Brevet FR2927342A1 — publié le 20090814

La présente invention concerne une poutre en béton précontraint et un procédé de liaison de telles poutres. Il est connu d'utiliser des poutres en béton pré- contraint dans le domaine des bâtiments et travaux publics. Deux procédés de fabrication existent pour la réalisation de ces poutres, à savoir le moulage et l'extrusion. Le premier de ces procédés consiste à introduire le béton à l'état plus ou moins liquide dans un moule ou coffrage à la forme de la poutre à obtenir puis à laisser durcir Le béton avant de retirer le coffrage. Ce procédé permet la fabrication de poutres ayant des sections de formes variées. Un grand nombre de formes sont réalisables tant qu'elles permettent le retrait du coffrage une fois Le béton solidifié. Ce procédé n'autorise cependant qu'une faible productivité. Le second procédé consiste à faire passer le bé- ton dans une filière se déplaçant le long d'une table servant de support à la poutre formée par le béton sorti de la filière et en cours de solidification. Ce procédé autorise une productivité élevée mais est inadapté à la fabrication de poutres comportant des parties en débord ou en porte-à-faux. De telles parties auraient en effet tendance à s'affaisser immédiatement après l'extrusion, le béton en cours de solidification n'étant pas soutenu par un moule une fois sorti de la filière. L'amélioration des techniques de construction en béton et l'augmentation des connaissances et de l'expérience acquises dans ce domaine font des poutres de béton un concurrent des poutres métalliques et ont amené les concepteurs de poutres en béton à concevoir des sections de poutre similaires aux sections des poutres métalli- ques. Les bétons fibrés ultra performants ont ainsi permis d'obtenir des poutres ayant des sections relative-ment fines tout en présentant une résistance mécanique élevée. La résistance au feu de telles poutres est de plus supérieure à celle des poutres métalliques standard. En revanche, les techniques utilisées en charpentes métalliques, notamment le soudage et l'assemblage mecano-soudé, pour réaliser une liaison des poutres entre elles permettant d'assurer une transmission et une répar- tition des efforts et des contraintes ne sont pas transposables à la liaison des poutres de béton alors que leur simplicité a grandement contribue au développement des charpentes métalliques. La fabrication de poutres comportant des sections présentant des portions relativement fines et/ou en débord est également plus difficile a réaliser avec du béton qu'avec du métal. Un but de l'invention est de proposer une structure de poutre grâce à laquelle il est possible d'obtenir, dès la fabrication une poutre de meilleures performances et, au moment de son utilisation, une diversité d'emploi plus importante que les poutres en béton traditionnelle. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une poutre en béton fibré ultra performant, qui comprend un premier longeron comportant au moins une âme dont un bord longitudinal est en forme de semelle d'appui et dont l'autre bord forme une languette longitudinale pour coopérer avec au moins une rainure longitudinale d'un deuxième longeron ayant également, à l'opposé de la rai- nure, la forme d'une semelle d'appui, au moins l'un des longerons comportant un câble de précontrainte longitudinale noyé dans le béton parallèle à l'axe longitudinal neutre de la poutre. Ainsi, pour réaliser la poutre conforme à l'invention, les longerons sont fabriques indépendamment 3 l'un de l'autre avant d'être emboîtés l'un dans l'autre. Chaque longeron peut de la sorte être fabriqué dans la position la plus commode, par exemple avec la semelle orientée vers le bas pour reposer sur la table, dans le cas d'une extrusion ou avec la semelle orientée vers le haut, dans le cas d'un moulage dans un coffrage. L'emboîtement des longerons assure une transmission des efforts et une répartition des contraintes entre eux tel-les que la poutre composite ainsi constituée se comporte comme une poutre en une seule pièce. Il est même possible, par cette structure, de prévoir des longerons de compositions conduisant à des qualités mécaniques différentes pour ainsi agir sur le comportement en charge de la poutre. De préférence, la languette longitudinale possède des flancs convergents définissant avantageusement un angle au sommet déterminé pour qu'un coincement puisse se produire entre cette languette et la rainure qui la reçoit et qui possède également des flancs divergents. Les longerons sont ainsi fermement relies mécani- quement. De préférence alors, la languette comporte un congé de raccordement des flancs l'un a l'autre. Ceci permet de limiter l'usure des zones de contact des longerons en évitant une concentration des contraintes. Avantageusement, une couche de liant est interposée entre la languette et la rainure, le liant étant de préférence une colle