou calandrage. Conformément à une autre caractéristique de l'invention et comme le montre la figure 1, la poutre composite, formée par des bandes superposées 1 de panneaux de particules végétales, est pourvue d'une armature 2 constituée par des lamelles de bois ou de bois amélioré. Ainsi, les lamelles de bois ou de bois amélioré sont avantageusement disposées dans la zone de la poutre soumise aux plus fortes sollicitations de traction et confèrent à ladite poutre la résistance nécessaire. Les bandes superposées 1 de panneaux de particules végétales sont destinées à réaliser le corps de la poutre et à absorber certaines contraintes mécaniques, telles que la compression et le cisaillement. En outre, la qualité homogène des panneaux de particules de bois. d'un prix de revient nettement inférieur à celui des lamelles de bois massif, permet l'obtention d'un état de surface et un calibrage précis des bandes 1, de sorte que leur collage peut être effectué sans rabotage, ni perte de matière. De plus, la largeur des lamelles de panneaux de particules de bois permet la fabrication de poutres larges et leur faible siccité, à faible gradient d'écart, permet un collage optimal sans post-tension. Ces qualités, ainsi que la faible alternance et la faible variation dimensionnelle, sans variation hygrothermique, sont des facteurs importants de qualité des poutres et l'absence de défaut et singularité naturelle du bois tels que les noeuds, les fentes de retrait, le fil incliné des fibres etc. facilite grandement la fabrication industrielle des poutres. Dans le cas d'utilisation de lamelles de bois amélioré comme armature 2, ces lamelles sont avantageusement constituées par des lamelles reconstituées à base de très fines lamelles de bois déroulé collées entre-elles ou à base de grands copeaux alignés suivant le til des lamelles, à savoir dans un sens essentiellement axial. Les panneaux obtenus à partir de très fines lamelles de bois déroulé collées entre-elles sont connus sous la dénomination générique LVL, alors que ceux obtenus à partir de base de grands copeaux alignés suivant le fil des lamelles sont connus sous la dénomination générique OSB. Selon une variante de réalisation de l'invention, L'armature 2 peut également être sous forme de bandes d'autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction, telles que des fibres de bambou, ces matériaux étant maintenus en bandes par une résine d'enrobage. L'utilisation de fibres naturelles en bandes enrobées permet de mettre à profit, de manière optimale, les qualités mécaniques de traction de ces fibres en réalisant un alignement parfait de celles-ci, leur jonction étant garantie par l'enrobage de résine. De même, l'utilisation de bandes textiles tissées ou non tissées collées ou encore de fils textiles, sous forme de nappes à haute résistance à la traction incorporées dans une résine, est envisageable comme armature 2. Par ailleurs, dans le cas de la constitution de l'armature 2 sous forme de lamelles de bois ou de bois amélioré, sous forme de bandes d'autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction, telles que des fibres de bambou, ou encore sous forme de bandes textiles tissées ou non tissées collées ou de fils textiles, il est également possible d'introduire dans cette armature 2, par injection ou imprégnation sous vide dans les lamelles de bois ou par mélange avec les autres matériaux lors de la fabrication des bandes les renfermant, des produits hydrofuges, ignifuges, fongicides etlou insecticides. Dans le cas d'une injection dans les lamelles de bois, celles-ci doivent évidemment subir un séchage consécutif avant leur mise en oeuvre. Ainsi, L'armature 2 peut également être protégée contre les agents parasites végétaux ou animaux. Il est aussi possible de réaliser l'armature 2 à base de fibres de verre, de carbone, en matière synthétique ou de fibres métalliques noyées dans une résine d'enrobage. Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, l'armature 2 peut aussi être sous forme d'une barre métallique enrobée dans une résine et intégrée dans la poutre dans la zone de sollicitation à la traction. Les figures 2 et 3 des dessins annexés représentent des variantes de réalisation de l'invention, dans lesquelles l'armature 2 est intégrée entre les bandes superposées l de panneaux de particules végétales et y est fixée par collage. Cette intégration peut être réalisée, soit par disposition de l'armature 2 dans des logements latéraux 4 des flancs de la poutre, ces logements 4 étant fermés par un cache 5 (figure 2) ou non, soit par disposition de l'armature 2 dans au moins un logement 6 ménagé entre les bandes 1 (figure 3). Dans le premier cas, les logements 4 sont usinés dans les flancs de la poutre et l'armature 2 est insérée, ensuite, dans lesdits logements 4 et y est maintenue par fixation mécanique et/ou collage au moyen d'une résine ou analogue. En outre, le cache 5 fermant éventuellement chaque logement 4 forme simultanément un liseré décoratif. Dans le deuxième cas, le logement 6 ménagé entre les bandes 1 est usiné dans les flancs correspondants de deux empilements de bandes 1, L'armature 2 étant déposée et fixée par collage dans ledit logement 6, préalablement à un assemblage par collage des deux empilements de bandes 1. Ainsi, après cet assemblage des deux empilements bandes 1, L'armature 2 est complètement noyée dans la poutre et donc parfaitement invisible. Cette insertion totale de l'armature 2 dans la poutre permet également de profiter pleinement des caractéristiques