Brevet FR2760478A1 — publié le 19980911

La presente invention se situe dans le domaine des matériaux de construction. Elle concerne plus précisément des pièces allongées en bois utilisées dans la construction en général et présentant des caractéristiques mécaniques et esthétiques améliorées, particulièrement adaptées à la réalisation de structures porteuses. Dans la plupart des cas, on est amené à considérer simultanément des critères de résistance mécanique, d'esthétique et de coût pour la réalisation d'une construction et le choix des matériaux. Le bois est souvent privilégie du fait de son aspect agréable et chaleureux mais du fait également de sa disponibilité surtout dans certaines régions. Toutefois, son emploi massif a été freiné par les problèmes de séchage qu'il engendrait, à savoir des immobilisations très longues dans le cas du séchage naturel ou des difficultés de mise en oeuvre avec des procédés de séchage plus rapide (vapeur, pompe à chaleur, vide continu ou discontinu, etc.) et par les déformations qui en résultaient tels que vrillages et fendillements. On connaît maintenant des procédés qui permettent de maîtriser le séchage et les déformations du bois avant usinage et de le stabiliser, en particulier pour des pièces de fortes sections. On peut citer, par exemple, la technique dite "du bois percé" qui consiste à ôter longitudinalement le coeur de la pièce en bois. On peut citer également l'utilisation des bois secs de faible section selon la technique du bois lamellé-collé qui consiste à préparer des pièces de forte section en bois reconstitué. Egalement, on cite des structures connues sous le nom général de "poutres en I", fabriquées à partir de composants bois associés à des matériaux dérivés du bois comme des panneaux de fibres ou de particules, contreplaqués, ou même des composants d'âmes métalliques connues sous la désignation commerciale "NAIL WEB". Dans ces techniques, le bois massif en fortes sections est abandonné. Le document FR-A-2 692 924 concerne une structure porteuse telle qu'un plancher comportant des poutres associées à une dalle béton, lesdites poutres présentant un évidement central et des moyens d'accrochages du béton, afin de former un ensemble indissociable.. La présente invention privilégie l'esthétique et l'emploi du bois massif sec, présentant peu de fentes et déformations. L'objectif de la présente invention est donc de fournir des éléments de construction "prêt à l'emploi", présentant à la fois un caractère esthétique satisfaisant et des caractéristiques mécaniques améliorées. La présente invention prend en compte des pièces massives allongées de section carrée ou rectangulaire proche du carré, pour lesquelles les tensions de séchage ont été libérées, dès le sciage, en créant mécaniquement une fente longitudinale à partir d'une de leurs faces, jusqu'aux environs du coeur. Après le séchage et l'usinage, les pièces obtenues présentent peu de déformations et de fissures et se stabilisent. L'aspect esthétique est ainsi grandement amélioré. Le sciage ne permet pas d'obtenir de telles pièces en grandes longueurs avec un rapport qualité / prix satisfaisant. Aussi, il est possible d'obtenir des pièces de grandes longueurs en jointant, bout à bout, des pièces allongées. Le procédé connu sous le nom d'aboutage est une manière de réaliser le jointage en longueur de deux pièces. Cependant, les caractéristiques mécaniques des pièces ainsi obtenues sont faibles particulièrement en flexion et commercialement insuffisantes en l'état. L'invention consiste à renforcer ces pièces ou membrures, en incorporant une âme en bois massif ou dérivés du bois tel que bois contrecollé, lamellé-collé, contreplaqué, ou panneau composite à base de bois, dans un évidement à bords parallèles préalablement aménagé dans la fente longitudinale de sciage, de plus grande dimension que celle-ci permettant le rattrapage des déformations dues au séchage. La membrure et l'âme sont rendues indissociables soit par collage et ou soit par liaison mécanique. De meme, cet évidement de la membrure et au moins la partie encastrée de l'âme peuvent présenter des faces latérales présentant un angle compris entre 90 degrés et 105 degrés par rapport à la face inférieure respectivement de l'évidement et de l'âme, cet angle facilitant l'encastrement de l'âme dans la membrure et permettant d'améliorer la qualité de la liaison collée entre la membrure et l'âme. Selon l'invention, l'âme de l'élément de construction est encastrée dans l'évidement de la membrure, sur une partie