Brevet FR3011864A1 — publié le 20150417

Poutre composite à matrice creuse en résille d'aluminium extrudé »armée » de profilés en fibres de carbone collées La présente invention consiste à améliorer « sur le fond » le concept d'une poutre en « kit » dont l'usage a été exposé dans le brevet N° 0504328.C'est au vu de 1"expérience acquise avec celui-ci que ce nouveau brevet s'est révélé indispensable.Les matériaux utilisés qui créent un ensemble composite ,le mode opératoire sans vérin de précontrainte et les résultats ainsi obtenus donnent naissance à un produit totalement nouveau. Ce nouveau brevet reprend le principe de profilés « dits »primaires(1) et (2) limités en hauteur à cause de leur mode de fabrication par « extrusion » d'une part et en longueur par la dimension des cabines de « termo-laquage »d'autre-part.C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'utiliser plusieurs profilés pour obtenir la poutre voulue. Ces profilés sont disposés sur deux couches (6) afin d'obtenir le nombre de chemins de roulement nécessaires dont ils sont pourvus latéralement (3) et mis bout à bout selon la longueur désirée pour la poutre..Leur poids et volume limités en facilite le le transport donc l'accés en tous lieux avec une simple camionnette et l'assemblage final de la poutre sur le chantier sans grue et par une équipe réduite. Mais la poutre ainsi obtenue, ne possèdait pas, à elle seule, les propriétés mécaniques qui lui permettaient de résister aux charges tant verticales qu'horizontales qu'elle était amenée à supporter. Dans le brevet d'origine la « flèche » due aux surcharges était contrebalancée par un câble (4)inséré dans une cage centrale longitudinale de la poutre(5) Le câble était mis en précontrainte afin de limiter la« flèche » et la maintenir dans le cadre des résultats imposés par les calculs et les normes de sécurité. Mais ce procédé présentait de nombreux inconvénients au moment de son montage . -La mise en tension du câble nécessitait une force minimum d'environ 12t que seule l'utilisation d'un vérin hydraulique spécial, coûteux à l'achat, et délicat à manier permettait d'obtenir.Qui plus est, chaque équipe de pose devait posséder à la fois son propre vérin et un technicien formé à son utilisation. -La permanence de la tension du câble était obtenue par des pièces d'ancrage fixes disposées à chaque bout et à l'extérieur de la poutre. Mais ces excroissances empêchaient l'union entre les poutres, disposées longitudinalement à la structure et des portiques éventuels disposés transversalement, afin de servir de supports intermédiaires aux poutres dans le cas de projets modulaires de grandes longueurs. (16,17,18) Les déformations horizontales par contre n'étaient contrebalancées par aucun dispositif. Hors, l'idée de base de ce brevet consistait précisément à disposer la poutre dans le sens longitudinal permettant ainsi de scinder la surface à couvrir en deux dans le sens transversal afin de pouvoir ouvrir, au choix, l'un ou l'autre des côtés de la structure, en fonction notamment de la provenance du vent.Le nouveau brevet ne change rien au fonctionnement des modules mobiles dont le poids reste réparti entre les rails inférieurs ,au sol ,et les rainures prévus dans la poutre. Par contre cette ouverture asymétrique pouvait avoir pour conséquence de créer des efforts horizontaux non compensés comme indiqué ci-dessus et d'être donc à la source du vrillage de la poutre. L'invention présentée ci-après ne remplace donc pas le principe de la poutre « en kit »qui garde toute son utilité dans les zones difficilement accessibles. Par contre elle apporte plusieurs solutions techniques novatrices qui renouvellent fondamentalement l'ancien concept et éliminent automatiquement les défauts exposés ci-dessus. Le plan général de la figure 2 met en évidence les principaux éléments qui en font son originalité. La poutre est toujours composée de profilés primaires (11) et (12) qui rendent l'ensemble facilement transportable et montable. Par contre le câble (4) destiné à effectuer la mise en précontrainte et donc la cage centrale (5) sont supprimés. L'aspect de la poutre s'en trouve simplifié, le poids de chaque profil primaire diminué et, à dimensions égales le coût matière première diminué. Le câble(4) est remplacé par des « plats »en fibre de carbone insérés dans des rainures ( 13-14-10-15)situées aux endroits à renforcer et contrebalancer les efforts dus aux charges que le simple assemblage des profilés primaires entre eux ne pourrait obtenir. Ces profilés primaires et les plats en fibre de carbone sont rendues solidaires par collage à base d'une résine spéciale ce qui permet de créer une poutre monolithique, homogène , composite, à matrice creuse en résilled'aluminium extrudé armée de plats en fibre de carbone aux propriétés mécaniques importantes et sans utilisation d'un matériel spécifique Mais cet assemblage doit respecter une procédure précise lors des phases d'exécution qui seules peuvent garantir la raideur et la résistance de la poutre dans son état final. La première opération de collage consiste donc à assembler les profilés primaires entre eux afin d'obtenir la configuration définitive de la poutre. Dans ce but, ils possèdent sur leurs faces latérales des accroches ( 7 et 8 ) qui permettent de les aligner avant de procéder à leur collage par simple contact (9) entre la face inférieure des profils supérieurs et la face supérieure des profils inférieurs.Cette surface(9) est bien plus importante que dans le premier brevet (6). La poutre ainsi obtenue possède une base à la forme améliorée, qui plus est renforcée par le collage qui n'existait pas précédemment. La deuxième opération de collage est effectuée après l'insertion de fibres de carbone dans des