EP2231946B1 - Structure porteuse beton-bois. - Google Patents

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EP2231946B1
EP2231946B1 EP08856700A EP08856700A EP2231946B1 EP 2231946 B1 EP2231946 B1 EP 2231946B1 EP 08856700 A EP08856700 A EP 08856700A EP 08856700 A EP08856700 A EP 08856700A EP 2231946 B1 EP2231946 B1 EP 2231946B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
beams
concrete
face
bearing structure
Prior art date
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EP08856700A
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German (de)
English (en)
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EP2231946A2 (fr
Inventor
Robert Le Roy
Gilles Foret
Hoai Son Pham
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Francais des Sciences et Technologirs des Transports de lAmenagement et des Reseaux
Ecole Nationale des Ponts et Chaussess ENPC
Original Assignee
Institut Francais des Sciences et Technologirs des Transports de lAmenagement et des Reseaux
Ecole Nationale des Ponts et Chaussess ENPC
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Publication date
Application filed by Institut Francais des Sciences et Technologirs des Transports de lAmenagement et des Reseaux, Ecole Nationale des Ponts et Chaussess ENPC filed Critical Institut Francais des Sciences et Technologirs des Transports de lAmenagement et des Reseaux
Publication of EP2231946A2 publication Critical patent/EP2231946A2/fr
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Publication of EP2231946B1 publication Critical patent/EP2231946B1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/02—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units
    • E04B5/12—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units with wooden beams
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/26—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials composed of materials covered by two or more of groups E04C2/04, E04C2/08, E04C2/10 or of materials covered by one of these groups with a material not specified in one of the groups
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures

Definitions

  • the subject of the present invention is a timber-concrete supporting structure, a floor element using this supporting structure, a bridge element using this supporting structure and also a method of manufacturing said structure.
  • Supporting structures consisting of a concrete slab on one side of which are fixed two longitudinal wooden beams are in themselves well known. These known structures differ from each other essentially by the method of fixing the concrete plate on the wooden beams.
  • known fastening techniques mention may be made of the use of tubes or rods which pass through both the concrete slab and the wooden beams, similar structures but in which the tubes are replaced by rods or rods, expanded metal strip members, i.e., cut and drawn pieces which are glued in a slot of each wooden beam and which are embedded in the concrete plate of the connecting structures which consist of perforated metal plates and which are fixed in the beams and which have asperities to serve for their anchoring in the concrete slab.
  • the document DE-A-198 28 607 discloses a concrete-wood load-bearing structure.
  • a first object of the invention is to provide a wood-concrete structure which is of a lower manufacturing cost and especially which has an improved wood-concrete connection.
  • a concrete-wood load-bearing structure comprises the features of claim 1 in the appendix.
  • connection between the concrete slab and the wooden beams is made by gluing.
  • this method of connection between the concrete slab and the wooden beams provides a connection between these elements which has a particularly shear strength much higher than the solutions mentioned above.
  • the bonding operation is much less expensive than the development, manufacture and implementation of the mechanical connection elements described above.
  • the supporting structure could comprise more than two substantially parallel beams.
  • two of these beams are fixed near the longitudinal edges of the concrete plate.
  • the glue is an epoxy glue.
  • each beam is made of laminated GL28 class. Other beams could of course be used.
  • the high-performance fiber-reinforced concrete used has a compressive strength of at least 150 MPa.
  • spacers are fixed between the ends facing the beams.
  • a second object of the invention is to provide a floor element using the concrete-wood structure defined above.
  • the floor element is characterized in that it comprises a supporting structure of the type defined above, a layer of sound insulating material fixed on the first face of the concrete slab and a covering fixed on the said soundproofing layer. .
  • This provides a modular floor element, these floor elements can be easily connected together to form the entire floor through the presence of beams.
  • a floor element is particularly well suited to the realization of floor for residential building.
  • the floor element may comprise a bearing structure of the type mentioned above and a wooden plate glued to the face of the beams opposite to their attachment face.
  • the volume limited by the beams, the concrete plate and the wood plate is substantially filled with a sound insulating material.
