Brevet FR2919638A1 — publié le 20090206

La présente invention concerne un élément de structure en béton précontraint comportant des profilés assemblés, utilisable notamment pour la fabrication d'éléments de charpente, de couverture ou de plancher. L'invention a également comme objet un procédé de réalisation de cet élément structurel. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il est connu de réaliser des éléments de structure en béton armé, comprenant deux profilés, en général symé- triques, qui s'étendent selon une même direction longitudinale et qui sont assemblés entre eux par une plaque centrale de jonction s'étendant entre les deux profilés. La plaque centrale de jonction est boulonnée aux deux profilés. Les profilés peuvent être précontraints dans la direction longitudinale. Il a également été proposé de boulonner les deux profilés entre eux selon une direction perpendiculaire à une direction longitudinale des profilés. Il est connu par ailleurs de réaliser des éléments de structure par moulage en utilisant un béton fibré ultra haute performance (appelé ci-après BFUP) qui permet d'obtenir des éléments de structure résistants et légers. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un moyen permettant d'obtenir de manière simple des éléments structurels ayant des performances améliorées. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon l'invention, on prévoit, un élément structurel en Béton fibré ultra haute performance (BFUP), comportant deux profilés pourvus de moyens de précontrainte selon une direction longitudinale commune, les deux profilés étant fixés latéralement l'un à l'autre. Les profilés comportent des faces en regard s'étendant selon la direction longitudinale et entre lesquelles s'étend une liai- son surfacique. 2 Par liaison surfacique, on entend un moyen permettant d'assurer un maintien en contact étroit desdites faces, sur toute ou partie de celles-ci, et plus particulière-ment un moyen permettant aux deux faces d'adhérer l'une à l'autre. L'élément structurel est donc obtenu par la liaison surfacique des deux profilés selon une direction longitudinale, parallèlement à la direction de pré-contrainte des profilés de manière qu'on obtient ainsi un élément structurel particulièrement simple à réaliser, très léger tout en étant résistant. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel élément structurel, comprenant les étapes de : - mouler les profilés par coulage de béton dans un moule, - mettre en contact les profilés par des faces s'étendant selon la direction longitudinale et établir une liaison surfacique entre les profilés. Ce mode de réalisation permet l'obtention d'éléments structurels légers et résistants, pouvant présenter des formes variées et difficiles à obtenir par moulage en une seule pièce. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un longeron selon l'invention avec coupe perpendiculairement à une direction longitudinale du longeron ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un élément de couverture réalisé à l'aide du longeron de la figure 1, avec coupe perpendiculairement à une direction longitudinale de l'élément ; 3 -la figure 3 est une vue en coupe transversale il-lustrant la fabrication d'un longeron selon une variante de réalisation ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 de deux longerons alignés et aboutés ; - la figure 5 est une vue en élévation de deux longerons aboutés en formant un angle entre eux. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, et conformément à un mode particulier de réalisation de l'invention, l'élément structurel 100 allongé, de type poutre ou longeron, comprend deux profilés symétriques 10a et 10b qui s'étendent selon une direction longitudinale commune L. Chacun des profilés à une section générale en C comportant une se- melle inférieure 11a, lib une semelle supérieure 12a, 12b et une âme 13a, 13b qui relie les semelles. Les profilés 10a, 10b sont pourvus de moyens de pré-contrainte 14a, 14b selon la direction longitudinale commune L. Les moyens de précontraintes 14a, 14b sont ici constitués chacun par un câble métallique s'étendant entre la fibre neutre du profilé 10a, 10b et la semelle inférieure 11a, lib parallèlement à celles-ci. Les deux profilés sont