Brevet FR2797287A1 — publié le 20010209

"Plan cher-chaînage parasismique et chaînage parasismique pour la construction de maisons indivuduelles et d'une manière gérérale pour la construction de bâtiments" 1 - DESCRIPTION a) Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un élément de gros oeuvre dans la construction de maisons individuelles et d'une manière générale dans la construction de bâtiments, à savoir les planchers et les chaînages horizontaux, réalisés dans un objectif de protection de l'ouvrage aux risques sismiques. b) Etat de la technique antérieure Les planchers et les chaînages parasismiques actuels sont réalisés avec des structures en béton armé. Ils sont composés de poutres horizontales (planchers et chainages) et d'une dalle de compression (plancher) de façon à ce que l'ensemble constitue une structure indéformable. Cette structure reliée à la maçonnerie par des connexions de tiges d'acier, reste un ensemble solidaire lorsque l'ouvrage subi des contraintes sismiques, devant empêcher l'écroulement du bâtiment sur ses occupants. Le "plancher-ch ainage" et le "chaînage" de l'invention correspondent à un autre type de structure. Celle-ci est en bois avec tirants d'acier; elle réponds aux même exigences et elle peut facilement s'adapter aux différentes techniques de maçonnerie. Elle est notamment très adaptée à la maçonnerie de pierres hourdées au mortier. L'ouvrage, objet de l'invention, a été expérimenté sur la construction de maisons (village Grasse-Magagnosc (06) - "Construction de maisons dans le respect de l'environnement") dont la démarche a été de construire en utilisant le plus possible les matériaux naturels trouvés sur le site de construction, à savoir les pierres et la terre. Un plancher-chaînage ou chaînage en béton armé classique n'aurait pas été bien adapté en raison de son incompatibilité avec ce type de construction et l'invention d'un autre procédé était nécessaire, de façon à respecter les mêmes critères en matière de parasismique. Il faut cependant signaler qu'il existe dans la construction très ancienne de certaines régions concernées par les séismes, des bâtiments qui comportent dans leurs murs porteurs, des structures en bois servant de chaînage. Ces structures étaient cependant ponctuelles et limitées à certaines parties de bâtiment. Beaucoup plus fréquemment il existe aussi dans la construction traditionnelle les systèmes de tirants et clés de retenue servant à tenir les pans de murs des bâtiments entre eux et à les empêcher de basculer. La mise en place de ces tirants n'était pas systématique, ni pour toutes les maisons, ni pour tous les pans de murs d'une même maison.La structure bois tirants d'acier, particulièrement étudiée, de l'invention n'a pas été rencontrée ailleurs. c) Exposé technique de l'invention :_ "Plancher-chaînage parasismique" et `chaînage parasismique",bois-aciel * Première application de l'invention: "le plancher-chaînag-e" Le principe consiste â créer un chaînage par une poutre en bois, noyée dans la maçonnerie de chacun des murs périphériques et des autres murs porteurs. Ces poutres sont reliées entre elles par un croisement à mi-bois aux angles du bâtiment et à chaque rencontre des autres murs porteurs. Des tirants en acier sont intégrés dans des entailles réalisées dans les poutres. Les tirants se croisent de la même façon que les poutres, traversent les murs et se terminent en façade par des clés en acier forgé, serrés sur les tirants et sur les façades du bâtiment, par des écrous. Les poutres sont solidaires de la maçonnerie par des connexions constituées de chevilles de bois dur en saillie. Les poutres supportent les solives sur lesquelles s'appuie le plancher. *Deuxième application de l'invention: "le chaînages Un chaînage seul, sans plancher, est réalisé au plus haut de l'élévation des murs avant la réalisation des pignons et la pose de la toiture. Le principe de ce chaînage est le même que le plancher-chaînage. La description technique est identique au plancher-chaînage décrit ci-dessus à la seule différence qu'il n'y aura ni les solives, ni le plancher posé sur les solives, mais seulement la structure de poutres de chaînages, avec tirants, clés et chevilles. * Pour chacune des deux applications: L'ensemble de ce plancher-chaînage, comme du chaînage seul, forme une structure bloquée. Tenue dans les deux sens par les poutres et bloqué par les tirants en acier; elle forme un ensemble solidaire indéformable de type diaphragme, tout en étant solidaire de la maçonnerie par ses