  • This floor element is particularly well suited to the realization of office building.
  • a third object of the invention is to provide a bridge element using the concrete-wood carrier structure defined above.
  • the bridge element is characterized in that it comprises a concrete-wood support structure of the type defined above and in that the concrete slab has a thickness of at least 60 mm and in that the beams have a height at least equal to 400 mm, the distance between the two beams being of the order of 500 to 700 mm.
  • a fourth object of the invention is to provide a method of manufacturing a carrier structure of the type mentioned above.
  • the concrete comprising reinforcing fibers is poured into a formwork of suitable shape and the fibered concrete slab thus obtained is aged for at least 25 days.
  • FIGS. 1A to 1C and 2 an example embodiment of a concrete-wood load-bearing structure will be described.
  • the concrete-wood carrying structure 10 is constituted by a concrete plate 12 and by two wooden beams 14 and 16.
  • the concrete plate 12 is made of a high-performance fiber-reinforced concrete (UHPC), it is a concrete fiber, that is to say, dosed with a certain content of metal fibers, obtained by molding in a formwork. Typically, the dosage is 1.5% and the metal fibers have a length of 14 mm.
  • the theoretical elastic modulus of this concrete is 45 GP.
  • the wooden beams they are preferably made of glulam class GL28, that is to say having flexural characteristics of 28 MPa.
  • the concrete plate 12 has a first upper face 12a and a lower face 12b.
  • the beams 14 and 16 respectively have upper fixing faces 16a and 14a.
  • the dimensions of the various constituent elements are marked by the following references with regard to the concrete slab 12, its width is I, its thickness w and its length L.
  • the wooden beams 14 and 16 their thickness is w ", their width I" and their length is substantially equal to that of the concrete plate, that is to say L.
  • the beams could have a length greater than that of the concrete slab.
  • the beams 14 and 16 are fixed on each side of the lower face 12b of the BFUP concrete plate referenced 12 by gluing.
  • the adhesive layers 18 and 20 whose thickness is obviously excessive.
  • the tests carried out by the inventors have shown that an epoxy glue was particularly suitable for bonding wooden beams to BFUP concrete.
  • This epoxy glue can be in particular that marketed under the brand Sikadur 30 benefiting from the NF standard. Of course, other types of glue could be used.
  • the method for producing the concrete-wood carrying structure and in particular the bonding step will be described in more detail.
  • the support element may further comprise at each end 14b, 14c and 16b, 16c beams 14 and 16, a spacer such as 21 disposed near the ends of these beams and therefore extending perpendicularly to the concrete plate 12.
  • the beams 14 and 16 are parallel to each other and fixed on the periphery of the plate. concrete 12 according to the direction of its length.
  • the spacers 21 may advantageously be fixed using bolted tie rods such as 22 and 24 also passing through the ends of the beams. The presence of these end spacers 21 avoids the risk of spill beams 14 and 16 bonded to the plate 12 under the effect of the stresses applied to the structure.
  • Tests were carried out on a copy of the carrier structure having a length L of 1 m.
  • the thickness of the concrete plate 12 is 5 cm and the height of the wooden beams is 13.5 cm.
  • the figure 3 shows the result of the 3-point bending tests carried out on the sample which has just been defined (curve A) on a bearing structure of the same size made with connection means consisting of a expanded metal (curve B) and a sample having the same dimensions in which the connection between the beams and the concrete slab is obtained by means of tubes (curve C).
  • curve A a bearing structure of the same size made with connection means consisting of a expanded metal
  • curve C a sample having the same dimensions in which the connection between the beams and the concrete slab is obtained by means of tubes
  • a prototype of a supporting structure in accordance with Figures 1A to 1C was made with a BFUP concrete slab having a content of 2.5% metal fibers and wooden beams 14 and 16 made of GL28 type glulam.
  • the length L of the structure is 3.20 m, its height is 230 mm, the width of the beam is 80 mm.
  • the concrete slab 12 has a thickness w of 40 mm and the width I of the concrete slab is 500 mm.