de résistance au feu des éléments en bois, qui sont supérieures à celles de beaucoup d'armatures, notamment métalliques. I1 en résulte que l'invention permet de combiner les avantages de différents matériaux, tout en évitant les inconvénients. La figure 4 des dessins annexés représente une autre variante de réalisation de l'invention selon la figure 3, dans laquelle un logement non rectiligne 7 de réception d'une armature 2 est usiné dans les flancs correspondants de deux empilements de bandes 1, l'armature 2 étant déposée et fixée par collage dans ledit logement 7, préalablement à un assemblage de la poutre par collage des deux empilements de bandes 1. Ainsi, il est possible d'adapter parfaitement une poutre conforme à l'invention à des sollicitations spécifiques, en disposant l'armature 2 exactement sur l'axe de sollicitation maximale. Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, représentée à la figure 5 des dessins annexés, la poutre peut également être constituée par un élément 3 moulé par injection de particules végétales dans un moule, autour d'une armature 2 disposée préalablement dans ledit moule. Un tel mode de réalisation permet, tout comme celui selon la figure 4, une adaptation exacte de la résistance et de la conformation d'une poutre à la charge qu'elle aura à subir. Par ailleurs, dans le cas de la constitution de l'armature 2 sous forme de lamelles de bois ou de bois amélioré, sous forme de bandes d'autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction, ladite armature 2 peut être munie, en outre, d'additifs sous forme de fibres synthétiques ou minérales, ou encore d'insertion de fils métalliques. Une telle adjonction de matériaux d'autre nature peut être effectuée lors de la reconstitution des panneaux dans lesquels sont découpées les bandes de matériau formant l'armature 2, par exemple en noyant lesdits matériaux dans la résine de collage des lamelles de bois ou des autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction. ll résulte d'une telle constitution de l'armature 2 la possibilité de lui conférer des propriétés nouvelles que ne présentent pas les panneaux de base. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour son assemblage à une autre poutre composite ou à un poteau de même constitution, la poutre est pourvue, à l'endroit de l'assemblage, d'un moyen 8 d'assemblage aux angles permettant d'éviter l'influence des déformations suite à des gonflements de l'épaisseur des bandes découpées dans des panneaux de particules et constitué par deux panneaux fixés en opposition chacun indépendamment, respectivement sur une face de la poutre ou du poteau au niveau de l'assemblage, en laissant subsister une partie de hauteur de panneau libre égale à la hauteur ou à la largeur de la poutre ou du poteau complémentaire, cette partie libre étant munie d'un rainurage multiple 9 destiné à coopérer avec un rainurage multiple correspondant 1() de l'autre poutre ou poteau en position d'assemblage. La fixation des panneaux constituant le moyen 8 sur les poutres ou poteaux correspondants est effectuée par collage-vissage ou pressage en usine, l'assemblage final étant réalisé sur chantier par emboîtement et vissage ou boulonnage. De préférence les rainurages multiples 9 et 1() coopèrent par l'intermédiaire de clavettes 1 1 insérées après emboîtement des parties correspondantes et avant serrage final des panneaux formant le moyen 8. Les panneaux formant le moyen 8 sont avantageusement des panneaux à base de grands copeaux alignés suivant leur axe longitudinal. En effet, de tels panneaux présentent une stabilité dimensionnelle en épaisseur proche de celle du bois brut et une résistance très élevée, de sorte que la transmission d'importants efforts tranchants ou de compression peut être réalisée. En outre, la constitution même de l'assemblage permet d'éviter tout risque de détérioration du noeud sous l'effet des tensions internes provenant du gonflement d'épaisseur des panneaux. Grâce à l'invention, il est possible d'utiliser une matière première bois de qualité " trituration" en lieu et place des bois d'oeuvre de grande qualité que nécessitent les lamelles conventionnelles de bois scié, tout en obtenant des poutres capables de transmettre des efforts de traction importants. De plus la stabilité de l'assemblage aux noeuds peut être parfaitement garantie dans la durée. Les poutres ainsi obtenues, rectilignes, courbes ou de toutes autres formes, présentent une amélioration de leur comportement de résistance mécanique, de stabilité dimensionnelle, de durabilité et de résistance au feu et autres agents destructeurs. En outre, ces poutres peuvent être pourvues sur leurs flancs, partiellement ou totalement, de décorations telles que des gravures, des revêtements plaqués ou peints, ou autres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Poutre composite à base de fibres végétales, de forme rectiligne. courbe ou autre, essentiellement constituée par une superposition de bandes (1) issues de panneaux de particules végétales ou par au moins un élément (3) à base de particules végétales. caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'une armature (2) s'étendant dans sa zone soumise à des sollicitations de traction. 2. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les bandes superposées (1) de panneaux de particules végétales ou l'élément (3) à base de particules végétales sont traités dans leur masse, avec des produits hydrofuges, ignifuges, fongicides et/ou insecticides. 3. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'armature (2) est constituée par des lamelles de bois ou de bois amélioré. 4. Poutre, suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les lamelles de bois amélioré sont constituées par des lamelles reconstituées à base de très fines lamelles de bois déroulé collées entre-elles ou à base de grands copeaux alignés suivant le fil des lamelles, à savoir dans un sens essentiellement axial. 5. Poutre, suivant la revendication l, caractérisée en ce que l'armature (2) est sous forme de bandes d'autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction, telles que des fibres de bambou, ces matériaux étant maintenus en bandes par une résine d'enrobage. 6. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'armature (2) est constituée par des bandes textiles tissées ou non tissées collées ou encore par des fils textiles, sous forme de nappes à haute résistance à la traction incorporées dans une résine. 7. Poutre, suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que, dans le cas de la constitution de l'armature (2) sous forme de lamelles de bois ou de bois amélioré, sous forme de bandes d'autres matériaux ligneux à haute résistance à la traction, telles que des fibres de bambou, ou encore sous forme de bandes textiles tissées ou non tissées collées ou de fils textiles, celle-ci est munie, par injection ou imprégnation sous vide dans les lamelles de bois ou par mélange avec les autres matériaux lors de la fabrication des bandes les renfermant, de produits hydrofuges, ignifuges, fongicides et/ou insecticides. 8. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'armature (2) est réalisée à base de fibres de verre, de carbone, en matière synthétique ou de fibres métalliques noyées dans une résine d'enrobage. 9. Poutre, suivant la revendication I, caractérisée en ce que l'armature (2) est sous forme d'une barre métallique enrobée dans une résine et intégrée dans la poutre dans la zone de sollicitation à la traction. 1(). Poutre, suivant l'une quelconque des revendications 1, 4, 5 8 et 9, caractérisée en ce que l'armature (2) est intégrée entre les bandes superposées (l) de panneaux de particules végétales et y est fixée par collage. 11. Poutre, suivant la revendication 1(), caractérisée en ce que l'intégration de l'armature (2) est réalisée, soit par disposition de l'armature (2) dans des logements latéraux (4) des flancs de la poutre, ces logements (4) étant fermés par un cache (5) ou non, soit par disposition de l'armature (2) dans au moins un logement (6) ménagé entre les bandes (1). 12. Poutre, suivant la revendication 11, caractérisée en ce que les logements (4) sont usinés dans les flancs de la poutre et l'armature (2) est insérée, ensuite, dans lesdits logements (4) et y est maintenue par fixation mécanique et/ou collage au moyen d'une résine ou analogue. 13. Poutre, suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le logement (6) ménagé entre les bandes (1) est usiné dans les flancs correspondants de deux empilements de bandes (1), l'armature (2) étant déposée et fixée par collage dans ledit logement (6), préalablement à un assemblage par collage des deux empilements de bandes (1). 14. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'un logement non rectiligne (7) de réception d'une armature (2) est usiné dans les flancs correspondants de deux empilements de bandes (1), L'armature (2) étant déposée et fixée par collage dans ledit logement 7, préalablement à un assemblage de la poutre par collage des deux empilements de bandes (1). 15. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un élément (3) moulé par injection de particules végétales dans un moule, autour d'une armature (2) disposée préalablement dans ledit moule. 16. Poutre, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'armature (2) est munie, en outre, d'additifs sous forme de fibres synthétiques ou minérales, ou encore d'insertion de fils métalliques. 17. Poutre, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, pour son assemblage à une autre poutre composite ou à un poteau de même constitution, elle est pourvue, à l'endroit de l'assemblage, d'un moyen (8) d'assemblage aux angles permettant d'éviter les inconvénients dus aux gonflements d'épaisseur des bandes découpées dans des panneaux de particules et constitué par deux panneaux fixés en opposition chacun indépendamment, respectivement sur une face de la poutre ou du poteau au niveau de l'assemblage, en laissant subsister une partie de hauteur de panneau libre égale à la hauteur ou à la largeur de la poutre ou du poteau complémentaire, cette partie libre étant munie d'un rainurage multiple (9) destiné à coopérer avec un rainurage multiple correspondant (10) de l'autre poutre ou poteau en position d'assemblage. 18. Poutre, suivant la revendication 17, caractérisée en ce que la fixation des panneaux constituant le moyen (8) sur les poutres ou poteaux correspondants est effectuée par collage-vissage ou pressage en usine, l'assemblage final étant réalisé sur chantier par emboîtement et vissage ou boulonnage. 19. Poutre, suivant la revendication 17, caractérisée en ce que les rainurages multiples (9 et 10) coopèrent par l'intermédiaire de clavettes (11) insérées après emboîtement des parties correspondantes et avant serrage final des panneaux formant le moyen (8). 20. Poutre, suivant l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisée en ce que les panneaux formant le moyen (8) sont des panneaux à base de grands copeaux alignés suivant leur axe longitudinal.