EP2449187B1 - Procede pour la fabrication d'assemblages en materiau fibreux pour la realisation d'une structure de support et assemblage obtenu par ce procede. - Google Patents

Procede pour la fabrication d'assemblages en materiau fibreux pour la realisation d'une structure de support et assemblage obtenu par ce procede. Download PDF

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EP2449187B1
EP2449187B1 EP10742023.4A EP10742023A EP2449187B1 EP 2449187 B1 EP2449187 B1 EP 2449187B1 EP 10742023 A EP10742023 A EP 10742023A EP 2449187 B1 EP2449187 B1 EP 2449187B1
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EP
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wedge
end portions
longitudinal axis
tube
densification
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Jean-François Maurice BOCQUET
Pascal André Jean TOUSSAINT
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Universite de Lorraine
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Universite de Lorraine
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Publication date
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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
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/26—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of wood
    • E04B1/2604—Connections specially adapted therefor
    • 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
    • E04C3/12—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of wood, e.g. with reinforcements, with tensioning members
    • E04C3/125—End caps therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/127—The tensile members being made of fiber reinforced plastics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1348—Cellular material derived from plant or animal source [e.g., wood, cotton, wool, leather, etc.]

Definitions

  • connection assemblies for the manufacture of connection assemblies, maintenance or other, formed of a fibrous material, such as wood or bamboo, involved in the development of a building structure or of any construction, of the frame type or other element of infrastructure, or for street furniture, furniture etc ...
  • the invention also relates to the assemblies obtained by this method as well as the structures using such assemblies suitably connected to one another or to other elements involved in the design and construction of these structures.
  • natural fibrous materials such as wood in its various species or some plants such as bamboo, which is a woody herb capable of producing with a great speed in time of the hollow stems or relatively hardy stubble, which can have a very large longitudinal dimension with separations or nodes distributed along its length, have been used in various forms since the earliest times in the field of architecture, in particular for forming parts and also assembly elements of these parts, involved in the production of support or other structures of various constructions, because of their mechanical characteristics that are inherently interesting to withstand forces exerted in certain directions vis-à-vis these parts, and also for reasons of aesthetics or ecological.
  • Requirement WO 01/42584 discloses a method of manufacturing a prestressed structure. This process is different from that of the present invention.
  • the present invention relates to a process which overcomes the drawbacks of conventional methods using assemblies of parts made of fibrous materials, making it possible to reduce to a particularly significant extent the effects of transverse shear forces, which are, if necessary, intermittently exerted on the parts that form the assembly during their mutual connection or with other elements of the structure to be produced, this method providing assemblies with high mechanical performance whose rigidity is also improved, which limits the possible relative movements of the parts in assemblies of the same structure, giving them an increased capacity for energy dissipation in the event of seismic shock in particular.
  • the method considered, for the manufacture of an assembly of this kind capable of coming into play in the production of a support structure said assembly consisting of parts made of a fibrous material forming an element at least in part recessed hollow, with a longitudinal axis of symmetry delimiting an internal zone and an external zone, is characterized in that it consists in producing on the two end portions of the elongate hollow element a localized densification of the fibrous material, to exercise, simultaneously with or following this densification, on each of the two end portions of the elongate hollow element, tensile forces outwardly and in opposite directions of one another along its longitudinal axis to create an axial prestressing force of determined value, and to maintain the elongated hollow element in this state of prestressing during the implementation of the assembly in the structure.
  • the densification of the fibrous material is carried out according to a mechanical process capable of reducing, or even eliminating, the cellular voids in the material, obtained thanks to a radial compressive force exerted on each of the two end portions of the elongated hollow element according to a direction perpendicular to its longitudinal axis.
  • the compression force exerted varies in its intensity along the length of each end portion, being maximum at the free end of the elongate and minimal hollow element at a distance thereof, depending on the length of this portion.
  • the compression force exerted has a gradient increasing steadily along the length of each end portion of the hollow member.
  • the densification of the fibrous material is performed by reducing its porosity following a forced injection of a polymer or other similar substance into this material in each of the two end portions of the elongate hollow member.
  • the densification of the fibrous material can be achieved by the combination of a compressive force and by injection of a polymer.