  • the supporting structure 25 comprises a plate 25 'of high-performance fiber concrete of the same type as that which has already been described and three beams 26, 27 and 28 made of wood of the same type as those described above. These beams 26, 27 and 28 are fixed on the face 25'b of the plate 25 'by gluing as already described. They extend parallel to the length of the concrete plate 25 '.
  • the beams 26 and 28 may coincide with the longitudinal edges 25'b and 25'c of the plate 25 'or be slightly set back as shown by the Figures 2A and 2B .
  • the central beam 27 may have the same section as the side beams 26 and 28 or a different section.
  • the beams may have the same length as the plate 25 'or a slightly shorter length, the length of the central beam 27 may be different from that of the side beams. It is also possible, as shown by the Figures 2A and 2B that the ends 26c, 27c and 28d of the beams are slightly recessed relative to the end 25'd of the plate.
  • the carrier structure may also include spacers 29 and 29 'between the ends of the beams 26, 27 and 28.
  • the concrete plate that bears the reference 32 is consistent with that described above.
  • the two longitudinal beams 34 and 36 are glued to the underside 32a of the concrete plate by glue layers 38 and 40, as previously described.
  • the upper face 32b of the concrete plate 32 is covered with a layer of sound insulation material 42 itself coated with a coating having aesthetic qualities 44.
  • a floor structure is thus obtained. 13 effective.
  • the floor element can have a span of 7.5 m, the thickness of the concrete plate 30 mm and the spacing between the beams 500 mm.
  • the beams have a height of 200 mm and a width of 90 mm.
  • the mass of a floor element thus obtained is 773 kg, ie a mass of 103 kg / m 2 of floor, which is much lower than what is usually encountered for equivalent floor elements.
  • FIG. 5 there is shown a second embodiment of floor element 50 better suited to the realization of office or industrial premises.
  • the floor element 50 comprises a BFUP concrete plate 52 and two wooden beams, preferably of the GL28, 54 and 56 type.
  • the element further comprises a lower plate 58, preferably of wood also, the edges of which are fixed, preferably by gluing, on the lower faces 54b and 56b of the beams 54 and 56.
  • the volume V limited by the plates 52 and 58 and the beams 54 and 56 is filled with a sound insulating material.
  • this structure is a "cushion", which strengthens the mechanical strength.
  • This bridge element 70 has the same architecture as the support structure. It comprises a concrete plate 72 (UHPC) and two longitudinal beams 74 and 76. These beams are preferably of the GL28 type. The bond is made by gluing.
  • the concrete plate 72 has a thickness w of 70 mm and a width I of 600 mm.
  • Each beam 74, 76 has a height w "of 650 mm It is the dimensions of the different parts of the structure which are adapted to the construction of a bridge This bridge element makes it possible to meet the maximum deflection criterion under the loads operating.
  • the BFUP concrete slab is first made according to the standard technique, that is to say by molding in a formwork using 1.5% or 2.5% of metal fibers, for example 14 mm in length.
  • the plate After demolding, the plate is allowed to "age" for at least 25 days, preferably 28 days, which makes it possible to obtain a concrete with an average flexural strength of 120 MPa.
  • the face of the concrete slab on which the beams will be glued is sanded to expose the part of the plate having good porosity. This step makes it possible to very significantly improve the mechanical properties of the bonding.
  • a film of adhesive preferably an epoxy adhesive and preferably an adhesive of the Sikadur mark 30.
  • This technique makes it possible to obtain a shear strength of 4.7 MPa in the fixing zones.

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Abstract

L'invention concerne une structure porteuse béton-bois. La structure comprend: au moins une plaque de béton (12) d'épaisseur sensiblement constante présentant une longueur et deux faces principales, réalisée en béton fibre ultra-performant; au moins deux poutres (14,16) en bois présentant chacune une face de fixation et s'étendant sensiblement parallèlement selon sensiblement toute la longueur de la plaque; et; des moyens de fixation de chaque poutre sur ladite plaque, lesdits moyens consistant en une couche de colle (18,20) interposée entre la deuxième face de ladite plaque et la face de fixation de la poutre correspondante.

