Brevet FR2804453A1 — publié le 20010803

La présente invention se rapporte au domaine de la construction, notamment du bâtiment et des travaux publics. Elle concerne un système de fabrication modulable d'éléments de construction, notamment de poutres, de poteaux, de planchers ou de façades, constitués d'une structure alvéolaire rendue directement résistante, c'est à dire sans nécessairement de plaques sandwich, par le remplissage des alvéoles avec un matériau résistant à la compression et protégeant les alvéoles. Les poutres de construction en bâtiment ou génie civil sont le plus souvent réalisées en acier ou en béton armé pour ce qui concerne la construction traditionnelle. L'armature, dans le cas du béton armé, est constituée de fers longitudinaux et transversaux reprenant les efforts de traction et de cisaillement. Elle participe également avec le béton à la reprise des efforts de compression.La construction de ces éléments nécessite des interventions de ferraillage et de coffrage difficiles à automatiser.Quant à la construction métallique, elle nécessite une protection constante contre la corrosion. Enfin, même s'ils disposent d'un bon ratio résistance/prix, ces matériaux sont lourds et leur incidence sur les calculs de résistance des structures peut parfois être très importante. L'apparition de matériaux nouveaux insensibles à la corrosion, résistants et légers, que sont les matériaux composites associant notamment des fibres de verre ou de carbone avec un liant de type résine, a conduit à tenter de réaliser des poutres en fibre de verre, imitant le plus souvent la section des profilés métalliques existants. L'un des problèmes majeurs rencontrés par ces matériaux à base de liants résines sont leur sensibilité au feu et leur propension à dégager des fumées et des gaz toxiques en cas d'incendie. D'autre part, ils sont coûteux et il est difficile de standardiser les dimensions des poutres du fait des besoins très variés des utilisateurs, ce qui rend difficile la baisse des coûts de fabrication. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients par utilisation d'éléments constituants de base minces mis en forme ondulée pour être assemblés à la demande et former la structure alvéolaire et les renforcements d'éléments de structure quelconques. Les alvéoles sont remplies d'un matériau résistant à la compression assurant également la protection des parois des alvéoles, contre le feu ou la corrosion par exemple. I1 utilise des éléments constituants de base faits de feuilles de matériau résistant mises en forme ondulée, de dimensions de préférence standardisées, afin de permettre leur fabrication économique en continu et en grande série puis leur stockage et leur transport en position emboîtée pour tenir le moins de place possible. Ces éléments constituants sont ensuite découpés à la largeur de l'élément de structure à créer puis: - Certains éléments constituants ainsi préparés sont assemblés par empilement pour former les armatures de renfort. Le nombre d'éléments constitutifs à assembler de cette façon est directement lié aux efforts que l'élément portant doit reprendre. Ces armatures reprendront majoritairement les efforts de traction et de cisaillement auxquels la structure sera soumise, tout en participant à le reprise des efforts de compression. - D'autres éléments constituants sont assemblés en opposition de sommet pour former la structure alvéolaire qui va former le corps de l'élément de structure porteur et maintenir les armatures de renfort à distance souhaitée de l'axe neutre de la structure porteuse. Cette structure alvéolaire servira également de coffrage pour le matériau de remplissage durcissable tout en participant, à sa mesure, à la résistance de l'ensemble. - Avant coulage du remplissage des alvéoles, la structure est susceptible d'être précontrainte par courbure dans un plan ou par gauchissement dans plusieurs plans suivant besoins. - Le remplissage des alvéoles en matériau moulant durcissable, assure, après prise, le verrouillage de la structure dans la forme souhaitée et assure la protection des parois des alvéoles. Le matériau de remplissage des alvéoles n'est soumis qu'à des efforts de compression. Les éléments constitutifs sont préférentiellement faits de plaques ondulées préfabriquées en fibre de verre avec liant résine mais peuvent être constitués d'acier ou de tout matériau en feuille adapté aux résistances demandées. Le remplissage est préférentiellement fait avec du béton de sable et de gravier ou du béton allégé comme du béton à agrégats de bois par exemple, ou de la mousse compacte dans certains cas, mais peut être constitué de tout matériau moulant durcissable adapté aux résistances demandées. La résistance au feu de l'ensemble, quand elle est demandée, est assurée par le choix du matériau de remplissage et par l'épaisseur de la couverture de protection à l'extérieur des armatures actives de l'élément porteur. Selon des modes particuliers de réalisation: - Les parois des alvéoles formées par assemblage des éléments constitutifs de base sont équipées de reliefs intérieurs facilitant l'accrochage du matériau de remplissage. - Les éléments ondulés peuvent être constitués de plaques minces de l'ordre de quelques dizièmes de millimètre à quelques millimètres d'épaisseur, construites