  • the prestressing force in each of the end portions of the elongated hollow element is formed by placing, on the one hand, an inner connecting member of generally conical shape, in contact with each other. close with the hollow element elongate in the inner zone, this member being secured to means adapted to exert an outward tensile force along the longitudinal axis of the element and, on the other hand, a hollow housing , fixed, surrounding the element in its outer zone being immobilized with respect thereto, so that the longitudinal displacement of the inner connecting member in the inner zone under the effect of the axial tensile force creates, by cooperation with the fixed casing in the external zone, an increasing prestressing of the fibrous material which increases with this force, the mutual blocking of the connecting member with respect to the casing then being ensured for many years. set the prestressing to its value thus obtained.
  • the assembly carried out by the implementation of this method can correspond to many variants, whose common or particular characteristics are also part of the present invention.
  • the elongate hollow member made of fibrous material, uses two pieces which are plane, in the form of planks or slats of wood, identical, plane and mutually spaced, substantially parallel to one another over most of their length and symmetrical to each other vis-à-vis the longitudinal axis of the element, the end portions of these two boards being close together mutually and each having a thinning, preferably progressive, due to the force exerted on these portions to produce their densification by mechanical compression and / or forced injection of a polymer, the inner binding member having the shape of a wedge pyramidal, cooperating with a traction rod disposed along the longitudinal axis of the element to enable the prestressing force to be exerted on this wedge, this pyramidal wedge comprising two opposite flat faces in contact with the facing faces of the end portions two boards directed towards the inner zone, the fixed hollow casing, surrounding the end portions of the two boards in the outer zone, having an open end for the introduction of the element and a bottom plate, opposite this open end
  • the bottom plate of the housing has a bore in the longitudinal axis of the element for the passage of the pull rod of the pyramidal corner.
  • the end of the pull rod is threaded and cooperates with a lock nut of the housing relative to the pyramidal corner to maintain the prestressing created on the assembly following the tensile force exerted on this corner according to the longitudinal axis of the element.
  • the fixed housing comprises, in its inner surface in contact with the faces of the end portions of the two boards of the element directed towards the external zone, stiffening ribs, preferably extending parallel and perpendicular to the longitudinal axis of this element.
  • the hollow housing is made by means of a metal sheet, shaped to surround the end portions of the two boards of the element, adapted to be stamped from the outside to achieve its crimping vis-à-vis the pyramidal corner forming the inner connecting member, in order to maintain the prestressing created on the assembly.
  • the elongated hollow element is constituted by a wooden tube, preferably obtained according to the so-called "glued laminate" technique, having end portions that have been previously densified by mechanical compression and / or forced injection of a polymer, the inner connecting member being constituted by a rigid wedge of conical or frustoconical shape, having a through axial passage, this wedge being adapted to be engaged and displaced along the longitudinal axis of the element in the cylindrical bore of an intermediate sleeve radially expansible and forced into it to create, by the displacement of the wedge along the axis, the prestressing force exerted on the end portions of the wooden tube, the fixed housing being formed a metal ring surrounding the tube externally in these end portions.
  • the radially expandable intermediate sleeve is formed of independent adjacent lamellae delimiting the cylindrical bore of this sleeve and able to expand radially under the effect of the displacement of the rigid wedge in this cylindrical bore. along the longitudinal axis of the element, creating the prestressing force.
  • the end of the conical wedge has circular grooves formed in its outer surface in planes perpendicular to the longitudinal axis, these grooves forming successive notches for the locking of this corner vis-à-vis the intermediate sleeve cooperating with homologous grooves provided in the adjacent strips of this sleeve, facing the corner.
  • the displacement of the conical wedge in the intermediate sleeve is carried out by means of a cylindrical swab, able to slide in the axial passage passing through the wedge and comprising at the end support pins adapted to exert on this wedge a axial force, causing the prestressing of the end portions of the tube by engagement of the wedge in the radially expandable sleeve.
  • the lugs of the swab are retractable inside thereof, to allow its removal from the corner, after the prestressing force has been achieved.
  • the metal ring forming the fixed outer casing advantageously comprises an end thread, forming a screw, adapted to cooperate with a homologous thread, forming a nut, provided in an adjacent tube, arranged in the longitudinal axis of the hollow tube of the element , by connecting the two tubes in the assembly.