de sa hauteur, de sorte à présenter la partie haute de ladite âme à l'extérieur de la membrure, dans le but d'augmenter fortement les caractéristiques mécaniques de l'élément de construction. La présente invention englobe également des éléments de construction (10) ainsi constitués. De même, il est possible de renforcer, prealablement à leur emboîtement, les âmes rapportées, par l'apport d'au moins un élément de renfort longitudinal en matériaux métalliques ou de synthèse, par exemple des fibres de carbone, reçu dans au moins un rainurage longitudinal de forme correspondante à la section de l'élément de renfort et réalisés dans la partie haute et / ou basse, de façon débouchante ou non par rapport aux faces respectivement supérieure et inférieure de ladite âme. Les matériaux de renforts sont rendus indissociables de l'âme dans les rainurages de ladite âme, soit par collage et ou soit par liaisons mécaniques. Le ou les éléments de renfort peuvent être de sections arrondies comme par exemple des aciers ronds, des aciers béton ou des câbles, ou de sections diverses comme pour exemple des aciers plats ou des feuillards, de formes correspondantes aux rainurages réalisés. Ces renforts augmentent sensiblement la résistance mécanique de l'élément de construction. De même, au moins un renfort métallique de l'âme peut être muni d'orifices longitudinaux ou verticaux pour améliorer la liaison collée entre la membrure, l'âme et ledit renfort. Placé dans un rainurage en partie basse de l'âme et un rainurage correspondant de la membrure, le renfort métallique améliore notablement les caractéristiques mécaniques de l'élément de construction et rend les aboutages envisageables de la membrure mécaniquement plus fiables. De même, il est possible d'exercer une traction sur au moins un des éléments de renfort, constitués de câbles ou tirants de précontrainte, mis en tension aux extrémités des éléments de construction. Cette précontrainte appliquée dans la partie basse de l'élément de construction permet d'améliorer fortement les caractéristiques mécaniques en flexion dudit élément de construction. Les éléments de construction selon la présente invention sont destinés à des applications en structures très diverses, horizontales telles que des planchers techniques porteurs, verticales telles que des colombages porteurs ou autres, ou telles que des charpentes ou telles que des structures tridimensionnelles. Dans la plupart des applications en structures, des éléments d'assemblages mécaniques sont mis en oeuvre pour permettre des liaisons entre plusieurs éléments de construction (10). Ils peuvent consister en renforts d'assemblages comme des goussets métalliques ou en contreplaqué ou panneaux composites, ou comme des connecteurs métalliques dentés. Dans certaines applications en structures porteuses ou non, les éléments de construction sont reliés entre eux par des panneautages tels que bardages divers, contreplaqués, panneaux dérivés du bois ou du ciment ou d'autres matériaux. A cette fin, les panneautages sont étendus entre les éléments de construction et fixés par collages ou moyens de liaison mécanique sur l'une quelconque des faces longitudinales desdits éléments de construction. Les faces longitudinales de fixations et d'appuis sont déterminées en fonction des caractéristiques mécaniques envisagées pour les structures et de l'aspect esthétique recherché du bois massif. Les panneautages associés aux éléments de construction selon la présente invention participent fortement aux qualités mécaniques globales de la structure notamment en matière de contreventement. De même, l'âme de l'élément de construction peut etre un profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée, rendue indissociable de la membrure au fond et sur les côtés de l'évidement soit par collage et ou soit par liaison mécanique. De même, cette âme en profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée peut être munie d'orifices de formes diverses sur la partie haute de l'âme, extérieure à la membrure. De tels éléments de construction comportant une âme en profilé creux realisé en tôle mince longitudinale pliée et ou non munie d'orifices, sont destinés à des applications en structures, comme des planchers techniques, des charpentes et des structures tridimensionnelles. Dans ces applications, les assemblages entre éléments de construction seront notablement facilités par l'emploi d'organes d'assemblages mécaniques encastrés et fixés mécaniquement dans les extrémités creuses des âmes en profilé