Brevet FR2940337A1 — publié le 20100625

POUTRELLE MÉTALLIQUE POUR LA FABRICATION DE PLANCHERS. Description Domaine technique de l'invention. La présente invention a pour objet une poutrelle métallique pour la fabrication de planchers. Elle concerne le domaine technique du bâtiment et des fournitures pour la construction de bâtiments, et plus spécifiquement celui des poutrelles métalliques pour la fabrication de planchers ou de toitures. État de la technique. De manière générale, les poutrelles actuelles se présentent sous la forme d'un treillis d'acier constitué d'une barre d'acier supérieure longitudinale et de deux barres d'acier inférieures longitudinales reliées entre elles par une armature métallique soudée. II est, en outre, courant d'enrober les barres d'acier inférieures du treillis dans un talon réalisé en béton. Au cours de la fabrication des poutrelles métalliques, et afin de réaliser le talon en béton, il est, en pratique, nécessaire de réaliser un coffrage, c'est-à-dire de monter un coffre autour des barres d'acier inférieures dans lequel est ensuite coulé le béton. Le 2940337 -2 coffre est ultérieurement démonté après séchage complet du talon en béton. Cependant, ces opérations de montage, séchage et démontage des coffres sont couteuses en temps et en main d'oeuvre. 5 Pour pallier ce problème de coffrage, on connait notamment les poutrelles métalliques pour la réalisation de plancher en béton décrites dans les documents FR 2 540 540 (PERRAZ) et FR 2 554 148 (PERRAZ) et intégrant une gaine utilisée comme coffre pour la coulée du béton. Cependant, les poutrelles métalliques comportant un talon en béton possèdent d'autres 10 inconvénients majeurs. En effet, au cours de l'utilisation d'un plancher réalisé au moyen de poutrelles métalliques, ces dernières sont fortement soumises à une contrainte de flexion et le béton du talon a tendance à travailler anormalement en traction et à se microfissurer. De plus, les poutrelles métalliques comportant un talon en béton sont lourdes et difficilement 15 manipulables sur un chantier. La poutrelle métallique (101), représentée sur les figures 1.a) et 1.b), et décrite dans le document FR 2 862 994 (JOANNES) vise à remédier à ces inconvénients en remplaçant le talon béton enveloppant les barres d'aciers 20 inférieures par un produit isolant (107). Le fait de remplacer le béton par un produit isolant ne nuit aucunement à la tenue mécanique de la poutrelle métallique (101), mais permet de fournir des poutrelles métalliques (101) plus isolantes, plus légères et moins chères. De même que précédemment, la poutrelle métallique (101) se présente sous la forme d'un treillis d'acier (102) 25 constitué d'une barre d'acier supérieure (104) longitudinale et de deux barres d'acier inférieures (105) longitudinales reliées entre elles par une armature métallique (106) soudée. Ces poutrelles métalliques (101) intègrent également 2940337 -3 une gaine (103) métallique disposée autour des barres d'aciers inférieures (105). Cette gaine (103) sert à la fois de coffrage ou de contenant du produit isolant (107) au cours de la fabrication de la poutrelle métallique (101), et à la fois de gaine protectrice dudit produit isolant. De manière générale, le produit 5 isolant (107) se présente sous la forme d'une mousse expansée et injectée dans la gaine (103) après mise en place des barres d'acier inférieures (105) dans ladite gaine. La demanderesse a constaté qu'il était avantageux, au cours de la 10 fabrication, d'assembler d'abord le treillis (102) à l'extérieure de la gaine (103) et ensuite de faire coulisser les barres d'acier inférieures (105) du treillis (102) à l'intérieure de la gaine (103). Cependant, dans l'ensemble, ces poutrelles décrites précédemment 15 n'excèdent généralement pas 4 mètres de longueur sans subir d'importantes contraintes de flexion. Pour réduire ces contraintes, les poutrelles doivent alors, être soutenues localement par des étais. L'objectif de l'invention est de fournir des poutrelles métalliques de 20 grande longueur ne nécessitant aucun étai, tout en conservant les étapes de fabrication consistant à assembler le treillis avant de faire coulisser les barres d'acier inférieures à l'intérieur de la gaine. L'invention a également pour objectif de fournir des poutrelles 25 métalliques légères et isolantes. 2940337 -4 Encore un objectif de l'invention est de fournir des poutrelles métalliques peu onéreuses, d'encombrement réduit et de conception simple. 