chevilles d'ancrage. La stabilité se fait aussi bien en traction qu'en compression. Ce plancher-chaînage et ce chaînage sont conçus pour résister aux secousses d'un séisme, en empêchant les parois de s'ouvrir et l'écroulement du bâtiment. N.B: . Les planchers sont réalisés en bois de sapin traité qui est choisi bien sec. . Les pièces de bois qui sont enfermées dans la maçonnerie sont préalablement traitées en deux couches avec du CARBONYL, (marque déposée), produit bitumineux permettant d'améliorer encore le traitement du bois. . Toutes les poutres restent visibles, ce qui permet de suivre leur évolution dans le temps, y compris pour les poutres-chaînage dont une face reste apparente. . Les poutres-chaînage peuvent se raccorder en leur bout pour obtenir la longueur désirée. * Intérêts de l'invention pour la protection du bâtiment aux risques sismiques Les planchers-chaînage, comme le chaînage avant la toiture forment un diaphragme indéformable. Ainsi à chaque niveau du bâtiment jusqu'à la base de la toiture les planchers-chaînage et le chaînage ont le rôle d'une structure solidaire, indéformable qui favorise la compression de la maçonnerie et qui permet des résistances aussi bien en traction, qu'en compression. La structure bois - tirants d'acier du plancher-chaînage et du chaînage est bien solidaire de la maçonnerie par ses chevilles en saillie sur 3 faces du bois. Celles-ci sont connectées de telle manière à la maçonnerie, (voir chapitre e) ci-après), que tout glissement entre chaînage et maçonnerie est empêché. Ainsi pour ce plancher-chaînage et ce chaînage, la désolidarisation des pans de murs et l'écroulement du bâtiment est empêché, ce qui leur donne de bons atouts en cas de seisme. d) Présentation des figures Sont annexées 6 figures: - FIG 1: Plan de masse d'un plancher-chaînage d'un modèle de maison (maison 1 déjà réalisée) - FIG 2: Plan de masse du chaînage du dernier étage d'un modèle de maison (maison 1 déjà réalisée) - FIG 3: Plan de masse d'un plancher-chaînage d'un modèle de maisons (maison 2 et 3 déjà réalisées) - FIG 4: Plan de masse du chaînage du dernier étage d'un modèle de maisons (maison 2 et 3 déjà réalisées) - FIG 5: Schéma en perspective de la structure bois-tirants acier au niveau d'un angle - FIG 6: Schéma en perspective de la structure bois-tirants acier avec vue du mur, au niveau d'un angle - FIG 7: Schéma du Principe constructif d'un modèle de maison (maison 1 déjà réalisée) Les chiffres indiqués ci-dessous entre parenthèses correspondent dans chacune des sept figures, aux mêmes éléments de l'ouvrage. En référence à ces dessins, les structures comportent l'arase des murs (1) , sur lesquels reposent les poutres- chaînages (2) qui intègrent les tirants (3). Ceux-ci se terminent au ras des façades (4) des maisons, par les clés en acier forgé (5) qui s'appuient à la fois sur la section des poutres-chaînage (2), sur la section des cales (6) (identique à celle des poutres chaînage), ainsi que sur les façades en maçonnerie. Les clés sont tenues et serrées par des écrous (7) qui seront ensuite recouverts de bouchons décoratifs (non figurés). Sur les trois faces des poutres-chaînage en contact avec la maçonnerie, sont encastrées les chevilles (8) dont une partie reste en saillie; et sur les faces supérieures sont posées les solives (9), sur lesquelles seront directement fixées les planches (non figurées) constituant le plancher. Le plancher est interrompu à l'endroit du passage des chevêtres d'escaliers (10). e) Mode de réalisation * Première aaalication de l'invention: "le 12lancher-chaînage" - 1l Mise en place des poutres de chaînage périphériques en sapin traité (section 20 x 25 ) . Après élévation des murs périphériques (1) et des autres murs porteurs (1), une arase de mortier est réalisée sur la moitié des murs (1), côté intérieur. Sur l'autre moitié, les pierres restent à des niveaux différents pour permettre l'accroche de la suite de l'élévation des murs. . Des poutres de chaînage (2) sont posées sur cette arase laissée par les maçons. Les poutres (2) se retrouvent ainsi dans l'épaisseur du mur (1) côté intérieur. Une face restera apparente et les trois autres seront inclues dans la maçonnerie. Les poutres-chaînage (2) peuvent être en une seule longueur (possible jusqu'à 6 voire 8 mètres). Mais si la longueur requise est plus importante, il est possible de raccorder deux longueurs de poutre par une coupe à mi-bois en leurs extrémités et par une fixation à l'aide de tirefonds. Pour une meilleure attache il est prévu, en