Brevet FR3031126A1 — publié le 20160701

Profilé structurel multi-usages en aluminium ou matériaux composites, armé de ronds d'acier H.A . enrobés dans une résine expansive H.D servant de support à divers accessoires. L'invention décrite ci-après représente l'ultime évolution du principe de poutres modulaires exposé précédemment dans les brevets N° 05/04328 et 13/02354. Ce principe de poutres modulaires répond au besoin d'édifier des structures de grandes dimensions en des lieux inaccessibles aux transports exceptionnels et moyens de levage importants. En outre, cette technique de construction, du fait de la légèreté de l'ensemble de la structure qui en découle, permet d'éviter des fondations importantes, donc coûteuses, et ne nécessite qu'une main d'oeuvre réduite ce qui représente, « in fine », des avantages indéniables même dans le cas de zones d'intervention ne présentant aucun problème d'accès. Rappelons que le principe de base de la modularité de cette poutre reposait sur le concept d'un seul profilé primaire assemblé à lui- même, tête- bèche, sur deux couches superposées, tous les éléments ainsi constitués étant assemblés bout à bout, jusqu'à obtenir la longueur et donc la portée recherchée pour la poutre. Toute la difficulté consistait à concilier, d'une part la nécessité d'obtenir une poutre dont la rigidité réponde aux stricts critères de résistance et, d'autre part, du fait de sa modularité, de réaliser l'assemblage des profilés entre eux, suivant un processus simple, compatible avec les difficultés inhérentes à un chantier, et notamment en ce qui concerne les conditions climatiques. Le premier brevet N° 05/04328 reposait sur l'idée d'utiliser un câble positionné dans la partie tubulaire de la poutre et dont la trajectoire, guidée par des entretoises, décrivait une parabole descendante. Ce câble, mis en tension suivant le principe de la post-contrainte, à l'aide d'un vérin, comprimait et donc assemblait les éléments entre eux et, sous l'effet de la traction qu'il subissait, tendait à « aplanir » la parabole. Ce faisant il bandait la poutre, lui donnant la rigidité recherchée. Ce procédé très simple à mettre en oeuvre sur chantier était notamment indépendant des conditions climatiques. Par contre, le maniement du vérin nécessitait un opérateur bien formé. Mais surtout, la portée de la poutre pouvant être obtenue était fortement limitée par un phénomène de vrillage. Celui-ci est dû au fait qu'il est très difficile d'obtenir des coupes parfaites des profilés. Les surfaces de contact entre éléments n'étant donc pas homogènes, il se produit, lors de la mise en tension, des compressions différentielles au niveau de ces coupes, ce qui provoque le vrillage. Ces raisons expliquent pourquoi un nouveau procédé a été recherché. Le deuxième brevet N° 13/02354, fruit de l'expertise acquise avec le premier, ne fait plus appel à la post-contrainte par câble et vérin. Le phénomène de vrillage est ainsi supprimé. Les profilés constituant la poutre sont solidarisés entre eux grâce à l'adjonction, par collage, de plats de carbone. Ces plats sont collés sur la face inférieure de la poutre. C'est, en effet, dans cette zone que s'exercent les forces de traction conduisant à la ruine de l'ouvrage. La fibre de carbone, du fait de son Module de Young élevé, réduit l'allongement et augmente donc la résistance de la poutre. 3031126 2 Mais le premier inconvénient de ce procédé concerne le coût élevé de la fibre de carbone. Le deuxième inconvénient, majeur, concerne la mise en oeuvre sur chantier. La qualité du collage est le point-clef de ce procédé. Or, l'aluminium et la fibre de carbone possèdent un coefficient de dilatation très différent, ce qui provoque, après collage, un effort de cisaillement important, qui 5 risque de les désolidariser . Il faut donc obligatoirement, avant de procéder au collage, traiter les surfaces en contact afin d'obtenir l'adhérence nécessaire. Il faut aussi que le milieu ambiant ne soit pas humide et la température de l'air comprise dans une fourchette compatible avec la procédure de collage. Ces conditions, déjà contraignantes en atelier, sont rapidement apparues comme étant rédhibitoires en extérieur, sur chantier. Sans donc condamner ce procédé qui, 10 lorsque toutes les conditions sont réunies, reste très intéressant, un nouveau procédé a été recherché afin d'obtenir un assemblage des différents éléments de la poutre lui procurant la rigidité nécessaire tout en éliminant les inconvénients exposés ci-dessus. Les résultats de cette recherche ont donné naissance à un nouveau concept constructif, tout en conservant le principe modulaire d'un même profilé de dimensions réduites, pour un transport 15 facile et un accès en tous lieux, assemblé à lui-même, tant par juxtapositions multiples, que par son assemblage bout à bout afin d'obtenir la longueur de poutre recherchée. Un profilé unique (1) sert de squelette à l'ensemble de la structure. Il est multi-usages car, non seulement, il sert à la fois de poteau (2) et de poutre (3), mais il est conçu, comme exposé ci-après, pour recevoir tous les accessoires nécessaires au montage et au fonctionnement de cette structure. 