5 Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est une poutrelle métallique pour la réalisation de plancher comprenant un treillis formé d'une barre d'acier supérieure reliée à deux barres d'acier inférieures par l'intermédiaire d'une 10 armature métallique. Cette poutrelle comprend également une gaine métallique rigide dans laquelle sont disposées les barres d'acier inférieures du treillis et destinée à recevoir un produit de remplissage configuré pour enrober lesdites barres d'acier inférieures. Cette poutrelle est remarquable en ce que des calles de liaisons relient solidairement les barres d'acier inférieures à la gaine, lesdites 15 calles de liaisons présentant une surface d'appuis supérieure sur laquelle sont fixées lesdites barres d'acier inférieures et comportant des pattes de fixation fixées sur les parois de la gaine, lesdites calles étant dimensionnées de manière à coulisser à l'intérieur de la gaine avant fixation sur les parois de ladite gaine. Ainsi, les calles de liaison permettent astucieusement : 20 - de combiner les caractéristiques mécaniques de la poutrelle et de la gaine en les reliant solidairement et ainsi être plus résistante aux contraintes de flexion, - de maintenir le treillis surélevé par rapport au fond de la gaine de manière à ce que le produit de remplissage puisse enrober les barres d'acier 25 inférieures, l'enrobage permettant notamment de limiter le pont thermique réalisé par le contact du treillis et de la gaine, 2940337 -5 - de conserver les étapes de fabrication actuelle de la poutrelle en permettant auxdites calles de liaison de coulisser à l'intérieur de la gaine avant fixation. 5 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention permettant de réaliser facilement les calles de liaison, les calles de liaison consistent en des plaques métalliques horizontales fixées transversalement aux barres d'acier inférieures et comportant chacune deux pattes de fixation latérales destinées à être fixées sur les parois de la gaine. 10 Selon encore une caractéristique avantageuse de l'invention permettant de diminuer la contrainte de cisaillement entre les rabats latéraux et les parois latérales de la gaine, des calles de liaison comportent des renforts d'appuis verticaux reposant sur le fond de la gaine. 15 Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de diminuer la contrainte de cisaillement entre les rabats latéraux et les parois latérales de la gaine au niveau de ses points d'appui extrêmes, les calles de liaison situées dans la partie avant et dans la partie arrière de la gaine 20 comportent des renforts d'appuis verticaux. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de fixer les calles sur la gaine au moyen de rivet, de vis ou autres sans avoir à effectuer d'opération de soudure à l'intérieur de la gaine, les pattes 25 de fixation comportent des trous disposés en vis-à-vis de trous réalisés sur la gaine lorsque les barres d'acier inférieures du treillis sont disposées à l'intérieur de la gaine. 2940337 -6 Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de fixer facilement les calles sur la gaine sans avoir à intervenir à l'intérieur de la gaine, les pattes de fixation sont vissées sur la gaine au moyen de vis auto taraudeuses. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant d'accroître les caractéristiques mécaniques de la poutrelle, une ou plusieurs barres de renfort, joignant des calles de liaisons entre elles, sont fixées sous lesdites calles. 10 Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant d'augmenter les caractéristiques mécaniques de la poutrelle, une barre de renfort supérieure est fixée sur l'armature métallique longitudinalement à la barre d'acier supérieure. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant d'augmenter les caractéristiques isolantes de la poutrelle, le produit de remplissage est un matériau isolant. 20 Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant d'augmenter les caractéristiques coupe-feu de la poutrelle, le produit de remplissage est un matériau de flocage. 5 15 25 Description des figures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1.a) représente schématiquement une vue de face d'un exemple de poutrelle de l'art antérieur, - la figure 1.b) représente schématiquement une vue de côté de l'exemple de poutrelle de la figure 1.a), - la figure 2.a) représente schématiquement une vue de face d'un exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant des calles de liaison, - la figure 2.b) représente schématiquement une vue de côté de la poutrelle de la figure 2.a), - la figure 3.a) représente schématiquement une vue de face d'un premier exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant des calles de liaison avec renfort d'appuis verticaux, - la figure 3.b) représente schématiquement une vue de côté de l'exemple de poutrelle de la figure 3.a) pour laquelle uniquement les calles de liaison avant et arrière comportent des renforts d'appuis verticaux, - la figure 3.c) représente schématiquement une vue de côté de l'exemple de poutrelle de la figure 