  • the elongated hollow element is constituted by a bamboo tube whose end portions are split longitudinally and strongly narrowed towards the longitudinal axis, in order to give the tube in these portions a conical shape where the bamboo is densified, the prestressing of the tube being carried out, preferably simultaneously with the densification, by the cooperation of a conical wedge engaged in the inner zone of the element to the right of each end portion, and a fixed outer housing, also of conical shape, surrounding this end portion, the wedge comprising a rod of axial traction to create the prestressing force in the bamboo tube by simultaneously increasing its densification.
  • reference numeral 1 illustrates, in schematic perspective view, the essential parts of a support structure, here a sub-stretched floor, comprising a platform 2, in one piece or formed of slabs or horizontal slats (not shown), this platform being surrounded by a lateral belt 3 and resting on a set of support joists 4, intersecting and from which extend vertical stiffening rods 5, distributed at the junction points of the joists.
  • connection assemblies 6 which extend transversely under the platform 2, parallel or not to the latter and which are intended to take up the bending or extension forces exerted on the structure during its use in particular, thus being subjected to transverse tensile and shear stress, sometimes very high.
  • connection assemblies 6 To enable these connection assemblies 6 to be made of a fibrous material, in particular wood, while avoiding that these stresses lead to a rapid and dangerous break, the invention proposes to subject them during their manufacture, before assembly and connection with the structure, a particular treatment that increases in particular their resistance to the above-mentioned constraints and makes it possible to benefit, for such a use, the advantages peculiar to the use of wood as regards the criteria of cost, ease of machining and aesthetics.
  • the assembly 6 shown consists essentially of two pieces of wood 7 and 8 ( Figure 2 ), which are in the form of two elongated wooden boards, parallelepipedal, identical to each other, brightened, that is to say each having only sharp edges, these boards, relatively thin and narrow relative to their length, being arranged symmetrically and parallel to each other with respect to an axis 9.
  • Plates 7 and 8 thus arranged relative to one another together form a hollow and elongated element 10, with an internal zone 11 containing the axis 9, and an outer zone 12, on the opposite side.
  • the boards 7 and 8 of the element 10 forming the assembly 6 also have at their two ends, end portions 13, preferably exactly identical, which each extend between the transverse free end 14 of the board and a limit 15, located at a calculated distance from this end ( Figure 3 ).
  • each of these end portions 13 undergoes, before bonding the two boards 7 and 8 between them in the hollow element 10 and preloaded to the right of this connection as specified hereinafter, a significant compression, suitable to achieve in the wood a densification of the fibrous material, by applying a force exerted on each board perpendicularly to its plane in the direction of the axis 9.
  • the intensity of this compression force is maximum right of the transverse free end 14 of each end portion 13 and minimum at the limit 15, at a distance from this end.
  • the variation of this effort along the length of this portion increases with a regular gradient, the resulting compression of the wood also changing continuously to give the end portion concerned, seen from profile, a substantially conical shape, thinner at the end and thicker at a distance.
  • the compression of the end portions of the wooden boards forming the element 10 and consequently the resulting densification effect is achieved by any suitable mechanical process which does not matter to the invention and which is therefore not here described in detail, for example by means of a jack which applies on the board, supported by a transverse block, a progressive force deforming the fibrous material between the cylinder and an anvil, including reducing or eliminating, depending on the value of the effort exerted, the cellular voids within this material.
  • This densification can also be carried out by injection under increasing pressure of a polymer into the wood, thereby limiting its porosity, and even combining these two processes.
  • the element 10, formed of the two wooden planks 7 and 8 whose end portions 13 have thus been densified and therefore shaped to present the aforementioned profile, are then associated, as shown in FIG. Figure 5 , to an inner connecting member 17, which in the embodiment shown, has the shape of a pyramidal corner 18, with flat faces 19 and 20 opposite, inclined on the longitudinal axis 9 and clean, in the area internal 11 of the element 10, to come in close contact with the facing planar faces 21 and 22 of the two boards, on either side of the longitudinal axis 9, in the corresponding end portion.
  • the pyramidal wedge 18 is arranged to be freely traversed by a pull rod 23, arranged in the direction of the longitudinal axis 9 and having at its end located in the inner zone 11 of the element 10, a head 24 forming abutment abutment on the flat face 25 which delimits the rear part of the wedge.