plus, la fixation de plaques d'acier sur les faces latérales des poutres, au niveau du raccordement. Il est aussi possible de profiter d'un croisement entre deux poutres perpendiculaires pour faire coïncider le raccordement entre deux longueurs de poutres. . Les poutres de chaînage (2) se croisent à mi-bois aux angles des murs (1) et sortent jusqu'au ras de la façade (4). Les sections ayant subi une protection supplémentaire avec un produit goudronné, seront laissées à 2 ou 3 cm environ en retrait de façon à les recouvrir d'un grillage en vue d'appliquer ensuite un mortier sable/chaux; le même qui servira à jointoyer les pierres de façades. . Une entaille (3') de 3 cm sur 3 cm est faite à mi hauteur des poutres, sur toute la longueur de la face intérieure, pour laisser le passage du tirant (3). Un léger décalage de hauteur de cette entaille (3') est à prévoir entre les poutres perpendiculaires de chaque pan de mur, pour permettre le croisement des tirants dans les deux sens. . Les tirants (3), en une seule longueur uniforme de diamètre de 25 mm pour chaque pan de mur, sont positionnés dans l'entaille (3'). Ils ont ainsi un jeu suffisant pour ne pas être retenus pas le bois.Les tirants (3) sont en acier rond, d'un diamètre de 25 mm. Il est préférable d'utiliser les tirants de la marque "MACALLOY 500 - barres HA vissables", (marque déposée), commercialisées par la société ARTEON. Ces tirants sont filetés sur toute leur longueur. Ils peuvent être reliés gràce à des manchons (de la même marque), pour créer la longueur requise, le tout ayant une limite élastique de 500 N / mm2 soit 246 kN pour cette barre, qui a une charge de rupture de 270 kN. . Une cale (6) de bois de même section que la poutre-chaînage (2) est positionnée dans chaque angle de mur (1), symétrique à l'extrémité de la poutre-chaînage (2), par rapport au tirant (3). Cette position permet un bon appui de la clé (5) en acier forgé qui viendra se fixer sur la façade (4) devant les deux sections (celle de la poutre-chaînage (2) et celle de la cale (6)). Les deux sections seront protégées par l'enduit sable/chaux servant au jointoiement des pierres, mis en place sur une grillage d'accroche. . Des clés (5) en acier de dimensions 700x50x15 mm, forgées pour un plus bel aspect, sont fixées à l'extérieur contre les façades (4) , à l'aide d'un écrou (7) serré au maximum. Les écrous (7) sont de la même marque que les tirants (3); ils seront recouverts d'un bouchon décoratif (non figurés). Les clés (5) viennent ainsi en butée contre les sections des poutres-chaînage (2) et des cales (6). . Des chevilles (8) en bois dur et sec, d'un diamètre de 30 à 35 mm, sont pour partie encastrées (2 à 3 cm) dans les poutres-chaînage et pour partie restent en saillie (3 à 5 cm). Elles sont collées ou enfoncées en force, de façon â ne pas avoir de jeu. Elles sont positionnées tous les deux mètres sous la face d'appui de la poutre-chaînage (2) sur l'arase du mur (1) (il convient de faire des petits trous dans l'arase du mur, et de mortier, avant de positionner définivement la poutre) à sa place. Les chevilles (8) rentrent alors dans le mortier frais et se solidarisent à la maçonnerie). Elles sont aussi positionnées tous les mètres sur la face verticale intérieure au mur (1) et sur la face horizontale supérieure de la poutre-chamage, faces qui seront noyées ensuite dans la maçonnerie. Après la pose des planchers/chaînage, lors de la reprise de l'élévation des murs autour des deux faces de la poutre (face verticale intérieure au mur et face horizontale supérieure) , il faudra positionner une pierre de chaque côté de chaque cheville (8) de manière à rendre la poutre très solidaire de la maçonnerie dans le cas de contraintes ayant un mouvement de translation dans les deux sens, comme à l'occasion d'un séisme. - 2) Mise en place du soliva e en sapin traité (section 12 x 22), en prévo yant le chevêtre nécessaire selon le besoin pour la création d'escalier: . Le solivage est classique; fixé sur les poutres de chaînage, à mi-bois. La face latérale intérieure au mur et la face supérieure de la poutre-chaînage (2) sont légèrement entaillées, pour recevoir les solives (9), puis les extrémités des solives sont taillées à mi-bois et viennent reposer sur la face supérieure de la poutre de chaînage. Les solives sont alors clouées obliquement entre la solive et la poutre de chaînage, et aussi obliquement de l'extérieur vers l'intérieur pour que le clou agisse contre le sens d"ouverture de la liaison", en cas de contraintes de