Description

  • La présente invention a pour objet une structure porteuse bois-béton, un élément de plancher utilisant cette structure porteuse, un élément de pont utilisant cette structure porteuse et également un procédé de fabrication de ladite structure.
  • Des structures porteuses constituées par une plaque de béton sur une face de laquelle sont fixées deux poutres longitudinales en bois sont en elles-mêmes bien connues. Ces structures connues diffèrent les unes des autres essentiellement par le mode de fixation de la plaque en béton sur les poutres en bois. Parmi les techniques de fixation connues, on peut citer l'utilisation de tubes ou de tiges qui traversent à la fois la plaque de béton et les poutres en bois, des structures analogues mais dans lesquelles les tubes sont remplacés par des tiges ou tirans, des éléments de bandes de métal expansées, c'est-à-dire découpées et étirées qui sont collées dans une fente de chaque poutre en bois et qui sont noyées dans la plaque en béton des structures de liaison qui sont constituées par des plaques métalliques perforées et qui sont fixées dans les poutres et qui présentent des aspérités pour servir à leur ancrage dans la plaque de béton.
  • Ces différentes techniques présentent au moins deux inconvénients majeurs. D'une part, elles sont relativement onéreuses quant à leur mise en oeuvre et d'autre part et surtout elles n'assurent pas une liaison suffisamment rigide entre les poutres et la plaque en béton, ce qui altère sensiblement la résistance mécanique et notamment à la friction de la structure bois-béton. En outre, dans le cas des deux dernières techniques de liaison mentionnées ci-dessus, il n'est pas possible de réaliser séparément la plaque en béton et les poutres en vue de leur assemblage. En effet, la plaque en béton doit être réalisée par coffrage sur les éléments de poutre de telle manière que les éléments métalliques de liaison soient noyés dans la masse du béton.
  • Le document DE-A- 198 28 607 divulgue une structure porteuse béton-bois.
  • Un premier objet de l'invention est de fournir une structure bois-béton qui soit d'un coût de fabrication plus réduit et surtout qui présente une liaison bois-béton améliorée.
  • Pour atteindre ce but selon l'invention une structure porteuse béton-bois, comprend les caractéristiques de la revendication 1 en annexe.
  • On comprend que selon l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, la liaison entre la plaque de béton et les poutres en bois est réalisée par collage. Or, comme on l'expliquera plus en détails ultérieurement, ce mode de liaison entre la plaque de béton et les poutres en bois assure une liaison entre ces éléments qui présente une résistance notamment en cisaillement beaucoup plus élevée que les solutions mentionnées ci-dessus. En outre, on comprend que l'opération de collage est beaucoup moins onéreuse que l'élaboration, la fabrication et la mise en place des éléments de liaison mécanique décrits précédemment.
  • Il va de soi que la structure porteuse pourrait comporter plus de deux poutres sensiblement parallèles. Dans ce cas, de préférence, deux de ces poutres sont fixées à proximité des bords longitudinaux de la plaque en béton.
  • De préférence, la colle est une colle époxy.
  • De préférence également, chaque poutre est réalisée en lamellé-collé de classe GL28. D'autres poutres pourraient bien sûr être utilisées.
  • De préférence encore, le béton fibré ultra-performant utilisé présente une résistance en compression au moins égale à 150 MPa.
  • Selon un mode préféré de réalisation de la structure porteuse, des entretoises sont fixées entre les extrémités en regard des poutres.
  • Grâce à cette disposition particulière, on peut éviter les risques de déversement des poutres fixées sur la plaque de béton.
  • Un deuxième objet de l'invention est de fournir un élément de plancher utilisant la structure béton-bois définie ci-dessus.
  • L'élément de plancher se caractérise en ce qu'il comprend une structure porteuse du type défini ci-dessus, une couche de matériau isolant phonique fixée sur la première face de la plaque de béton et un revêtement fixé sur ladite couche d'isolation phonique.
  • On obtient ainsi un élément de plancher modulaire, ces éléments de plancher pouvant être aisément reliés entre eux pour constituer l'ensemble du plancher grâce à la présence des poutres. Un tel élément de plancher est particulièrement bien adapté à la réalisation de plancher pour bâtiment d'habitation.