creux. De même, les orifices crées dans la partie de l'âme en profilé creux extérieure de la membrure peuvent être judicieusement prévus en formes et dimensions, pour permettre l'emploi d'organes d'assemblages mécaniques entre plusieurs éléments de construction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemple illustratif et non limitatif ainsi que des dessins dans lesquels: - La figure 1 selon la présente invention présente, en vue éclatée, la membrure en bois massif (11) de section carrée et dans laquelle est aménagé un évidement (13) longitudinal jusqu'aux environs du coeur et une âme en bois massif (12), rendues indissociables par des moyens de liaison interposés entre la membrure (11) et l'âme (12) dans la zone du fond et sur les côtés de l'évidement de la membrure (11). - La figure 2 présente un élément de construction (10) selon la présente invention, ledit élément consistant en une membrure en bois massif (11) munie d'un évidement (13) et une âme en bois massif (12), rendues indissociables par collage dans la zone du fond et sur les cotés de l'évidement (13) de la membrure (11). - Les figure 3, 4, et 5 présentent des éléments de construction selon la présente invention, lesdits éléments consistant en une membrure en bois massif (11) munie d'un évidement (13) et une âme en bois contrecollé (12a) dans la figure 3, en bois lamellé-collé (12b) dans la figure 4, en contreplaqué (12c) dans la figure 5, rendues indissociables par collage dans la zone du fond et sur les côtés de l'évidement (13). - Les figures 6, 7 et 8 présentent des éléments de construction selon la présente invention, ces éléments consistant en une membrure en bois massif (11) munie d'un évidement (13) et une âme (12d; 12f; 12g) en bois contrecollé dans laquelle sont pratiqués des rainurages longitudinaux de formes arrondies (15) ou rectangulaires (15a; 15b), en partie haute et ou en partie basse, à l'intérieur et ou à l'extérieur de ladite âme. Ces rainurages sont destinés à recevoir, préalablement à l'encastrement de l'âme (12d; 12f; 12g) dans l'évidement (13) de la membrure (11), des renforts en matériaux métalliques ou de synthèse et de sections correspondantes aux rainurages,. Ces renforts augmentent sensiblement la resistance mécanique en flexion de l'élément de construction. - La figure 9 est un élément de construction (10a) selon la présente invention, ledit élément consistant en une membrure en bois massif (11) munie d'un évidement (13) et une âme (16) consistant en un profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée munie d'orifices de formes ovales (17) ou rectangulaires (17a) pour exemples. Cet élément de construction indépendant (10a) peut constituer un élément, particulièrement intéressant, de charpente, de plancher technique ou de structure tridimensionnelle. Egalement cet élément (10a) peut être utilisé en association avec une dalle béton ou autre matériau durcissable, comme expliqué ci-après. - La figure 10 est une des applications en structure. Elle présente un plancher technique associant: * une poutraison composée d'au moins un élément de construction (10a) dont l'âme (16) consiste en un profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée munie d'orifices (17; 17a) de formes diverses et dimensions variables, dans la partie extérieure à la membrure dudit élément de construction. * des éléments de coffrages (19) étendus entre les éléments de construction (10a), * une dalle en matériau durcissable (18), du béton pour exemple, étendue sur la poutraison, les éléments de coffrage, et remplissant en totalité l'âme (16) en profilé creux réalisé en tale pliée munie d'orifices (17; 17a), lesdits orifices permettant la pénétration du matériau durcissable (18), afin de former un ensemble indissociable après le durcissement du matériau durcissable.. L'ensemble devient indissociable après le durcissement de la dalle en matériau durcissable. - La figure 11 est un élément de construction (10) selon la présente invention, ledit élément de construction consistant en une membrure en bois massif (lla) munie d'un évidement (13a) dont les faces latérales (20) présentent un angle compris entre 90 degrés et 105 degrés par rapport à la face inférieure dudit évidement et une âme en bois massif (12h) dont les faces latérales encastrées (20a) présentent un angle correspondant à celui des faces latérales (20) de l'évidement de la membrure. - La figure 12 est un élément de construction selon la présente invention, ledit élément de construction consistant en une membrure