fixés latéralement l'un à l'autre. Les profilés comportent des faces 15a, 15b en regard s'étendant selon la direction longitudinale L et entre lesquelles s'étend une liaison surfacique formé ici d'une couche de liant 20. La couche de liant 20 est un joint de colle. Les profilés sont de préférence en BFUP, répondant à la formulation suivante, permettant d'obtenir 2470 kg de béton : - Ciment CEM I 52,5 845 kg - Gravier basalte granulométrie 2/4 365 kg - Sable siliceux granulométrie 0,1/1,6 725 kg - Fumée de silice 85 kg 4 - Microfiller calcaire 0,3/1,4 148 kg - Fibres métalliques 80 kg - Fibres de polypropylène 20 kg - Superplastifiant 25 kg - Eau 177 kg Ces proportions sont données à titre indicatif et pourront subir certaines variations. En particulier, on pourra admettre des variations approximatives de [-5%, +10%] pour le ciment, la fumée de silice et les charges minérales, de [-10%, +10%] pour l'eau et les adjuvants, et de [-20%, +20%] pour les fibres. Les fibres ont une longueur d'environ 13mm et un dia-mètre d'environ 16 pm. Après un traitement thermique de 17 heures à 50 de- grés Celsius (ou 15 heures à 70 degrés Celsius), le BFUP ainsi formulé présente normalement une résistance à la flexion d'au moins 12 MPa, et une résistance à la compression d'au moins 110 MPa sur cube de 10 (Essais pour béton durci selon la norme EN 12.390). Les profilés 10a, 10b sont moulés chacun dans un coffrage rectiligne ayant une section sensiblement en forme de U ou C renversé et dans lequel sont tendus les moyens de précontrainte 14a, 14b parallèlement à la direction longitudinale L des profilés (monofil de 5 mm de diamètre jusqu'au toron de 15,7 mm de diamètre). Puis après traitement thermique, démoulage et mise en précontrainte, les profilés 10a, 10b sont accolés pour mettre leurs faces arrière 15a, 15b en regard. Avant la mise en contact des faces arrière 15a, 15b, de la colle est appliquée sur une ou les deux faces pour former le joint de colle constituant la couche de liant 20, dont l'épaisseur a été ici nettement exagérée pour des raisons de clarté des figures. De préférence, la colle utilisée est une colle structurale époxydique rigide de classe 2, thixotrope à bicomposant résine/durcisseur, que l'on fait polymériser pendant une journée à 20 degrés Celsius. La résistance mécanique voulue est atteinte au bout de 14 jours à 20 degrés Celsius. Avantageusement, on utilise une colle conforme à la norme française NFP 18.870 qui 5 présente une résistance à la compression au moins égale à 50 MPa, et une résistance à la traction par flexion au moins égale 15 MPa. On obtient ainsi un longeron 100 symétrique dont le joint de colle 20 s'étend dans le plan de symétrie du longeron qui s'étend selon la direction longitudinale L, ce qui est particulièrement favorable du point de vue de la résistance du longeron. En variante, la couche de liant est une couche de béton et plus particulièrement de BFUP. Dans ce cas, pré-alablement au. dépôt de la couche de liant sur les faces arrière 15a, 15b et leur mise en contact, il est procédé à la mise à nu des fibres métalliques sur au moins une des faces 15a., 15b, et de préférence les deux, par exemple par un griffage ou un décapage à l'acide du béton formant ces faces. Après fabrication des longerons, il est possible de prévoir une étape de découpe en usine des longerons. La découpe est par exemple réalisée à une longueur inférieure à 13,40 mètres (permettant un transport routier standard des longerons). 1l faut ensuite si nécessaire abouter les longerons sur le chantier. Lorsque les longerons 100, 100', sont aboutés dans le prolongement l'un de l'autre, l'aboutement est réalisé en réunissant les extrémités des longerons par deux éclisses 10a', 10b' (voir la figure 4). Les éclisses 10a', 10b' sont des profilés identiques dans leur structure aux pro-filés 10a, 10b décrit ci-dessus mais dimensionnés pour être logés entre les semelles de ceux-ci. L'éclisse 10a' est collée par une couche de liant (non visible sur la figure) contre les profilés 10a des longerons 100, 100' 6 entre les semelles de ceux-ci, et l'éclisse 10b' est collée par une couche de liant (non visible sur la figure) contre les profilés 10b des longerons 100, 100' entre les semelles de ceux-ci. Les éclisses sont