  • En variante, l'élément de plancher peut comprendre une structure porteuse du type mentionné ci-dessus et une plaque de bois collée sur la face des poutres opposées à leur face de fixation. Dans ce cas de préférence, le volume limité par les poutres, la plaque de béton et la plaque de bois est sensiblement rempli d'un matériau isolant phonique.
  • Cet élément de plancher est plus particulièrement bien adapté à la réalisation de bâtiment de bureau.
  • Un troisième objet de l'invention est de fournir un élément de pont utilisant la structure porteuse béton-bois définie ci-dessus.
  • L'élément de pont se caractérise en ce qu'il comprend une structure de support béton-bois du type défini ci-dessus et en ce que la plaque de béton a une épaisseur au moins égale à 60 mm et en ce que les poutres ont une hauteur au moins égale à 400 mm, l'entraxe entre les deux poutres étant de l'ordre de 500 à 700 mm.
  • Ces éléments de pont peuvent facilement être assemblés entre eux grâce à la présence des poutres en bois pour réaliser l'ensemble du pont.
  • Un quatrième objet de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'une structure porteuse du type mentionné ci-dessus.
  • Le procédé de fabrication se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    • on réalise une plaque en béton fibré ultra-performant présentant les dimensions données ;
    • on ponce la première face de ladite plaque pour mettre à jour la zone poreuse de ladite plaque ;
    • on fournit deux poutres en bois de dimensions désirées présentant chacune une face de fixation ;
    • on enduit d'une colle époxy lesdites faces de fixation des poutres et les portions de la deuxième face de la plaque sur lesquelles doivent être fixées lesdites poutres ; et
    • on réalise le collage des poutres sur la plaque.
  • De préférence, pour réaliser ladite plaque en béton, on coule le béton comprenant des fibres de renforcement dans un coffrage de forme convenable et on laisse vieillir la plaque de béton fibré ainsi obtenue pendant au moins 25 jours.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs.
  • La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles :
    • la figure 1A montre en vue de face une structure support bois-béton conforme à l'invention ;
    • la figure 1B est une vue de côté de cette même structure ;
    • la figure 1C est une vue de dessous de la structure représentée sur la figure 1A ;
    • la figure 2 est une vue en perspective de la structure porteuse béton-bois représentée sur les figures 1A à 1C ;
    • Les figures 2A et 2B sont des vues en perspective et de dessous d'une variante de réalisation de la structure porteuse à trois poutres ;
    • la figure 3 est un diagramme qui donne la flèche de la structure support en fonction de la force appliquée pour une structure conforme à l'invention et des structures béton-bois réalisées notamment par liaison par tube ou par liaison par métal déployé ;
    • la figure 4 est une vue de face d'une structure porteuse adaptée à la réalisation d'un élément de plancher ;
    • la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 montrant une variante de réalisation d'éléments de plancher ;
    • la figure 6A est une vue de face d'une structure porteuse adaptée à la réalisation d'un élément de pont ; et
    • la figure 6B est une vue de côté à échelle réduite de l'élément de pont.
  • En se référant tout d'abord aux figures 1A à 1C et 2, on va décrire un exemple de réalisation de structure porteuse béton-bois.
  • Comme le montrent les figures 1A à 1C, la structure porteuse béton-bois 10 est constituée par une plaque de béton 12 et par deux poutres en bois 14 et 16. La plaque en béton 12 est réalisée en un béton fibré ultraperformant (BFUP), il s'agit d'un béton fibré, c'est-à-dire dosé avec une certaine teneur en fibres métalliques, obtenu par moulage dans un coffrage. Typiquement, le dosage est de 1,5 % et les fibres métalliques ont une longueur de 14 mm. Le module d'élasticité théorique de ce béton est de 45 GP. En ce qui concerne les poutres en bois, elles sont de préférence réalisées en lamellé-collé de classe GL28, c'est-à-dire présentant des caractéristiques en flexion de 28 MPa.