en bois massif (lla) munie d'un évidement (13a) dont les faces latérales (20) présentent un angle compris entre 90 degrés et 105 degrés par rapport à la face inférieure dudit évidement et une âme (16a) consistant en un profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée munie d'orifices dont les faces laterales présentent un angle correspondant à celui des faces latérales de l'évidement de la membrure. De tels éléments de construction utilisés en structure en association avec des éléments de coffrage et une dalle en matériau durcissable présenteront des moyens d'accrochage (21) de la dalle en matériau durcissable après le durcissement de ladite dalle, lesdits moyens étant situés à l'extérieur des éléments de construction. REVENDICATIONS 1/ Elément de construction du type poutre caractérisé en ce auil est formé d'une membrure (11) de section carrée ou rectangulaire proche du carré, en bois massif et en ce que ladite membrure comporte un évidement longitudinal (13) jusqu'aux environs du coeur à partir d'une de ses faces longitudinales et d'une âme (12) encastrée dans ledit évidement (13) et en ce que des moyens de liaison sont interposés entre la membrure (11) et l'âme (12) de sorte que celles-ci sont rendues indissociables dans la zone du fond et des côtés de l'évidement (13) de la membrure (11). 2/ Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce oue la membrure (11) en bois massif est obtenue par sciage, évidée mécaniquement jusqu'aux environs du coeur à partir d'une de ses faces longitudinales, séchée et stabilisée. 3/ Elément de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce aue l'âme (12) est en bois massif (12) ou dérivés du bois tel que notamment bois contrecollé (12a), lamellé-collé (12b), contreplaqué (12c) ou panneaux composites. 4/ Elément de construction selon la revendication 3, caractérisé en ce aue l'âme en bois (12) ou matériaux dérivés du bois (12a; 12b; 12c) est renforcée par l'apport d'au moins un élément de renfort longitudinal en matériaux métalliques ou de synthèse, par exemple des fibres de carbone, reçus dans au moins un rainurage longitudinal (15; 15a; 15b) de forme correspondante à la section de l'élément de renfort et réalisé dans la partie haute et / ou basse, de façon débouchante ou non par rapport aux faces respectivement supérieure et inférieure de ladite âme (12). 5/ Elément de construction selon la revendication 4, caractérisé en ce aue les éléments de renfort sont fixés dans les rainurages de l'âme soit par collage et / ou soit par liaisons mécaniques. 6/ Elément de construction selon la revendication 4, caractérisé en ce aue les éléments de renfort sofft constitués de câbles ou tirants de précontrainte, mis en tension par appui sur les faces des extrémités de l'élément de construction. 7/ Elément de construction selon la revendication 1 caractérisé en ce aue l'âme consiste en un profilé creux réalisé en tôle mince longitudinale pliée (16). 8/ Elément de construction selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'âme est encastrée dans l'évidement de la membrure (10) sur une partie de sa hauteur, de sorte à présenter une partie à l'extérieur de la membrure, de manière à augmenter les caractéristiques mécaniques de l'élément de construction (10). 9/ Elément de construction selon les revendication 7 et 8, caractérisé en ce que l'âme en profilé creux (16) réalisé en tôle longitudinale pliée est munie d'orifices (17; 17a) sur sa partie extérieure à la membrure (11). 10/ Elément de construction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce aue l'évidement de la membrure et au moins la partie encastrée de l'âme présentent des faces latérales présentant un angle compris entre 90 degrés et 105 degrés par rapport à la face inférieure respectivement de l'évidement et de l'âme. 11/ Structure porteuse caractérisée en ce qu'elle comprend une poutraison composée d'au moins un élément de construction (10a) selon la revendication 9, dont l'âme consiste en un profilé creux en tôle mince longitudinale pliée munie d'orifices (17; 17a), et un ou plusieurs éléments de coffrage (19) étendus entre les éléments de construction, et une dalle en matériau durcissable (18), du béton pour exemple, étendue sur la poutraison et les éléments de coffrage (19) remplissant en totalité l'intérieur des âmes en profilé métallique (16) creux munie d'orifices, lesdits orifices permettant la pénétration du matériau durcissable, afin de former un ensemble indissociable après le durcissement de la dalle en matériau durcissable.