3.a) pour laquelle toutes les calles de liaison comportent des renforts d'appuis verticaux, - la figure 3.d) représente schématiquement une vue de face d'un deuxième exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant des calles de liaison avec renfort d'appuis verticaux, - 7 - 8 - la figure 3.e) représente schématiquement une vue de face d'un troisième exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant des calles de liaison avec renfort d'appuis verticaux, - la figure 4.a) représente schématiquement une vue de face d'un exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant des barres de renfort fixées sur les calles, - la figure 4.b) représente schématiquement une vue de côté de la poutrelle de la figure 4.a), - la figure 5.a) représente schématiquement une vue de face d'un premier exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant une barre de renfort supérieure, - la figure 5.b) représente schématiquement une vue de face d'un deuxième exemple de réalisation de la poutrelle objet de l'invention comportant une barre de renfort supérieure. Modes de réalisation de l'invention. La présente invention concerne une poutrelle métallique (1) pour la réalisation de plancher. Cette poutrelle métallique (1) a des dimensions pouvant varier de plusieurs centimètres à plusieurs mètres de long, en pratique jusqu'à une quinzaine de mètres. En se rapportant aux figures 2.a) à 5.b), la poutrelle métallique (1) comprend un treillis (2). Ce dernier est formé d'une barre d'acier supérieure (4) reliée à deux barres d'acier inférieures (5) par l'intermédiaire d'une armature métallique (6). 2940337 -9 Les barres d'aciers supérieures (4) et inférieures (5) peuvent avoir un profil rond, carré, rectangulaire, hexagonal, ovale, ou tout autre profil convenant à l'homme du métier. En pratique, les barres d'acier supérieures (4) et 5 inférieures (5) ont sensiblement la même orientation, lesdites barres d'acier inférieures étant disposées dans un plan horizontal et la barre d'acier supérieure étant disposée au dessus desdites barres d'acier inférieures de manière à former un treillis (2) dont le profil à une forme de triangle isocèle. 10 L'armature métallique (6) relie solidairement les barres d'acier supérieures (4) et inférieures (5) entre elles. L'armature métallique (6) se présente généralement sous la forme de deux barres d'acier pliées en forme de sinusoïde, chacune desdites barres étant disposée entre l'une des barres d'acier inférieures (5) et la barre d'acier supérieure (4). 15 Comme représentée sur les figures 2.a) à 5.b), la poutrelle métallique (1) comprend également une gaine (3) métallique rigide dans laquelle sont disposées les barres d'acier inférieures (5) du treillis (2). Cette gaine (3) se présente généralement sous la forme d'un profilé en U monobloc réalisé à partir 20 d'une tôle pliée ou extrudée et dont l'extrémité supérieure présente des rabats (16) vers l'intérieur. En se référant aux figures 2.a) à 5.b), cette gaine (3) est destinée à recevoir un produit de remplissage (7) configuré pour enrober les barres d'acier 25 inférieures (5). La gaine (3) peut recevoir le produit de remplissage au cours de la fabrication de la poutrelle métallique (1) en usine, ou plus tard sur le chantier au cours de la fabrication du plancher. Le produit de remplissage (7) peut se 2940337 - 10- présenter sous la forme de ciment, de ciment allégé, d'un matériau isolant du type polystyrène expansé, polyuréthane expansé ou autre, d'un matériau de flocage préférentiellement coupe-feu du type laine de roche, laine de verre, ouate de cellulose ou autre, ou tout autre matériau de remplissage convenant à 5 l'homme du métier. Le produit de remplissage (7) peut également être du béton coulé en même temps que le planché sur le chantier. Conformément à l'invention, et comme schématisées sur les figures 2.a) à 5.b), des calles de liaison (8) relient solidairement les barres d'aciers 10 inférieures (5) à la gaine (3). Cette liaison solidaire permet de combiner les caractéristiques mécaniques du treillis (2) et de la gaine (3), et ainsi obtenir une poutrelle métallique (1) ayant une meilleure résistance à la flexion. Ainsi, les poutrelles métalliques (1) peuvent atteindre des longueurs d'une dizaine de mètres sans être soutenues par des étais. 