structurale. La couche de liant assure le renforcement de la liaison des longerons. Par ailleurs, la poutre de l'invention peut comporter régulièrement réparties, des chevilles qui traversent à la fois les flancs de la rainure du longeron rai- nuré et la languette de l'autre longeron. Cette disposi-tion constitue un clavetage de la liaison qui en constitue une sécurité, s'opposant à la séparation des longerons si cette liaison venait à être ruinée au cours du temps. Les chevilles peuvent être remplacées par des bou- Ions ou analogue. En variante, le longeron à languettes de la poutre de l'invention comporte plusieurs âmes parallèles issues d'une semelle commune et définissant plusieurs languettes tandis que le longeron rainuré comporte plusieurs rainures parallèles, de même écartement que celui séparant les âmes susdites. La poutre constituée par l'association de ces deux longerons constitue une poutre creuse à plusieurs compartiments qui peut être employée comme élément cons- titutif de paroi ou de plancher. Les espaces internes de cette poutre peuvent être remplis avant assemblage, d'un matériau phoniquement et/ou thermiquement isolant. L'invention a également pour objet un procédé d'aboutage de deux poutres conformes à celles décrites ci-dessus, selon lequel, on coiffe par un tronçon de longeron rainuré les extrémités placées bout à bout de deux longerons à languette. Ces extrémités appartiennent bien entendu à des poutres dont le reste de la longueur est conformément à l'invention formé des deux longerons asso- ciés. Deux variantes de ce procédé sont possibles. La première consiste en ce que ledit tronçon est une prolongation axiale du longeron rainuré appartenant à l'une des deux poutres tandis que l'autre poutre est dépourvue de longeron rainuré sur une longueur sensiblement identique à celle de ladite prolongation. La seconde consiste en ce que chacune des poutres adjacentes est dépourvue de longeron rainuré au voisinage de son extrémité à abouter à l'autre poutre, ledit tron- çon étant un cavalier placé en chevauchement sur les por- tions de languette découvertes de chaque poutre. Le procédé de l'invention permet d'abouter les poutres en assurant la continuité de la reprise des efforts dans la zone de liaison de manière simple et effi- 5 cace. Selon deux caractéristiques additionnelles du procédé de l'invention, le procédé comprend l'étape : - d'engager au moins une cheville transversale-ment à la rainure et à la languette qu'elle chevauche, ce au droit de chaque poutre, - d'interposer une couche de liant entre la languette et la rainure. Ces caractéristiques assurent un renforcement de la liaison entre les deux poutres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation non limitatifs de l'invention. II sera fait référence aux dessins annexes, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une poutre simple conforme à l'invention, - la figure 2 illustre une poutre composite creuse conforme à l'invention, pouvant former élément de plancher ou de paroi, - les figures 3 et 4 sont des vues partielles de côté, chacune illustrant deux poutres aboutées conformé-ment à l'invention, - la figure 5 illustre par une vue en coupe un élément complémentaire de liaison bout à bout de deux poutres selon l'invention -les figures 6 et 7 illustrent par, respective-ment, une vue de côté et une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 6, une variante de réalisation des moyens d'aboutement de deux poutres selon l'invention. 6 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La poutre représentée à la figure 1 possède une section en I. La poutre, portant la référence générale 1, comprend un premier longeron 2.1 et un deuxième longeron 2.2 s'étendant parallèlement l'un à l'autre. Le premier longeron 2.1 comprend une âme 3. 1 bordée par une portion longitudinale d'appui 4.1 conformée en une semelle et dont l'autre bord longitudinal forme une languette 5.1. La semelle d'appui 4.1 s'étend ici perpendiculai- rement à la portion centrale de l'âme 3.1 et comprend des parties s'étendant de part et d'autre de la portion centrale de l'âme et en saillie de celle-ci. L'extrémité de l'âme formant languette 5.1 est délimitée latéralement par des flancs convergents 6 reliés l'un à l'autre par un congé sensiblement cylindrique 7. Le deuxième longeron 2.2 comprend une âme 3.2 ayant une portion longitudinale d'appui 4.2 conformée en une semelle et, à l'opposé, une portion longitudinale avec une rainure 5.2 de forme complémentaire à celle de la languette 5.1. La semelle 4.2 s'étend perpendiculaire-ment à l'âme 3.2, est parallèle à la semelle d'appui 4.1 et comprend des parties s'étendant de part et d'autre de l'âme 3.2 et en saillie de celle-ci. La languette 5.1 est emboîtée dans la rainure 5.2. Les flancs 6 sont convergents sous un angle au sommet déterminé, par exemple 5°, de même que les flancs de la rainure sont divergents sous le