20 La caractéristique principale de ce nouveau profilé réside en ce que cet élément structurel est obtenu via l'utilisation de trois matériaux jamais utilisés conjointement à ce jour. Il est, en effet, constitué d'une ossature rigide en aluminium ou matériaux composites (4), armée d'armatures en acier à haute adhérence H.A(5), enrobées dans une résine à haute densité H.D (6). La coque extérieure et les renforts intérieurs sont donc, soit en aluminium travaillé suivant le 25 processus d'extrusion, soit différents produits composites plastiques, renforcés par des fibres continues de verre, de carbone, ou autres, et mis en forme par moulage ou par pultrusion. A l'intérieur de la partie tubulaire, des armatures en acier « à haute adhérence » (H.A) (5), aussi appelé « Fer Tor», sont introduites. Leur nombre et diamètre sont calculés en fonction de la résistance recherchée. L'acier H.A possède un Module de YOUNG très élevé (210 GPa contre 165 30 pour la fibre de carbone).Or plus le Module de Young est élevé plus le matériau est rigide. D'autre part, plus une poutre est chargée plus la traction qu'elle subit dans sa partie inférieure est importante. Le Module de Young de l'aluminium est de 57 GPa seulement. Il est donc évident que l'introduction de barres d'acier H.A à 210 GPa dans le bas de la poutre en aluminium, zone de traction maximum, rend celle-ci beaucoup plus rigide et en augmente donc la portée potentielle. 3031126 3 Dans le cas d'une structure à édifier dans une zone de vents importants, Il sera judicieux de prévoir également des armatures dans la partie supérieure de la poutre. En effet, le vent peut provoquer, dans le cas notamment d'une structure ouverte, un soulèvement de celle-ci. Les charges sont alors inversées et la traction s'exerce donc sur le haut de la poutre, d'où 5 en compensation, l'adjonction souhaitable de barres d'acier également dans cette zone. Ces armatures sont soudées en atelier à l'une de leur extrémité sur une plaque d'acier (7), traitée contre la corrosion, et dont la forme correspond à la section du profilé, ce qui crée un espace fermé. Elles sont fixées à chaque extrémité de la poutre. La longueur des armatures ainsi incorporées à cette poutre est égale à la moitié de sa longueur, augmentée, à leur croisement, au centre de celle-ci, 10 d'une sur-longueur équivalente à environ cinquante fois le diamètre des ronds d'acier utilisés. La troisième opération consiste à injecter, sous pression, de la résine (6) dans ce volume clos. Cette résine est une mousse de polyuréthane obtenue suite à la polymérisation d'un mélange d'isocyanate et de polyols. Elle possède un pouvoir expansif très important qui impose un dosage adapté dans le cas d'une enceinte confinée afin d'éviter toute déformation de celle-ci. En ce qui 15 concerne cette poutre, la densité moyenne retenue sera d'environ 200 Kg/m3. Son durcissement est pratiquement instantané et permet d'obtenir dans son état final une dureté Brinell égale ou supérieure à celle du béton. Par contre, contrairement au béton, cette résine, qui est un polymère, possède une grande résistance à la traction, qui vient donc s'ajouter à celle des armatures en acier. Afin d'obtenir de façon certaine un enrobage parfait des armatures, la mousse est injectée par des 20 orifices (8) situés dans la partie inférieure de la section tubulaire donc au plus près de celles-ci. A l'opposé, des évents (9) sont pratiqués dans sa partie supérieure. Le volume tubulaire est rempli en totalité lorsque, l'air étant chassé, la mousse sort par ces évents. Ils sont alors obstrués et grâce au processus d'expansion de la mousse, l'enrobage des ronds d'acier est totalement garanti. Le poids de la poutre ainsi obtenue par ce procédé, à résistance égale sous les contraintes, est 25 plusieurs fois inférieur à celui d'une poutre en béton armé équivalente, dont, qui plus est, la mise en oeuvre nécessite d'effectuer des opérations de coffrage et de décoffrage. Surtout, le temps de séchage pour que le béton parvienne à sa résistance maximale est d'environ vingt huit jours. Ce nouveau concept présente donc, à l'évidence, une avancée technologique indéniable. Ce profilé structurel possède des cloisons intérieures (10), qui délimitent quatre sous-tubes (11). 30 Cela permet de sélectionner pour chacun d'entre eux leur contenu, vide ou armé de ronds d'acier enrobés de résine, selon la zone du profilé ou s'exercent les forces de traction. C'est cette disposition qui permet de créer des portiques (12) ou des structures de toiture (13). En effet, en position verticale, ce profilé rempli la fonction de « poteau »(2), à l'horizontale ii devient longitudinalement une poutre (3), une panne (21) ou, transversalement, un chevron de toiture (20). 