rainures(13) et fig(14) prévues à cet effet sur la face supérieure du profil (11), donc au sommet de l'ensemble et dont le but est de contrebalancer la« flèche » produite verticalement par les charges imposées à la future poutre (poids propre , surcharges liées au fonctionnement ( neige,vent ).etc.Les rainures (13bis) et (14bis) situées à l'opposé sont dues à la symétrie des profils et n'ont donc pas de fonction particulière. Le principe mécanique et le mode opératoire de cette opération permettant d'obtenir ce renforcement important de la poutre dans le sens vertical sont exposés ci-après. Lors de l'assemblage des profilés primaires, au moment de la première opération de collage (9), ceux-ci sont calés de façon à présenter un «pré-cintrage» en creux . La hauteur de ce « pré-cintrage » est calculée en fonction des charges à venir. Les plats de carbone sont alors introduits dans les rainures(13 et 14) situées sur la face supérieure de la poutre et épousent donc, eux aussi, ce cintre parabolique. Il est alors procédé au collage entre l'aluminium et les plats de carbone. Après la prise du séchage ,la poutre est retournée à 180°.Les rainures(13 et 14) et les plats de carbone qui y sont insérés se retrouvent donc sur la face inférieure de la poutre qui armée de ses plats de carbone présente alors une « contre-flèche» et travaille totalement en »traction ».La face supérieure de l'ensemble, sous l'effet des charges, est inversement mise en compression. Cet effet de « traction » aurait tendance à provoquer un allongement de la face inférieure . Mais,à charge égale, l'allongement des plats de carbone est inférieur à celui de l'aluminium Les plats de carbone dans les rainures (13 et 14) sur la face inférieure de la poutre , solidaires des profilés aluminium par le collage, supportent donc la totalité des efforts de traction comme s'ils étaient soumis à la tension d'un vérin mais,sans la nécessité de celui-ci avec son coût et sans le système d'ancrage fixe et gênant aux deux extrémités de la poutre. La flèche de la poutre,grâce à ce second collage,se trouve ainsi compensée verticalement et le vrillage qui était pour partie du à la pression exercée par le vérin est éliminée. La troisième phase de collage, qui est aussi la dernière, reprend le même principe d'allongement différentiel entre aluminium et plats de carbone mais avec pour objectif de contrebalancer les déformations horizontales de la poutre dues à l'asymétrie possible des efforts imposés(vent,poussée unilatérale des modules mobiles en position semi-ouverte,etc) Pour cette dernière opération les plats de carbone sont enfilés et collés dans les rainures (15 et 16) situées verticalement de part et d'autre de la poutre à la jonction des profilés primaires.Avec cette configuration, quand les forces pouvant provoquer une déformation potentielle s'exercent sur une face, c'est le plat de carbone de la face opposé qui intervient car alors il travaille en traction et limite donc l'allongement qu'une structure en aluminium seule ne pourrait équilibrer. Il en est de même symétriquement avec l'autre face d'ou la présence des rainure(15 et 16) sur les deux faces,chacune assurant à tour de rôle le renfort de la face opposée soumise aux risques de déformation. Avec seulement trois opérations de collage,totalement maitrisées par les produits et techniques actuelles, la poutre est réalisée, par deux intervenants , simplement, rapidement et sans devoir faire appel à un outillage spécifique et onéreux. REVENDICATIONS1- Poutre composite à matrice creuse en résille d'aluminium extrudé constituée par l'assemblage de profilés primaires ( 11 et 12 ) destinés à obtenir ,une fois assemblés, les caractéristiques géométriques recherchées pour la poutre, celle-ci étant armée de plats en fibre de carbone,insérés dans des rainures et rendus solidaires de l'aluminium par collage avec une résine spéciale, et dont le rôle est d'une part de solidariser entre eux les profilés primaires et d'autre part de donner à la poutre la résistance suffisante pour supporter les charges auxquelles elle sera soumise. 2- Poutre selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est composée de profilés primaires ( 11 et 12) assemblés entre eux par des accroches (7 et 8 ) qui permettent de les aligner avant de procéder à leur collage par simple contact (9 ) entre la face inférieure des profils supérieurs et la face supérieure des profils inférieurs de façon à présenter un « pré-cintrage » en creux dont la hauteur est calculée en fonction des charges à venir. 3- Poutre selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que celle-ci est renforcée par des plats en fibre de carbone insérés puis collés dans des rainures (13 et 14) prévues à cet effet sur la face supérieure du profil (11) , et épousent donc eux aussi le cintre parabolique donné lors de l'assemblage des profilés primaires. 4-Poutre selon les revendications 1,2 et 3 qui est retournée à 180° de façon à ce que les rainures (13 et 14) et les plats de carbone qui y sont insérés et collés se retrouvent sur la face inférieure de celle-ci et donc que les plats de carbone,dont l'allongement à charge égale est inférieur à celui de l'aluminium, supportent la totalité des efforts de traction dus aux charges verticales imposées à la poutre ( poids propre,neige,vent,etc....) 5- Poutre selon la revendication 1 caractérisée en ce que celle-ci possède des rainures (10 et 15) situées verticalement de part et d'autre, à la jonction des profilés primaires, dans lesquelles sont insérés et collés des plats en fibre de carbone qui travaillent alternativement en traction avec pour objectif de contrebalancer les déformations horizontales dues à l'asymétrie possible des efforts imposés à la poutre sur la face opposée.