  • the pull rod 23 is preferably threaded and cooperates with a nut forming the head 24 as shown in the detail view of the Figure 6 . It has a length sufficient to extend beyond the end portions 13 of the boards 7 and 8 at the end of the element 10, once the pyramidal wedge 18 has been placed in the latter between the boards, with its two flat faces 19 and 20 in contact with the facing faces 21 and 22 of the latter, after slight bending of these boards to achieve this contact.
  • the pyramidal corner 18 is simultaneously associated with a fixed hollow housing 27 ( Figure 5 ), able to surround the element 10 in its outer zone 12 to the right of the end portions 13 of the two planks 7 and 8, this housing being thus immobilized with respect to these two planks after engagement of their ends through an open portion 28 of it, suitably shaped to achieve the aforementioned bending and the close contact between the corner and the two boards.
  • the hollow housing 27 comprises stiffening ribs 29 and 30, which extend preferably parallel and perpendicular to the direction of the axis 9, in order to improve the rigidity of this housing, in particular to withstand the prestressing force exerted on the assembly according to the invention.
  • the housing also comprises a bottom plate 31, extending perpendicularly to the longitudinal axis 9 and provided with a central bore 32 for the passage of the end of the pull rod 23, the nut which forms the head 24 abuts on the flat face 25 of the pyramidal corner 18.
  • the pyramidal wedge 18a constituting the internal connecting member is in the form of a solid metal plate 36, beveled, extended beyond the end of the end portions 13 of the element 10, by a tongue 37 on which can be exerted the axial tension force performing the prestressing of the two wooden boards 7 and 8 in the manner explained above.
  • the fixed housing 27a which surrounds these two end portions, is here produced by means of a metal sheet 38, in the form of a sleeve open at both ends, this sleeve being capable of being stamped once the level of prestressing achieved, by immobilizing the wedge 18a in position by a crimping effect of the sheet vis-à-vis the element 10, the tensile force exerted on this corner can then be released while preserving the level of prestressing reached .
  • a third embodiment of the assembly according to the invention is illustrated on the Figures 10 to 17 , where the pieces of wood that produce the hollow and elongated element are constituted by cylindrical tubes obtained by the conventional technique called "glued laminated", the wood fibers preferably extending parallel to the longitudinal axis of this tube.
  • an assembly 40 formed by means of two assemblies 41 and 42, each comprising an elongated hollow element, respectively 43 and 44, constituted by a cylindrical tube, respectively 45 and 46 of the aforementioned type, the fixed outer casings associated with these hollow elements to create, in accordance with the method of the invention, the prestressing force in the end portions of this element, consisting of metal rings 47 and 48, surrounding the two tubes externally and crimped or otherwise immobilized vis-à-vis -vis of these.
  • the metal rings 47 and 48 of the tubes 45 and 46 comprise an external thread 49, able to cooperate with a common connecting washer 50, having a counterpart internal thread 51 to ensure the union of the two elements 43 and 44. , placed end to end and in the extension of one another along a common longitudinal axis 52.
  • the connecting washer may be integral with one of the rings and be directly connected to the other ring.
  • each of the end portions 53 of the hollow elements of the two assemblies is previously densified by transverse compression and / or forced injection of a polymer, this preliminary operation, carried out in the manner already described in connection with the first embodiment of the invention.
  • embodiment envisaged previously giving in particular to this portion a conical profile, gradually tapering towards the open end of the tube as a result of a compressive force whose value increases as we get closer to this end , as can be seen in sectional views with partial tearing of the element 43, shown on the Figures 16 and 17 .
  • the frustoconical corner 54 illustrated in perspective and in axial section on the Figures 12 and 13 respectively, comprises, provided along its axis of revolution intended to coincide with the longitudinal axis of the tube forming the hollow element when the wedge is implemented, a cylindrical bore 56, passing through the corner from one end to the other.
  • the wedge 54 has, formed in its outer surface 57, successive circular grooves 58, able to form locking notches of the position of the corner vis-à-vis the intermediate sleeve, the manner specified below.
  • the expandable intermediate sleeve 55 is for its part represented in perspective view on the Figure 14 . It is constituted by the juxtaposition of a set of adjacent lamellae 59, one of which is illustrated on the Figure 15 .