maintenues appliquées contre les profilés par des moyens mécaniques tels que des boulons traversant les éclisses et les longerons. Lorsque les longerons sont aboutés en formant un angle entre eux, la découpe des longerons est réalisée avec l'angle correspondant en usine et une platine en BFUP 101, 101' est collée sur chacune des extrémités des longerons 100, 100' à abouter au moyen d'une couche de colle 102, 102' (colle identique à celle ci-dessus mentionnée). Sur le chantier, la face libre des platines est enduite d'une couche de colle 103 (même colle) et les platines sont appliquées l'une contre l'autre et sont maintenues ainsi par des moyens mécaniques par exemple des boulons traversant les platines. Un tel longeron peut être utilisé seul ou pour fabriquer tout type de structure telle que des poteaux, pou- tres, pannes, planchers... Dans le cas de poteaux, l'élément structurel comprend de préférence des éléments de précontrainte s'étendant longitudinalement, de part et d'autre de la fibre neutre. Dans le cas d'un plancher, les longerons sont utilisés comme des poutres entre les- quels sont disposés des entrevous. Une dalle de compression en béton est ensuite coulée sur l'ensemble ainsi formé. Le longeron peut également être utilisés pour la fabrication des éléments de couverture tels que celui qui est illustré à la figure 2. L'élément de couverture comporte un longeron 100 comme celui illustré à la figure 1, et deux profilés 10a, 10b placés de part et d'autre du longeron central 100. Une plaque 30, en BFUP, s'étend par-dessus le longeron 100 et les profilés 10a, 10b en étant collée par une cou- che de liant 35 aux semelles supérieures 12a, 12b. On observera (à droite) un léger débordement de la plaque 30 pour permettre le recouvrement d'une portion latérale non recouvert par la plaque (à gauche) d'un élément de cou- verture adjacent. Des éléments d'isolation 40 sont insérés entre les profilés 10a, 10b et le longeron 100. Les éléments d'isolation 40 sont fixés sous les semelles supérieures. On obtient ainsi un élément de couverture simple à fabriquer, particulièrement léger et présentant une excellente résistance. En variante, on pourra fabriquer des éléments de couverture comportant plus d'un longeron 100, couvrant donc une surface plus importante. En variante également, une plaque 50, ici également en BFUP, est collée sous les profilés 10a, 10b par une couche de liant 45 s'étendant sur les semelles inférieures 11a, lib (la plaque 50 et la couche de liant 45 sont représentées en trait mixte double sur la figure 2 pour marquer leur caractère facultatif). Cette plaque 50 per-met en particulier d'habiller la face de l'élément de couverture destinée à s'étendre à l'intérieur du bâti-ment. La couche de liant 45 est identique à la couche de liant 35 et est formée par un joint de la même colle que la couche de liant 20. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, les profilés peuvent être collés en usine, en vue de livrer des éléments structurels ou des éléments de couvertures complets. Les profilés peuvent encore être collés in situ, soit avant la mise en place des profilés sur l'ouvrage, soit après leur mise en place. Dans ce dernier cas, la manutention se limite au transport et à la mise en place des profilés, bien moins lourds que l'élément structurel complet. Les deux profilés sont alors assemblés par collage après mise en place des profilés. Les matériaux et/ou granulométries utilisés pour les gravier, sable et microfiller peuvent être différents de ceux décrits. Par exemple, il est possible d'utiliser du gravier de granulométrie au moins égale à 5 mm. Le dimensionnement des fibres peut également être modifié. En outre, le gravier peut être un gravier en basalte et/ou de granulométrie 2/4, le sable peut être un sable siliceux et/ou de granulométrie 0,1/1,6 et le microfiller peut être en calcaire et/ou de granulomérie 0,3/1,4. Les moyens de précontrainte peuvent être notamment des câbles métalliques ou des fibres synthétiques. La couche de liant peut s'étendre sur toute ou partie des faces en regard. Les conditions et paramètres de mise en oeuvre, et notamment de séchage, du béton et de la colle ne sont don-nés qu'à titre indicatif et peuvent être modifiés en fonction des performances