15 En se rapportant aux figures 2.a) à 5.b), les calles de liaison (8) présentent une surface d'appui supérieure (9) sur laquelle sont fixées lesdites barres d'acier inférieures (5) par soudage, vissage, rivetage, etc. La surface d'appui (9) peut être plane ou non. De manière à obtenir une liaison pouvant 20 supporter d'importantes contraintes mécaniques, le contact entre la surface d'appui supérieure (9) et les barres d'acier inférieures (5) est préférentiellement linéique ou surfacique. Comme représentées sur les figures 2.a) à 5.b), les calles de liaison (8) 25 comportent également des pattes de fixation (10) fixées sur les parois de la gaine (3). Les pattes de fixation (10) peuvent être disposées dans le prolongement de la calle de liaison (8) et être fixées sur les parois latérales 2940337 -11- intérieures de la gaine (3). Les pattes de fixation (10) peuvent également être disposées au-dessous de la calle de liaison (8) et être fixées sur le fond de la gaine (3). Les pattes de fixation (10) peuvent également être disposées au-dessus de la calle de liaison (8) et être fixées sur les rabats (16) de la gaine (3) 5 à l'intérieur ou à l'extérieur de ladite gaine. Astucieusement, les pattes de fixation (10) peuvent être vissées sur la gaine (3) au moyen de vis auto taraudeuses. Les pattes de fixation (10) sont fixées sur les parois de la gaine (3) par soudage, vissage, rivetage, etc. Préférentiellement, de manière à pouvoir réaliser facilement et rapidement l'assemblage, les pattes de fixation 10 (10) comportent des trous (11) disposés en vis-à-vis de trous (12) réalisés sur la gaine (3) lorsque les barres d'acier inférieures (5) du treillis (2) sont disposées à l'intérieur de la gaine (3). En pratique, lors de la fabrication des poutrelles métalliques (1), les 15 calles de liaisons (8) sont fixées sous les barres d'acier inférieures (5) avant d'insérer lesdites barres d'acier inférieures dans la gaine (3). De manière à conserver l'étape de fabrication des poutrelles métalliques de l'art antérieur consistant à assembler le treillis avant de faire coulisser les barres d'acier inférieures dudit treillis à l'intérieur de la gaine, les calles de liaison (8) sont 20 dimensionnées de manière à coulisser avec les barres d'aciers inférieures (5) à l'intérieur de la gaine (3) avant fixation sur les parois de ladite gaine. Ainsi, au cours de la fabrication des poutrelles métalliques (1) objets de l'invention, il est possible de faire coulisser l'ensemble � barres d'acier inférieures (5) et calles de liaison (8) � à l'intérieur de la gaine (3). En pratique, et afin de permettre un 25 bon coulissement, la largeur des calles de liaison (8) sera inférieure de quelques millimètres à la largeur du profil intérieur de la gaine (3), c'est-à-dire à la longueur séparant les parois latérales intérieures de ladite gaine. 2940337 -12- Selon un premier mode de réalisation de la poutrelle métallique (1) schématisé sur les figures 2.a) à 5.b), les calles de liaison (8) consistent en des plaques métalliques horizontales fixées transversalement aux barres d'acier 5 inférieures (5) et comportant chacune deux pattes de fixation (10) latérales destinées à être fixées sur les parois latérales de la gaine (3). Ces calles de liaison (8) peuvent par exemple être réalisées au moyen de bandes de métal dont les extrémités sont pliées de manière à réaliser des rabats verticaux. Ces rabats constituent alors les pattes de fixation (10) des calles de liaison (8). En 10 pratique, la hauteur des rabats verticaux sera inférieure à la hauteur du profil intérieur de la gaine (3) et préférentiellement inférieure à la moitié de la hauteur dudit profil intérieur. On entend par hauteur du profil intérieur de la gaine (3) la dimension séparant le fond intérieur de la gaine et la surface intérieure des rabats (16) de ladite gaine. 15 Dans une telle configuration, lorsque la poutrelle métallique (1) est soumise à un effort vertical, la liaison � calle de liaison (8) et gaine (3) � est soumise à des contraintes de cisaillement. De manière à limiter cette contrainte de cisaillement, et comme représenté sur les figures 3.a) à 3.e), certaines calles 20 de liaison (8) peuvent alors comporter des renforts d'appuis verticaux (13) reposant sur le fond de la gaine (3). Ces renforts d'appuis verticaux (13) peuvent être présents sur toutes ou seulement certaines calles de liaison(8). Cependant, dans la réalisation du plancher d'un bâtiment, la partie avant 25 et arrière de la gaine (3) constitue les points d'ancrage de la poutrelle métallique (1) dans les murs du bâtiment. Ainsi, les calles de liaison (8) situées dans la partie avant et dans la partie arrière de la gaine (3) sont donc soumises 2940337 -13- à des contraintes de cisaillement très importantes, et comme représenté sur la figure 3.b), comportent préférentiellement des renforts d'appuis verticaux (13). Comme schématisés sur les figures 3.a) à 3.b), les renforts d'appuis verticaux (13) peuvent se présenter sous la forme de prolongement des pattes de fixation 5 (10) jusqu'au fond de la gaine. En se rapportant aux figures 3.d) et 3.c), les renforts d'appuis verticaux (13) peuvent également être réalisés au moyen d'une proéminence de la partie inférieure de la calle de