  • This sleeve 55 has, once its various blades 58 assembled, an outer surface 60 whose profile is conical and whose inclination on the longitudinal axis 52 corresponds substantially to that of the end portion 53 of the tube 45 forming the hollow member 43. It comprises an internal cylindrical bore 61 intended to receive the wedge 54 until the latter, following its displacement inside the tube 45 according to the direction of this longitudinal axis, reaches a locking position where one or more of the circular grooves 58 formed in the outer surface of the wedge engage with homologous grooves 62, made in the adjacent lamellae 59 on the side of the cylindrical bore 61 of the sleeve 55.
  • the prestressing of the end portion 53 of the tube 45, held externally by the metal ring 47, is achieved by sliding the rigid wedge 54 along the longitudinal axis 52 of the tube, in the internal cylindrical bore 61 of the sleeve 55 by creating, due to the conical profile of this sleeve in its outer surface 60 and the thrust exerted on the adjacent lamellae 59, a transverse force which increases with the amplitude of this displacement until, once the prestressing level has reached, the wedge locks in position relative to the sleeve and as a result of the end portion 53, by cooperation of the respective circular grooves 58 formed in the outer surface 57 of the wedge and 62 in the inner surface 61 of the sleeve.
  • axial traction displacement of the wedge in the sleeve is achieved by any appropriate means.
  • a cylindrical swab 63 is advantageously used, the diameter of which corresponds substantially to that of the bore 56 of the frustoconical wedge 54, this swab comprising retractable bearing lugs 64, able to project outwardly. of the swab to abut on the top of the wedge to allow it to drive the latter inside the sleeve 55 in the direction of the axis 52 to achieve the prestressing of the end portion of the tube of the way indicated above.
  • the bearing lugs 64 can be retracted, allowing the swab 63 to slide freely relative to the bore 56 and be extracted from the hollow element 43, without the acquired level of prestressing being modified.
  • Yet another embodiment, illustrated on the Figures 18 to 21 is more particularly applicable to the production of an assembly where the hollow and elongated element is constituted by a bamboo tube.
  • Such a tube or thatch is illustrated on the Figure 18 this tube 70 being formed of a succession of sections 71, separated from one to the next by a node 72.
  • Each end portion 73 of the tube 70 is initially made conical by practicing therein slots 74, preferably regularly distributed in its circumference, these slots to strongly shrink the bamboo towards the axis 75 of this tube, as represented on the Figure 19 , giving it a proper conical profile.
  • the prestressing force is then created using, as in the first embodiment described above, an internal connecting member 76 in the form of a cone, pierced with a central bore 77 allowing the passage of a threaded rod 78, a nut 79 fixed at the end of the rod and forming a bearing abutment on the cone and an external fixed casing 80, also of conical shape, able to surround and immobilize the terminal portion corresponding 73 from the outside, as shown in exploded view on the Figure 20 and on a larger scale in perspective on the Figure 21 .
  • the threaded rod 78 cooperates with an external locking nut 81, once the prestressing level has been reached.
  • the invention thus proposes a method for making assemblies of pieces of wood or other similar fibrous material, which allows, while benefiting from the aesthetics generally due to the use of this material in many areas such as building , the civil engineering, street furniture, furniture etc .., to eliminate in a particularly effective way, the causes of breaks induced in the connection areas between the parts of this assembly or related assemblies related to the previous, because the fragility of this material in certain directions, by the members providing this connection, particularly vis-à-vis transverse tensile forces and shear created in these parts during the installation of these bodies.
  • the method envisaged makes it more particularly possible for these connecting zones to be no longer the weak point of the structures using such assemblies, guaranteeing their maximum loading level without the risk of dislocations or slits, these assemblies having, in addition, an improved ductility and consequently a significant capacity of dissipation of energy, in particular in case of accidental shocks or shakes in situation of earthquake in particular.
  • the assemblies thus created use all the natural resistance of the fibrous material in longitudinal traction, the connecting members not introducing parasitic forces in this direction.
  • densification and prestressing of the parts used considerably increase their rigidity and their shear strength, which also reduces the displacements induced in the structures themselves.
  • the prestressed element of the assembly formed of two edged or wooden boards or a tubular element, also of wood or bamboo, is hollow throughout its length.