3031126 4 Ce profilé est pourvu sur ses quatre faces d'aècroches (15,16), qui lui donnent la possibilité de s'accoupler indéfiniment à lui-même pour s'adapter à toutes les configurations (17,18). Mais également, ce sont ces accroches qui confèrent à ce profilé ses propriétés « multi-usages ». Elles permettent, en effet, à des profilés remplissant diverses fonctions de venir s'y greffer. 5 Notamment, le concept de poutre développé dans les deux brevets évoqués précédemment devient, du fait de celles-ci, obsolète. En effet, en créant deux profilés (23,24) qui servent de chemin de roulement les propriétés de la poutre initiale sont retrouvées. Le profilé (23) couplé à l'accroche (15) et le (24) à l'accroche (16), sont positionnés en alternance, verticalement, contre deux profilés (1) superposés. En configuration poutre(3), ces accroches reçoivent les chariots hauts de modules 10 coulissants au sol sur un rail, ce qui permet de créer des structures d'abri de piscine (25) pouvant s'ouvrir indifféremment d'un côté ou de l'autre de la poutre en fonction des conditions climatiques. Ces accessoires( 23) et (24), utilisés en accroche murale servent également à créer des vérandas, dont les modules coulissants vers chaque extrémité, dégagent en position ouverte toiture et façade. En configuration chevrons de toiture (20), ces profilés permettent de réaliser une toiture ouvrante, 15 composée de panneaux superposés dans chaque rainure des profilés (23,24) et qui coulissent du bas vers le haut. Dans le cas d'une toiture fixe, un profilé spécifique (27), possédant une accroche de type (16),vient se fixer sur le chevron (20), pour recevoir les panneaux de remplissage. Autre accessoire, un profilé « multi-rail » (28) possédant lui aussi une accroche de type (15) est prévu pour s'accoupler en périphérie intérieure du portique (12), constituant ainsi un dormant périmétral 20 de coulissant pouvant recevoir douze vantaux, dont dix mobiles simultanément. De la même façon, et avec la même accroche (15), il est possible de positionner, toujours en périphérie intérieure du portique (12), les profilés spécifiques aux portes repliables en accordéon, pour une ouverture totale. Enfin, remplissant le rôle d'accessoires de finition, des caches (29,30), pourvu d'un dispositif de clipsage (31), adaptés respectivement aux accroches (15) et (16) du profilé structurel (1), occultent 25 celles-ci, permettant ainsi d'obtenir un aspect visuel lisse. Ces caches, de type lames de parquet, sont réalisées en stratifiés divers. Ils sont standardisés en largeur et longueur, seule la dernière lame étant coupée de façon à s'adapter à la longueur de l'élément à habiller. Esthétiquement, ces caches peuvent être, bien sûr, de diverses couleurs, mais ils peuvent également être sérigrafiés afin de recevoir des motifs décoratifs ou des textes divers. Ils donnent, enfin, la possibilité d'intégrer entre eux et le corps 30 du profilé structurel, une alimentation électrique élémentaire, rendue ainsi, invisible. Dans le cas ou il serait nécessaire de prévoir une alimentation électrique plus complexe donc plus encombrante, il est possible d'intégrer dans la résine, à l'intérieur du profilé, tout comme les armatures d'acier, des gaines tubulaires (32) contenant des faisceaux électriques totalement isolés mais également acheminer tous types de fluides, tels eau, air, réfrigérants, désinfectants, ou autres, sans avoir à craindre une quelconque fuite du fait de l'enrobage dans la résine. 3031126 5 La plaque d'acier (7) , située aux deux extrémités du profilé structurel (1) sur laquelle sont soudées les armatures, assure, outre sa fonction d'obturation, la jonction entre le sommet du poteau (2) et l'extrémité adjacente de la poutre(3) ou du chevron (20). Les armatures horizontales (5) sont situées dans les sous-tubes bas de la poutre, là où la traction s'exerce. Elles sont soudées sur la 5 plaque d'acier qui assure la jonction avec le poteau, et sont couplées, de l'autre côté de celle-ci avec des amorces d'armatures verticales (14). Les armatures verticales des poteaux (5), dans la zone en traction, donc à l'opposé de la poutre, sont couplées avec des amorces d'armatures (14) situées dans les sous tubes en haut de la poutre. L'injection de la résine de part et d'autre de la plaque, en enrobant les armatures permet de réaliser un encastrement parfait poteau-poutre. 