  • La plaque de béton 12 présente une première face supérieure 12a et une face inférieure 12b. Les poutres 14 et 16 présentent respectivement des faces supérieures de fixation 16a et 14a.
  • Les dimensions des différents éléments constitutifs sont repérés par les références suivantes pour ce qui concerne la plaque en béton 12, sa largeur est I, son épaisseur w et sa longueur L. Pour ce qui concerne les poutres en bois 14 et 16, leur épaisseur est w", leur largeur I" et leur longueur est sensiblement égale à celle de la plaque en béton, c'est-à-dire L. Pour faciliter l'ancrage de la structure, les poutres pourraient avoir une longueur supérieure à celle de la plaque de béton.
  • Comme on l'a déjà expliqué, selon une caractéristique essentielle de l'invention, les poutres 14 et 16 sont fixées sur chaque côté de la face inférieure 12b de la plaque en béton BFUP référencée 12 par collage. Sur les figures, on a représenté les couches de colle 18 et 20 dont l'épaisseur est évidemment excessive. Les essais réalisés par les inventeurs ont montré qu'une colle époxy était particulièrement adaptée pour le collage des poutres en bois sur le béton BFUP. Cette colle époxy peut être notamment celle qui est commercialisée sous la marque Sikadur 30 bénéficiant de la norme NF. Bien entendu, d'autres types de colle pourraient être utilisés. On décrira plus en détails le procédé de réalisation de la structure porteuse béton-bois et notamment l'étape de collage.
  • Comme le montre mieux la figure 2, l'élément support peut en outre comporter à chaque extrémité 14b, 14c et 16b, 16c des poutres 14 et 16, une entretoise telle que 21 disposée à proximité des extrémités de ces poutres et s'étendant donc perpendiculairement à la plaque en béton 12. Bien entendu, les poutres 14 et 16 sont parallèles entre elles et fixées sur la périphérie de la plaque en béton 12 selon la direction de sa longueur. Les entretoises 21 peuvent avantageusement être fixées à l'aide de tirants boulonnés tels que 22 et 24 traversant également les extrémités des poutres. La présence de ces entretoises d'extrémité 21 permet d'éviter les risques de déversement des poutres 14 et 16 collées sur la plaque 12 sous l'effet des contraintes appliquées à la structure.
  • Des essais ont été réalisés sur un exemplaire de la structure porteuse présentant une longueur L de 1 m. L'épaisseur de la plaque en béton 12 est de 5 cm et la hauteur des poutres en bois est de 13,5 cm.
  • La figure 3 montre le résultat des tests de flexion en 3 points réalisés sur l'échantillon qui vient d'être défini (courbe A) sur une structure porteuse de même dimension réalisée avec des moyens de connexion consistant dans un métal déployé (courbe B) et un échantillon présentant les mêmes dimensions dans lequel la liaison entre les poutres et la plaque de béton est obtenue à l'aide de tubes (courbe C). On constate que la tenue en flexion de la structure porteuse conforme à l'invention, c'est-à-dire dans laquelle la liaison entre la plaque en béton et les poutres est réalisée par collage, est très supérieure à celle que l'on obtient avec les deux structures porteuses de l'art antérieur.
  • Avec cet échantillon, on a mesuré que sous la charge maximale de 100 kN, la contrainte de cisaillement dans le plan de colle 18, 20 est de 4,3 MPa.
  • Un prototype de structure porteuse conforme aux figures 1A à 1C a été réalisé avec une plaque en béton BFUP ayant une teneur de 2,5 % en fibres métalliques et des poutres en bois 14 et 16 réalisées en lamellé-collé de type GL28. La longueur L de la structure est de 3,20 m, sa hauteur est de 230 mm, la largeur l' de la poutre est de 80 mm. La plaque de béton 12 a une épaisseur w de 40 mm et la largeur I de la plaque de béton est de 500 mm.
  • Les essais réalisés avec ce prototype ont abouti à une première rupture dans le bois en partie inférieure d'une des poutres à mi-portée pour une charge de 320 kN.
  • En se référant maintenant aux figures 2A et 2B, on va décrire une variante de réalisation de la structure porteuse.