  • elements that are essentially solid, only hollowed out or slotted in their end parts in order to mount the parts of the wedge or other kind, suitable for effecting the prestressing of the element at the end. right of these terminal parts.

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Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour la fabrication d'assemblages de liaison, de maintien ou autre, formés d'un matériau fibreux, tel notamment que le bois ou le bambou, entrant dans l'élaboration d'une structure de bâtiment ou d'une construction quelconque, du genre charpente ou autre élément d'infrastructure, ou encore pour mobilier urbain, ameublement etc...
  • L'invention concerne également les assemblages obtenus par ce procédé ainsi que les structures utilisant de tels assemblages convenablement reliés entre eux ou à d'autres éléments entrant en jeu dans la conception et la réalisation de ces structures.
  • Abondants dans l'environnement, les matériaux fibreux naturels, tels que le bois sous ses diverses espèces ou encore certaines plantes comme le bambou, qui est une herbe ligneuse apte à produire avec une grande rapidité dans le temps des tiges creuses ou chaumes relativement résistantes, pouvant présenter une très importante dimension longitudinale avec des séparations ou noeuds répartis selon sa longueur, sont utilisés sous des formes variées depuis les temps les plus anciens dans le domaine de l'architecture, notamment pour former des pièces et également des éléments d'assemblage de ces pièces, entrant dans la réalisation de structures de support ou autres de constructions diverses, en raison de leurs caractéristiques mécaniques qui sont intrinsèquement intéressantes pour résister à des efforts s'exerçant dans certaines directions vis-à-vis de ces pièces, et également pour des raisons d'esthétisme ou encore écologiques.
  • Cependant, malgré leurs propriétés mécaniques globalement favorables, notamment du fait de leur anisotropie, c'est-à-dire de leurs caractéristiques différentes selon la direction d'un effort auquel ces pièces en matériau fibreux sont soumises, ces dernières s'avèrent difficiles à assembler par des moyens traditionnels du genre vis, rivets, broches, éclisses ou autres, qui traversent en partie au moins les pièces concernées, en raison de la résistance mécanique de ces dernières qui varie fortement et est notamment généralement très élevée en traction selon le sens de la direction de leurs fibres, mais en revanche très faible en traction transversale et en cisaillement, perpendiculairement à cette direction.
  • Or, la réalisation d'assemblages de pièces utilisant de tels matériaux fibreux, notamment du bois, pour former avec des moyens de liaison appropriés des éléments de structure d'une construction, impose à la fois des contraintes dues à des efforts de traction longitudinaux qui peuvent être parfaitement absorbés par le matériau jusqu'à un limite usuellement très importante, mais aussi des efforts parasites, discontinus et tangentiels, appliqués aux éléments de ces assemblages dans le plan des faces de ces pièces, entraînant une déformation préjudiciable de celles-ci et au final une rupture prématurée de l'assemblage par suite de la formation de fentes au droit des moyens de liaison, s'ouvrant dans la direction de l'effort de cisaillement induit, perpendiculairement à l'effort de traction longitudinal.
  • La demande WO 01/42584 décrit un procédé de fabrication d'une structure précontrainte. Ce procédé est différent de celui de la présente invention.
  • La présente invention concerne un procédé qui pallie les inconvénients des méthodes classiques utilisant des assemblages de pièces en matériaux fibreux, en permettant de réduire dans une mesure particulièrement notable les effets des efforts de cisaillement transversaux, qui s'exercent le cas échéant de façon discontinue sur les pièces qui forment l'assemblage lors de leur liaison mutuelle ou avec d'autres éléments de la structure à réaliser, ce procédé fournissant des assemblages à haute performances mécaniques dont la rigidité est par ailleurs améliorée, ce qui limite les possibles déplacements relatifs des pièces dans les assemblages d'une même structure, en leur conférant une capacité accrue de dissipation de l'énergie en cas de choc sismique notamment.