translation. . Espacement et portée classiques (environ 50 cm d'écart) - 3) Pose du plancher en sapin brut traité (planches d'épaisseur 27 mm) . Les planches sont directement vissées sur les solives. * Deuxième application de l'invention: "le chaînage" Le chaînage est réalisé après l'élévation des murs du dernier niveau du bâtiment avant la réalisation des pignons de toiture et de la toiture. Il s'agit exactementement du même mode de réalisation que le 1) du plancher-chaînage " 1) Mise en place-des poutres de chaînage périphériques en sapin traité (section 20 x 25Y' En revanche les points 2) et 3) du "plancher-chainage" se sont pas réalisés. Ainsi ce chaînage ceinture le haut des murs avant la toiture. e) Indications sur l'application industrielle L'application industrielle de l'invention pourra concerner la préparation des poutres- chaînage . la taille de section 20x25 à différentes longueurs . la réalisation des entailles (3') sur les longueurs pour le passage des tirants (3). Il sera nécessaire alors de préparer deux sortes de poutres dont la seule différence entre elles sera le décalage en hauteur de la position de l'entaille sur une des faces verticales des poutres, de manière à pouvoir faire croiser les tirants (3) au niveau des angles de murs (1). Le reste des opérations pour réaliser le plancher-chaînage ou le chaînage (coupes ou rallonges des poutres en longueur, coupes des mi-bois des poutres et fixations entre elles, creusements des assises de solives, trous pour passage de tirants) doivent se faire au cas par cas, en fonction de l'ouvrage à réaliser. 2 - REVENDICATIONS - 1) Dispositif pour créer un chaînage parasismique pouvant aussi bien servir de plancher à chaque niveau que de chaînage simple avant la toiture, dans la construction de maisons individuelles, et d'une manière générale dans la construction de bâtiments, caractérisé par une structure bois et tirants d'acier, tenue et bloquée dans les deux sens, formant un ensemble solidaire indéformable de type diaphragme qui assure une stabilité aussi bien en traction qu'en compression. - 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait d'inclure une structure de poutres-chaînage (2) en bois au niveau de chaque plancher et à la base de la toiture, noyée sur trois faces des poutres dans l'épaisseur de la maçonnerie des murs périphériques (1) et des murs porteurs (1) d'un bâtiment. - 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le croisement des poutres- chaînage (2) à mi-bois à chaque rencontre de murs porteur, avec dépassement du croisement, jusqu'aux façades du bâtiment. - 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par l'intégration de tirants d'acier dans une entaille réalisée dans les poutres-chaînage (2). - 5) Dispositif selon les revendications 1 ou 4, caractérisé par le croisement des tirants comme les poutres-chaînage (2), croisement qui est rendu possible grâce à un décalage en hauteur de la position de l'entaille dans chacune des poutres-chaînage perpendiculaires. - 6) Dispositif selon les rendications 1 ou 4 ou 5, caractérisé par la tenue des tirants sur les murs de façades (4) de la maison, à l'aide de clés (5) en acier forgé, serrées par des écrous (7). - 7) Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé par le rajout d'une cale en bois (6) de même section que les poutres-chaînage (2), au niveau de leurs croisements, symétrique à l'extrémité de la poutre-chaînage (2), par rapport au tirant (3) pour permettre un bon appui de la clé (5) en ferronerie sur la façade (4), devant les deux sections, celle de la poutre-chaînage (2) et celle de la cale (6). - 8) Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé par des chevilles de bois dur (8), qui en partie encastrées de 2 à 3 cm dans les poutres-chaînage (2), et en partie en saillie de 3 à 5 cm, forment des connexions permettant à la structure bois, d'être solidaire de la maçonnerie des murs (1). - 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le positionnement à intervalles réguliers des chevilles en bois dur (8), sur les poutres, tous les 2m sur leur face inférieure d'appui sur les murs (1), et tous les lm sur leur face supérieure et sur leur face latérale intérieure aux murs (1). - 10) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par la possibilité d'utiliser le chaînage parasismique comme plancher-chaînage, gràce à la fixation de solives (9) à mi- bois sur les poutres-chaînage (2), et gràce à la pose de planches vissées sur les solives (9), l'ensemble formant bien le plancher-chaînage.