même angle, pour favoriser un coincement de la languette 5.1 dans la rainure 5.2. Une couche de liant 8, ici une colle structurale, s'étend entre la languette 5.1 et la rainure 5.2 sur tout ou partie de leurs surfaces en contact. La colle est ici une colle structurale époxydique rigide de classe 2. Avantageusement, la colle est conforme à la norme fran- çaise NFP 35 18.870 et présente une résistance à la com- pression au moins égale à 50 MPa et une résistance à la traction par flexion au moins égale à 15 MPa. Les longerons sont fabriques en béton fibré ultra performant (BFUP). Les fibres utilisées sont des fibres 5 métalliques éventuellement associées à des fibres de matériau plastique comme le propylène pour augmenter la résistance au feu. Les performances mécaniques en traction du liant employé sont comparables à celles du béton fibré ultra performant. La poutre 1 comporte un câble de précontrainte longitudinale 9 noyé dans le béton. Dans le cas de la figure 1, ce câble est noyé dans le longeron 2.1, sous un axe longitudinal neutre 10 de la poutre. Le câble est en acier ayant une tenue à la température jusqu'a 350°C. Dans une variante non représentée, le câble est logé dans le longeron 2.2 de la poutre. Dans ce cas, la poutre est employée de manière que son appui inférieur sur une infrastructure de soutien (mur, poteau, ...) soit réalisé par la semelle 4.2. La figure 2 illustre par une coupe transversale une poutre 20 conforme à l'invention dans laquelle le motif de la poutre simple en I de la figure 1 est répété deux fois le long de deux semelles larges. Ainsi, le longeron à languettes 21 comporte-t-il trois âmes 22, 23 et 25 24, dressées sur une semelle commune 25 tandis que le longeron à rainures 26 comporte trois âmes rainurées 27, 28 et 29 dressées sur une semelle commune 30. La poutre qui en résulte comporte deux espaces internes 31 et 32 qui peuvent être remplis d'un matériau isolant sur le 30 plan phonique et/ ou sur le plan thermique. Ces espaces peuvent également constituer des réserves pour installer des canalisations de fluides ou électriques. On remarquera sur cette figure 2 que les extrémités latérales du longeron 26 sont un peu différentes de 35 celles d'une semelle simple. Cette géométrie laisse sub- 15 20 8 sister le long du bord supérieur de chaque poutre une surface 33 en contre dépouille qui, lorsque deux poutre telles que 20 sont longitudinalement adjacentes et en contact par leur semelle de base 21, referment partielle- ment l'espace 34 entre ces poutres dans lequel un béton de clavetage, avec éventuellement une armature passive, peut être coulé, par exemple en même temps qu'une dalle de compression pour lier latéralement les poutre entre elles. Une première variante d'un procédé de liaison bout à bout de deux poutres 1.A, 1.B est décrite ci-après en regard de la figure 3. L'une des extrémités du longeron à languette 2.1.A se projette axialement au-delà du deuxième longe- ron à rainure 2.2.A. En face, à l'extrémité de la poutre 1.B, le deuxième longeron 2.2.B est en saillie axiale du premier longeron 2.1.B. Selon cette première variante du procédé de l'invention, l'étape d'abouter les extrémités de la poutre 1.A et de la poutre 1.B consiste à emboîter la languette découverte 5.1.A du longeron 2.1.A de la poutre 1.A dans la rainure 5.2.B du longeron 2.2.B de la poutre 1.B. Une couche de liant est interposée entre ces parties emboîtées. Le procédé comprend en outre ici l'étape supplémentaire d'engager des chevilles 11 transversales au travers des parties emboîtées. Ces chevilles 11 renforcent la liaison entre la poutre 1.A et la poutre 1.B en travaillant en cisaillement. Les chevilles 11 peuvent être des goupilles ou des boulons. On notera que ces chevilles peuvent également être présentes, de place en place le long de chaque poutre au travers de la rainure et de la languette emboîtées. A la figure 4, on retrouve la plupart des élé- ments déjà décrits en regard de la figure 3 avec les mê-mes références. Chaque extrémité de poutre 1.A et 1.B est dépourvue du longeron à rainure qui lui est associé si bien qu'un tronçon 12 de longeron à rainure est installé à cheval sur la zone de contact bout à bout des poutres 1.A et 1.B. Ce tronçon est également collé A la figure 5, on a représenté par une vue en coupe transversale la présence d'un sabot inférieur 13 qui comporte une plaque de base 14 et deux ailes 15 et 16, ces éléments étant assemblés, entre eux, par collage et à la jonction bout à bout de deux poutres 1.A et 1.B, par collage de la plaque de base 14 sous la semelle de ces poutres. La plaque de base 14 peut-être pré ou post contrainte au moyen de câbles 17. Ce sabot se trouve sous le tronçon 12 de longeron à rainure. Aux figures 6 et 7, les moyens représentés sont une variante de ceux représenté à la figure 5. En effet, le tronçon de longeron 12a possède une semelle 4.2a qui est plus large que la semelle 4.2 précédemment décrite de manière à porter trois portions longitudinales, chacune avec une rainure 5.2, 5.2a, 5.2b capable d'emboîter la languette 5.1 du longeron 2.1.A et les extrémités des ai-les 15a et 16a en forme de languettes 15b et 16b. Ces ai-les appartiennent au sabot 13a en étant en une seule pièce avec la plaque de base 14a de ce sabot. On notera que le longeron 2.1.A comporte deux câbles 9a et 9b de pré ou post contrainte et que la plaque de base 14a est fixée à la semelle 4.1 du longeron 2.1.A par des chevilles (goupilles ou boulons) 18. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, la poutre peut avoir une section différente de celle décrite et, par exemple, une section en C, en U, en diabolo... 5 lo La poutre peut être contrainte longitudinalement par précontrainte ou post-contrainte. La liaison des poutres peut être réalisée sans liant ou sans cheville. Le liant utilise peut être une colle type époxy ou autre, ou bien encore un mortier. Enfin pour des applications particulières, le longeron à languette peut être différent du longeron à rainure. REVENDICATIONS 1. Poutre (1) en béton fibré ultra performant, caractérisé en ce qu' elle comprend un premier longeron (2.1) comportant au moins une âme (3.1), ayant une se- melle d'appui (4.1) le long d'un des bords longitudinaux de l'âme et, le long de son bord opposé, une languette (5.1) emboîtée dans une rainure (5.2) de forme complémentaire appartenant à un deuxième longeron (2.2) comportant, à l'opposé de la rainure, une semelle d'appui (4.2), l'un au moins des longerons comportant un câble (9) de contrainte longitudinale noyé dans le béton parallèlement à l'axe longitudinal neutre (10) de la poutre. 2. Poutre selon la revendication 1, dans laquelle la languette (5.1) est délimitée latéralement par des flancs convergents (6). 3. Poutre selon la revendication 2, dans laquelle les flancs (6) définissent un angle au sommet déterminé pour favoriser un coincement de la languette (5.1) dans la rainure (5.2). 4. Poutre selon la revendication 2, dans laquelle la languette (5.1) comporte un congé (7) sensiblement cylindrique de raccordement des flancs (6) l'un a l'autre. 5. Poutre selon la revendication 1, comprenant une couche de liant (8) s'étend entre la languette (5.1) et la rainure (5.2). 6. Poutre selon la revendication 5, dans laquelle le liant (8) est une colle structurale. 7. Poutre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des chevilles (11) transversales traversant les parties emboîtées. 8. Poutre selon la revendication 1, dans laquelle l'élément de contrainte longitudinale (9) s'étend dans le longeron à languette (2.1). 9. Poutre selon la revendication 1, dans laquelle l'élément de contrainte longitudinale (9) s'étend dans lelongeron à rainure (2.2). 10. Poutre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le longeron (21) à languette comporte plusieurs âmes (22, 23, 24) issues d'une semelle commune (25) et en ce que le longeron (26) à rainure comporte, en nombre égal, plusieurs rainures (27, 28, 29) espacées l'une de l'autre comme le sont les âmes du longeron {21) à languette. 11. Procédé d'aboutage de deux poutres conformes à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on coiffe par un tronçon (12) de longeron rainuré les extrémités placées bout à bout de deux longerons à languette. 12. Procédé selon la revendication 11, caractéri- sé en ce que ledit tronçon est une prolongation axiale (2 .2.B) du longeron rainuré (2.2) appartenant à l'une (1.A) des deux poutres tandis que l'autre poutre (1.B) est dépourvue de longeron rainuré sur une longueur sensiblement identique à celle de ladite prolongation. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que chacune des poutres adjacentes (1.A, 1.B) est dépourvue de longeron rainuré au voisinage de son extrémité à abouter à l'autre poutre, ledit tronçon étant un cavalier (12) placé en chevauchement sur les portions (5.2.A, 5.2.B) de languette découvertes de chaque poutre. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant l'étape d'engager au moins une cheville (11) transversalement à la rainure et à la languette qu'elle chevauche, ce au droit de chaque poutre (1.A, 1.B). 15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, comprenant l'étape d'interposer une couche de liant (8) entre languette et rainure. 16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de placer un 13 sabot (13,13a) sous les extrémités adjacentes des semelles (4.1) des poutres à rabouter. 17. Procédé selon la revendication 16 caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de faire coopérer des ailes latérales (15a,16a) du sabot (13a) dont les extrémités libres sont en forme de languettes (15b,16b) avec des rainures (5.2a,5.2b) dont est pourvu le tronçon (12a) de part et d'autre d'une rainure centrale (5.2) qui accueille la rainure la languette (5.1) des longerons à languette (2.1.A,2.1.B).