  • A cet effet, le procédé considéré, pour la fabrication d'un assemblage de ce genre apte à entrer en jeu dans la réalisation d'une structure de support, ledit assemblage étant constitué de pièces en un matériau fibreux formant un élément au moins en partie creux, allongé, avec un axe longitudinal de symétrie, délimitant une zone interne et une zone externe, se caractérise en ce qu'il consiste à réaliser sur les deux portions d'extrémité de l'élément creux allongé une densification localisée du matériau fibreux, à exercer, simultanément avec ou en suivant cette densification, sur chacune des deux portions terminales de l'élément creux allongé, des efforts de traction vers l'extérieur et en sens opposés l'un de l'autre selon son axe longitudinal pour créer un effort de précontrainte axiale de valeur déterminée, et à maintenir l'élément creux allongé dans cet état de précontrainte au cours de la mise en oeuvre de l'assemblage dans la structure.
  • De préférence, la densification du matériau fibreux est réalisée selon un processus mécanique apte à réduire, voire supprimer, les vides cellulaires dans le matériau, obtenu grâce à un effort de compression radial exercé sur chacune des deux portions terminales de l'élément creux allongé selon une direction perpendiculaire à son axe longitudinal.
  • Avantageusement, l'effort de compression exercé varie dans son intensité selon la longueur de chaque portion terminale, en étant maximal à l'extrémité libre de l'élément creux allongé et minimale à distance de celle-ci, selon la longueur de cette portion.
  • De préférence, l'effort de compression exercé présente un gradient croissant de façon régulière selon la longueur de chaque portion terminale de l'élément creux.
  • Dans une variante de réalisation, la densification du matériau fibreux est réalisée par réduction de sa porosité suite à une injection forcée d'un polymère ou autre substance similaire au sein de ce matériau dans chacune des deux portions terminales de l'élément creux allongé.
  • Avantageusement, la densification du matériau fibreux peut être réalisée par la combinaison d'un effort de compression et par injection d'un polymère.
  • Selon une autre caractéristique du procédé considéré, l'effort de précontrainte dans chacune des portions terminales de l'élément creux allongé est réalisé par mise en place, d'une part d'un organe de liaison intérieur, de forme générale conique, en contact étroit avec l'élément creux allongé dans la zone interne, cet organe étant solidarisé de moyens propres à exercer un effort de traction vers l'extérieur selon l'axe longitudinal de l'élément et, d'autre part, d'un boîtier creux, fixe, entourant l'élément dans sa zone externe en étant immobilisé par rapport à celui-ci, de telle sorte que le déplacement longitudinal de l'organe de liaison intérieur dans la zone interne sous l'effet de l'effort de traction axial, crée, par coopération avec le boîtier fixe dans la zone externe, une précontrainte croissante du matériau fibreux qui augmente avec cet effort, le blocage mutuel de l'organe de liaison vis-à-vis du boîtier étant alors assuré pour maintenir la précontrainte à sa valeur ainsi obtenue.
  • L'assemblage réalisé par la mise en oeuvre de ce procédé peut correspondre à de très nombreuses variantes, dont les caractéristiques communes ou particulières font également partie de la présente invention.
  • Dans une première forme de réalisation, l'élément creux allongé, en matériau fibreux, utilise deux pièces avivées, en forme de planches ou lattes de bois, identiques, planes et espacées mutuellement, sensiblement parallèles entre elles sur la majeure partie de leur longueur et symétriques l'une de l'autre vis-à-vis de l'axe longitudinal de l'élément, les portions terminales de ces deux planches étant rapprochées mutuellement et présentant chacune un amincissement, de préférence progressif, du à l'effort exercé sur ces portions pour produire leur densification par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, l'organe de liaison intérieur ayant la forme d'un coin pyramidal, coopérant avec une tige de traction disposée selon l'axe longitudinal de l'élément pour permettre d'exercer sur ce coin l'effort de précontrainte, ce coin pyramidal comprenant deux faces planes opposées en contact avec les faces en regard des portions terminales des deux planches dirigées vers la zone interne, le boîtier creux fixe, entourant les portions terminales des deux planches dans la zone externe, comportant une extrémité ouverte pour l'introduction de l'élément et une plaque de fond, opposée à cette extrémité ouverte, fermant le boîtier en bout de chacune de ses portions terminales.
  • Selon une caractéristique particulière de ce premier mode de réalisation, la plaque de fond du boîtier présente un perçage dans l'axe longitudinal de l'élément pour le passage de la tige de traction du coin pyramidal.