en matériau composite à base de fibre de verre et d'un liant thermodurcissable permettant leur fabrication économique en continu. - Les éléments constitutifs sont assemblés par empilement ou en opposition de sommets par collage à la résine ou tout autre liant suffisamment résistant, ou par couture, ou par agraffage, ou par vissage ou boulonnage. - Les éléments constitutifs peuvent être métalliques, en acier ou en aluminium notamment. - Les éléments constitutifs, s'ils sont en acier, peuvent être assemblés par empilement ou en opposition de sommets par soudure, ou par rivetage, ou par vissage, ou par boulonnage. - Certaines alvéoles de la structure peuvent être laissées vides pour alléger l'ensemble. Le choix des alvéoles remplies ou non est fait en fonction des impératifs de résistance. Les dessins annexés illustrent l'invention: - La figure 1 représente un élément constitutif de base - La figure 2 représente la configuration des éléments constitutifs de base emboîtés pour le stockage ou le transport. - La figure 3 représente un élément d'armature constitué de plusieurs éléments constitutifs de base assemblés par empilement. - La figure 4 représente un élément de structure alvéolaire constitué de plusieurs éléments constitutifs de base assemblés en opposition de sommets. - La figure 5 représente la structure alvéolaire de l'élément portant, incluant les éléments formant armatures, en position couchée avant remplissage des alvéoles. - La figure 6 représente l'élément porteur après remplissage des alvéoles. - La figure 7 représente l'élément porteur fini redressé en position de travail dans le cas le plus courant de travail en flexion sous charge verticale. - La figure 8 représente un exemple de structure avec remplissage partiel des alvéoles. En référence à ces dessins, le dispositif comporte des éléments constitutifs de base faits d'une plaque mince (1) comportant des ondulations transversales (2) dont les sommets (3) permettent de les associer d'au moins deux façons: - Soit par empilement (Fig.2), formant les armatures de renfort. - Soit en opposition de sommets (Fig.3),formant la structure alvéolaire ouverte représentée sur la figure 5. Cette structure ouverte sert également de coffrage perdu pour le matériau de remplissage. La liaison longitudinale des éléments, pour la réalisation d'éléments portants de longueur quelconque, se fait par raccordement alterné des éléments constituants(4)et(5), à la façon des briques d'un mur. A titre d'exemple non limitatif, un élément constitutif standardisé pourra mesurer environ 1,50 m x 2,50 m, d'une épaisseur de 1 à 5 mm, avec des ondulations perpendiculaire au plus grand axe en forme de demi nids d'abeille hexagonaux de 5 à 10 cm de côté. Les utilisations potentielles de telles structures sont très nombreuses dans le bâtiment et les travaux publics pour la réalisation de poutres et poutrelles notamment et plus généralement la plupart des applications couvertes aujourd'hui par les profilés en acier et le béton armé. Les principaux avantages du procédé sont énoncés ci-après: - Légèreté de la structure. Quand elle est à base de composites et bétons légers par exemple, l'économie en poids peut atteindre 40 à 50% correspondant également à des économies liées à la réduction du poids propre. - Facilité de créer tous les types de poutres souhaités à partir d'un même élément constitutif de base standardisé. - Economie de fabrication par réalisation en continu de ces éléments constitutifs standardisés. - Facilité de réalisation des éléments de structure porteurs directement sur site ou à proximité immédiate économisant ainsi des coûts de transport. - Economie de coffrages devenus inutiles, les parois des alvéoles en faisant office. - Possibilité d'automatiser la construction des éléments porteurs par opposition à l'assemblage des aciers de ferraillage et à l'installation des coffrages dans le domaine du béton armé. - Bonne résistance aux séismes d'une structure alvéolaire. - Insensibilité à la corrosion notamment lorsque sont utilisés des composites fibres de verre-résine pour les éléments constituants et du béton pour le remplissage des alvéoles. - Economie de protection par peinture si l'on compare aux constructions tout acier. - Economie d'entretien. REVENDICATIONS 1) Système de fabrication d'éléments de construction à structure composites réalisés à partir d'éléments constituants de base faits de couches minces de matériau résistant mis en forme ondulée, et assemblés soit par empilement pour créer des armatures de renfort, soit en opposition de sommets pour créer un corps alvéolaire, armatures de renfort et corps destinés, ensemble, après remplissage avec un matériau faisant prise, résistant à la compression et assurant la protection des parois des alvéoles, à servir de structure alvéolaire active, c'est à dire sans la nécessité de plaques sandwich, à l'élément de structure construit. 2) Système de construction suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les parois des alvéoles sont équipées de reliefs intérieurs pour assurer un meilleur accrochage du matériau de remplissage. 3) Système de construction suivant la revendication 1 caractérisé en ce que certaines alvéoles sont laissées vides de matériau de remplissage pour alléger l'élément de structure.