liaison (8). Cette proéminence peut avoir une forme conique, parallélépipédique, cylindrique, ou autre. Les renforts d'appuis verticaux (13) peuvent encore être réalisés au 10 moyen de pièces rapportées, fixées ou non sur les calles de liaison (8), de forme cylindrique, parallélépipédique, ou autre. Les renforts d'appuis verticaux (13) peuvent être réalisés en métal et avoir préférablement une faible surface de contact avec la gaine de manière à limiter le pont thermique entre le treillis (2) et ladite gaine, en pratique une cinquantaine ou une centaine de mm2. Les 15 renforts d'appuis verticaux (13) peuvent être réalisés en matériaux isolants du type polyuréthane rigide, céramique isolante, matériaux plastiques ou tout autre matériau convenant à l'homme du métier. Dans des variantes de réalisation non représentées, les calles (8) 20 peuvent se présenter sous la forme de profilé creux ou non, de section carrée, rectangulaire, en forme de U, en forme de I, ou toute autre forme convenant à l'homme du métier. En se référant aux figures 4.a) et 4.b), une ou plusieurs barres de renfort 25 (14) joignant des calles de liaison (8) entre elles peuvent être fixées sous lesdites calles. De même, en se rapportant aux figures 5.a) et 5.b), une barre de renfort supérieure (15) peut être fixée sur l'armature métallique (6) longitudinalement à la barre d'acier supérieure (4) au dessus ou au dessous de 2940337 - 14 - cette dernière. Ces barres de renfort (14, 15) sont généralement réalisées en métal et peuvent être fixées sur l'armature métallique (6) ou sous les calles de liaison (8) par soudage, vissage, rivetage, etc. Ces barres de renfort (14, 15) peuvent avoir un profilé de forme cylindrique, carrée, rectangulaire, ovale, 5 hexagonale, etc. Les barres de renfort (14, 15) peuvent s'étendre sur toute la longueur de la poutrelle métallique (1) ou être localisées sur une partie seulement de ladite poutrelle, préférentiellement sa partie centrale. 10 Revendications1. Poutrelle métallique pour la réalisation de plancher comprenant : - un treillis (2) formé d'une barre d'acier supérieure (4) relié à deux barres d'acier inférieures (5) par l'intermédiaire d'une armature métallique (6), - une gaine (3) métallique rigide dans laquelle sont disposées les barres d'acier inférieures (5) du treillis (2) et destinée à recevoir un produit de remplissage (7) configuré pour enrober lesdites barres d'acier inférieures (5), caractérisée en ce que des calles de liaison (8) relient solidairement les barres d'aciers inférieures (5) à la gaine (3), lesdites calles de liaison présentant une surface d'appui supérieure (9) sur laquelle sont fixées lesdites barres d'acier inférieures (5) et comportant des pattes de fixation (10) fixées sur les parois de la gaine (3), lesdites calles de liaison étant dimensionnées de manière à coulisser à l'intérieur de la gaine (3) avant fixation sur les parois de ladite gaine. 2. Poutrelle selon la revendication 1 caractérisée en ce que les calles de liaison (8) consistent en des plaques métalliques horizontales fixées transversalement aux barres d'acier inférieures (5) et comportant chacune deux pattes de fixation (10) latérales destinées à être fixées sur les parois latérales de la gaine (3). 3. Poutrelle selon la revendication 2 caractérisée en ce que des calles de liaison (8) comportent des renforts d'appuis verticaux (13) reposant sur le fond de la gaine. 4. Poutrelle selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce que les calles de liaison (8) situées dans la partie avant et dans la partie arrière de la gaine comportent des renforts d'appuis verticaux (13). 2940337 -16- 5. Poutrelle selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pattes de fixation (10) comportent des trous (11) disposés en vis-à-vis de trous (12) réalisés sur les parois de la gaine (3) lorsque les 5 barres d'acier inférieures (5) du treillis (2) sont disposées à l'intérieur de la gaine (3). 6. Poutrelle selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les pattes de fixation (10) sont vissées sur la gaine (3) au moyen 10 de vis auto taraudeuses. 7. Poutrelle selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'une ou plusieurs barres de renfort (14), joignant des calles de liaisons (8) entre elles, sont fixées sous lesdites calles. 8. Poutrelle selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'une barre de renfort supérieure (15) est fixée sur l'armature métallique (6) longitudinalement à la barre d'acier supérieure (4). 20 9. Poutrelle selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le produit de remplissage (7) est un matériau isolant. 10. Poutrelle selon l'une des revendications 1 à 8 précédentes caractérisée en ce que le produit de remplissage (7) est un matériau de 25 flocage. 15