  • La structure porteuse 25 comprend une plaque 25' de béton fibré ultra-performant du même type que celle qui a déjà été décrite et trois poutres 26, 27 et 28 en bois de même type que celles qui ont été décrites précédemment. Ces poutres 26, 27 et 28 sont fixées sur la face 25'b de la plaque 25' par collage comme on l'a déjà décrit. Elles s'étendent parallèlement à la longueur de la plaque en béton 25'. Les poutres 26 et 28 peuvent coïncider avec les bords longitudinaux 25'b et 25'c de la plaque 25' ou être légèrement en retrait comme le montrent les figures 2A et 2B. De même, la poutre centrale 27 peut avoir la même section que les poutres latérales 26 et 28 ou une section différente.
  • En outre, les poutres peuvent avoir la même longueur que la plaque 25' ou encore une longueur légèrement inférieure, la longueur de la poutre centrale 27 pouvant être différente de celle des poutres latérales. Il est également possible, comme le montrent les figures 2A et 2B que les extrémités 26c, 27c et 28d des poutres soient légèrement en retrait par rapport à l'extrémité 25'd de la plaque.
  • Enfin, la structure porteuse peut également comporter des entretoises 29 et 29' entre les extrémités des poutres 26, 27 et 28.
  • En se référant maintenant aux figures 4 et 5, on va décrire deux variantes de réalisation de la structure porteuse pouvant servir à la réalisation d'éléments de plancher.
  • Dans le cas du mode de réalisation de l'élément de plancher 30 représenté sur la figure 4, la plaque de béton qui porte la référence 32 est conforme à celle qui a été décrite précédemment. Les deux poutres longitudinales 34 et 36 sont collées sur la face inférieure 32a de la plaque en béton par des couches de colle 38 et 40, ainsi qu'on l'a décrit précédemment. Dans ce mode de réalisation, la face supérieure 32b de la plaque en béton 32 est recouverte d'une couche de matériaux d'isolation phonique 42 elle-même recouverte d'un revêtement ayant des qualités esthétiques 44. On obtient ainsi une structure de plancher 13 efficace. L'élément de plancher peut avoir une portée de 7,5 m, l'épaisseur de la plaque en béton de 30 mm et l'entraxe entre les poutres de 500 mm. Les poutres ont une hauteur de 200 mm et une largeur de 90 mm. La masse d'un élément de plancher ainsi obtenue est de 773 kg soit une masse de 103 kg/m2 de plancher, ce qui est bien inférieur à ce que l'on rencontre habituellement pour des éléments de plancher équivalents.
  • Sur la figure 5, on a représenté un deuxième mode de réalisation d'élément de plancher 50 mieux adapté à la réalisation de locaux de bureaux ou industriels.
  • L'élément de plancher 50 comprend une plaque de béton BFUP 52 et deux poutres en bois, de préférence du type GL28, 54 et 56. L'élément comprend en outre une plaque inférieure 58, de préférence en bois également, dont les bords sont fixés, de préférence par collage, sur les faces inférieures 54b et 56b des poutres 54 et 56.
  • De préférence, le volume V limité par les plaques 52 et 58 et les poutres 54 et 56 est rempli d'un matériau 60 isolant phonique. En outre, cette structure constitue un "coussin", ce qui en renforce la résistance mécanique.
  • Sur les figures 6A et 6B, on a représenté un élément de pont 70. Cet élément de pont a la même architecture que la structure porteuse. Il comprend une plaque en béton 72 (BFUP) et deux poutres longitudinales 74 et 76. Ces poutres sont de préférence du type GL28. La liaison est réalisée par collage.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la plaque en béton 72 a une épaisseur w de 70 mm et une largeur I de 600 mm. Chaque poutre 74, 76 a une hauteur w" de 650 mm. Ce sont les dimensions des différentes parties de la structure qui sont adaptées à la réalisation d'un pont. Cet élément de pont permet de répondre au critère de flèche maximale sous les charges d'exploitation.
  • On va maintenant décrire un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de fabrication de la structure porteuse béton-bois. Ce même procédé pourrait être utilisé pour la fabrication des éléments de plancher ou de pont.