recherchées, des conditions en-vironnementales... Les profilés peuvent avoir une section de forme différente de celle décrite et par exemple une section en J, L ou T... Selon un mode de réalisation alternatif représenté à la figure 3, chaque profilé 10a, 10b est réalisé dans un moule ou coffrage, généralement désignés en 60a, 60b, comportant un cadre 61a, 61b d'armature et une enceinte 62a, 62b de réception du béton ayant une section sensi- blement en U renversé (le coffrage 60a est dans le sens approprié pour la coulée du béton). Le cadre 61a, 61b sert à l'ancrage des moyens de précontrainte dont il reprend les efforts et permet la manutention des coffrages 60a, 60b. Après la coulée du béton dans les coffrages 60a, 60b, le coffrage 60b est retourné sur le coffrage 60a pour permettre la mise en contact des faces 15a, 15b des profilés 10a, 10b avant durcissement du béton. Une fois le béton durci, les coffrages sont retirés. Une liaison surfacique est ainsi établie entre les profilés 10a, 10b par les faces 15a, 15b. REVENDICATIONS 1. Elément structurel en Béton fibré ultra haute performance (BFUP), comportant deux profilés (10a, 10b) pourvus de moyens de précontrainte selon une direction longitudinale commune, les deux profilés étant fixés latéralement l'un à l'autre, caractérisé en ce que les pro-filés comportent des faces en regard s'étendant selon la direction longitudinale et entre lesquelles s'étend une liaison surfacique. 2. Elément selon la revendication 1, dans lequel la liaison surfacique comprend une couche de liant (). 3. Elément selon la revendication 2, dans lequel la couche de liant est un joint de colle (20) s'étendant en- tre les faces en regard. 4. Elément selon la revendication 3, dans lequel la colle est du type structurale époxydique de classe 2, thixotrope, bicomposant. 5. Elément selon la revendication 1, dans lequel les profilés sont symétriques selon un plan qui s'étend selon la direction longitudinale commune, la liaison surfacique s'étendant selon ledit plan. 6. Elément structurel selon la revendication 1, dans lequel le béton utilisé pour fabriquer les profilés a la formulation suivante, donnée pour 2470 - Ciment CEM I 52,5 Gravier - Sable - Fumée de silice - Microfiller -Fibres métalliques - Fibres de polypropylène - Superplastifiant - Eaukg de béton : 845 kg[-5%,+10%] 365 kg [-5%,+10%] 725 kg [-5ô,+10%] 85 kg [-5%,+10%] 148 kg [-5%,+10ô] 80kg [-20ô,+20%] 20 kg [-20%,+20%] 25 kg [-10%,+10%] 177kg [-10%,+10%] 11 7. Elément selon la revendication 6, dans lequel le gravier est un gravier en basalte et/ou de granulométrie 2/4. 8. Elément selon la revendication 6, dans lequel le sable est un sable siliceux et/ou de granulométrie 0,1/1,6. 9. Elément selon la revendication 6, dans lequel le microfiller est en calcaire et/ou de granulométrie 0,3/1,4. 10. Elément selon la revendication 6, dans lequel les fibres métalliques ont une longueur 13mm environ et un diamètre de 16 pm environ. 11. Procédé de fabrication d'un élément structurel en béton de type Béton fibré ultra haute performance (BFUP), comportant deux profilés (10a, 10b) pourvus de moyens de précontrainte (14a, 14b) selon une direction longitudinale commune, les deux profilés étant fixés latéralement l'un à l'autre, le procédé comprenant les étapes de : - mouler les profilés par coulage de béton dans un moule (60a, 60b), - mettre en contact les profilés par des faces s'étendant selon la direction longitudinale et établir une liaison surfacique entre les profilés. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel les profilés (10a, 10b) sont moulés respectivement par coulage par gravité du béton dans un premier et un deuxième moule (60a, 60b) laissant découvertes les faces à mettre en contact et les faces sont mises en contact avant durcissement du béton par retournement du deuxième moule (60b) sur le premier moule (60a). 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel au moins une des faces est recouverte d'une couche de liant (20) avant mise en contact. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel des fibres du béton ont été mises à nu au moins sur une des faces. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel 5 la mise à nu des fibres est réalisée par griffage ou décapage à l' ac:Lde .