10 Ce même principe, avec des plaques appropriées sert à la solidarisation entre pannes et chevrons. Les plaques d'acier (7) possèdent à leurs deux extrémités, supérieure et inférieure, des retours (19). Ceux-ci viennent s'insérer à la fois dans l'espace situé entre les accroches (15,16) et le corps du poteau et le même espace sur le poteau. Ils sont pré-percés en atelier et permettent, d'abord, de pré-positionner les deux profilés, poteau et poutre, adjacents de part et d'autre de la plaque d'acier, 15 avant l'injection de la résine. Ils servent aussi à solidariser cette plaque avec l'extrémité des profilés afin que lors de l'injection, son expansion n'éjecte celle-ci, et rende donc l'opération irréalisable. La mise en oeuvre de ce système constructif ne nécessite, contrairement à tous les autres systèmes préfabriqués existants, aucun perçage ou boulonnage sur chantier. Ceci a pour conséquence un gain de temps important, et donc des économies appréciables, mais aussi une sécurité accrue en 20 cas d'intempéries parce que supprimant tout risque d'électrocution. Enfin, l'injection de la résine dans les parties tubulaires confère à ce système la propriété de rupture de pont thermique. Aucune autre structure de grandes dimensions ne possède intégralement cette caractéristique. En conclusion, ce profilé donne naissance à un nouveau concept constructif qui permet la réalisation rapide et durable de structures dans des sites où la faible résistance du terrain nécessiterait, en 25 principe, des fondation coûteuses, mais aussi dans des régions ou une isolation thermique performante est requise. Il permet également de répondre aux exigences d'une intervention en urgence y compris dans le cas où, d'une part, les conditions d'accessibilité au chantier rendent impossible son approvisionnement autrement que par des containers de 6m1, et d'autre part, ou son édification, entièrement en kit, ne 30 requiert un montage qu'avec des moyens de levage légers et une main d'oeuvre non spécialisée. REVENDICATIONS1/ Profilé multi-usages caractérisé en ce que cet élément structurel unique (1) sert de squelette à I' ensemble de la structure car en position verticale, ce profilé rempli la fonction de poteau(2), à l'horizontale il devient une poutre(3), une panne(21) ou un chevron(20) et est obtenu via l'utilisation de trois matériaux jamais utilisés conjointement à ce jour, à savoir, une coque extérieure, constituant une ossature rigide, en aluminium ou matériaux composites (4), armée d'armatures en acier à haute adhérence HA (5), enrobées dans une résine(6) à haute densité obtenue suite à la polymérisation d'un mélange d'isocyanate et de polyols. 2/ Profilé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède des cloisons intérieures (10) qui délimitent quatre sous-tubes (11), vides, ou armés de ronds d'acier (5) enrobés de résine (6) selon 10 la zone du profilé ou s'exercent les forces de traction. 3/ Profilé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est pourvu sur ses quatre faces d'accroches (15,16), qui lui permettent de s'accoupler indéfiniment à lui-même (17,18) et qui lui confèrent également ses propriétés « multi-usages », car elles permettent à des profilés accessoires remplissant diverses fonctions de venir s'y greffer (23,24,27,28,29,30). 15 4/ Profilé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que deux profilés (23) et (24) servant de chemin de roulement sont positionnés en alternance, verticalement, contre deux profilés (1) superposés, permettant de créer des structures coulissantes ouvrant indifféremment d'un côté ou de l'autre de la poutre ou de réaliser une toiture ouvrante du bas vers le haut et en accroche murale à créer des vérandas dégageant, en position ouverte, toiture et façade. 20 5/ Profilé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, dans le cas d'une toiture fixe, un profilé spécifique (27) vient se fixer sur le chevron (20) pour recevoir les panneaux de remplissage. 6/ Profilé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, sont prévus, en périphérie Intérieure du portique (12), soit un profilé « multi-rail » (28) créant ainsi un coulissant douze vantaux, soit les profilés spécifiques aux portes repliables en accordéon pour une ouverture totale. 25 7/ Profilé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, en accessoire de finition, des caches (29,30) pourvu d'un dispositif de clipsage (31), occultent les accroches pour obtenir un aspect lisse. 8/ Profilé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est obturé à chaque extrémité par une plaque d'acier (7) sur laquelle sont soudées les armatures en acier couplées de l'autre côté de celle-ci avec des amorces d'armatures(14), l'injection de la résine de part et d'autre de la plaque en enrobant ces 30 armatures permettant de réaliser un encastrement parfait poteau- poutre-pannes-chevrons. 9 / Profilé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de résine à haute densité dans ses sous-tubes (11), lui confère la propriété de rupture de pont thermique. 10/ Profilé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il peut recevoir, en intégrant dans la résine des gaines tubulaires (32), des faisceaux électriques ou acheminer toute sortes de fluides sans risque de 35 fuite du fait de l'enrobage dans la résine.