  • On réalise d'abord la plaque de béton BFUP selon la technique standard, c'est-à-dire par moulage dans un coffrage en utilisant 1,5 % ou 2,5 % de fibres métalliques, par exemple de 14 mm de longueur.
  • Après démoulage, on laisse "vieillir" la plaque pendant au moins 25 jours, de préférence 28 jours, ce qui permet d'obtenir un béton de résistance à la flexion moyenne de 120 MPa. La face de la plaque de béton sur laquelle seront collées les poutres est poncée pour mettre à nu la partie de la plaque présentant une bonne porosité. Cette étape permet d'améliorer très sensiblement les propriétés mécaniques du collage.
  • Puis, on dépose sur la face de fixation des poutres et sur les parties correspondantes de la face poncée de la plaque une pellicule de colle, de préférence une colle époxy et de préférence une colle de la marque Sikadur 30. Enfin, on applique les poutres sur la plaque de béton pour obtenir le collage.
  • Cette technique permet d'obtenir une résistance au cisaillement de 4,7 MPa dans les zones de fixation.

Claims (12)

  1. Structure porteuse béton-bois, caractérisée en ce qu'elle comprend :
    - au moins une plaque de béton d'épaisseur sensiblement constante présentant une longueur et deux faces principales,;
    - au moins deux poutres en bois présentant chacune une face de fixation et s'étendant sensiblement parallèlement selon sensiblement toute la longueur de la plaque ; et
    - des moyens de fixation de chaque poutre sur ladite plaque, lesdits moyens consistant en une couche de colle interposée entre la deuxième face de ladite plaque et la face de fixation de la poutre correspondante,
    ladite structure se caractérisant en ce que la plaque de béton est réalisée en béton fibré ultra-performant; et que dans les zones de fixation des poutres, la couche de colle se trouve directement au contact d'une zone poreuse de la plaque de béton, ladite zone poreuse ayant été mise à jour par ponçage.
  2. Structure support selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite colle est une colle époxy.
  3. Structure support selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque poutre est réalisée en lamellé-collé de classe GL28.
  4. Structure support selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit béton a une résistance en compression au moins égale à 150 MPa.
  5. Structure support selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des entretoises fixées à proximité des extrémités en regard desdites poutres.
  6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que deux desdites poutres sont fixées à proximité des bords longitudinaux de ladite plaque de béton.
  7. Elément de plancher caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une structure porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ;
    - une couche de matériau isolant phonique fixée sur la première face de ladite plaque ; et
    - un revêtement fixé sur ladite couche d'isolation.
  8. Elément de plancher caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une structure porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ; et
    - une plaque de bois collée sur la face des poutres opposée à la face de fixation.
  9. Elément de plancher selon la revendication 8, caractérisé en ce que le volume limité par lesdites poutres, ladite plaque de béton et ladite plaque de bois est sensiblement rempli d'un matériau isolant phonique.
  10. Elément de pont caractérisé en ce qu'il comprend une structure support selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite plaque de béton a une épaisseur au moins égale à 400 mm et en ce que lesdites poutres ont une hauteur au moins égale à 60 mm, l'entraxe entre les deux poutres étant de l'ordre de 500 à 700 mm.
  11. Procédé de fabrication d'une structure porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    - on réalise une plaque en béton fibre ultra-performant présentant les dimensions données ;
    - on ponce les portions de la deuxième face de ladite plaque pour mettre à jour la zone poreuse de ladite plaque dans les zones de fixation des poutres ;
    - on fournit au moins deux poutres en bois de dimensions désirées présentant chacune une face de fixation ;
    - on enduit d'une colle époxy lesdites faces de fixation des poutres et les portions de la deuxième face de la plaque sur lesquelles doivent être fixées lesdites poutres ; et
    - on réalise le collage des poutres sur la plaque.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour réaliser ladite plaque en béton, on coule le béton contenant les fibres dans un coffrage de forme convenable et on laisse vieillir la plaque de béton fibre ainsi obtenue pendant au moins 25 jours.
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