  • Selon une autre caractéristique, l'extrémité de la tige de traction est filetée et coopère avec un écrou de blocage du boîtier par rapport au coin pyramidal pour maintenir la précontrainte créée sur l'assemblage consécutivement à l'effort de traction exercé sur ce coin selon l'axe longitudinal de l'élément.
  • Avantageusement, le boîtier fixe comporte, dans sa surface interne en contact avec les faces des portions terminales des deux planches de l'élément dirigées vers la zone externe, des nervures de raidissement, s'étendant de préférence parallèlement et perpendiculairement à l'axe longitudinal de cet élément.
  • En variante, le boîtier creux est réalisé au moyen d'une tôle métallique, conformée pour entourer les portions terminales des deux planches de l'élément, propre à être emboutie par l'extérieur pour réaliser son sertissage vis-à-vis du coin pyramidal formant l'organe de liaison intérieur, afin de maintenir la précontrainte créée sur l'assemblage.
  • Dans un autre mode de réalisation conforme à l'invention, l'élément creux allongé est constitué par un tube en bois, de préférence obtenu selon la technique dite du « lamellé collé », présentant des portions terminales préalablement densifiées par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, l'organe de liaison intérieur étant constitué par un coin rigide de forme conique ou tronconique, présentant un passage axial traversant, ce coin étant apte à être engagé et déplacé selon l'axe longitudinal de l'élément dans l'alésage cylindrique d'un manchon intermédiaire expansible radialement et forcé dans celui-ci pour créer, par le déplacement du coin selon l'axe, l'effort de précontrainte exercé sur les portions terminales du tube en bois, le boîtier fixe étant formé d'une bague métallique entourant le tube extérieurement dans ces portions terminales.
  • De préférence et dans ce même mode de réalisation, le manchon intermédiaire expansible radialement est formé de lamelles adjacentes indépendantes, délimitant l'alésage cylindrique de ce manchon et propres à s'expanser radialement sous l'effet du déplacement du coin rigide dans cet alésage cylindrique selon l'axe longitudinal de l'élément, en créant l'effort de précontrainte.
  • Avantageusement, l'extrémité du coin conique comporte des rainures circulaires, ménagées dans sa surface externe dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal, ces rainures formant des crans successifs pour le blocage de ce coin vis-à-vis du manchon intermédiaire en coopérant avec des rainures homologues prévues dans les lamelles adjacentes de ce manchon, en regard du coin.
  • Selon une autre caractéristique, le déplacement du coin conique dans le manchon intermédiaire est réalisé au moyen d'un écouvillon cylindrique, apte à coulisser dans le passage axial traversant du coin et comportant en bout des ergots d'appui propres à exercer sur ce coin un effort axial, provoquant la précontrainte des portions terminales du tube par engagement du coin dans le manchon expansible radialement.
  • De préférence, les ergots de l'écouvillon sont rétractables à l'intérieur de celui-ci, pour permettre son retrait hors du coin, après que l'effort de précontrainte ait été réalisé.
  • La bague métallique formant le boîtier extérieur fixe, comporte utilement un filetage d'extrémité, formant vis, propre à coopérer avec un filetage homologue, formant écrou, prévu dans un tube adjacent, disposé dans l'axe longitudinal du tube creux de l'élément, en réalisant la liaison des deux tubes dans l'assemblage.
  • Dans une troisième variante de réalisation, l'élément creux allongé est constitué par un tube en bambou dont les portions terminales sont fendues longitudinalement et fortement rétreintes vers l'axe longitudinal, afin de donner au tube dans ces portions une forme conique où le bambou est densifié, la précontrainte du tube étant réalisée, de préférence simultanément avec la densification, par la coopération d'un coin conique engagé dans la zone interne de l'élément au droit de chaque portion terminale, et d'un boîtier externe fixe, également de forme conique, entourant cette portion terminale, le coin comportant une tige de traction axiale propre à créer l'effort de précontrainte dans le tube en bambou en augmentant simultanément sa densification.
  • D'autres caractéristiques du procédé considéré et d'un assemblage obtenu par ce procédé, apparaîtront encore à travers la description qui suit de divers exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
    • La Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une structure de support, notamment pour un plancher sous tendu au moyen d'assemblages conformes à l'invention, réalisés avec des éléments en matériau fibreux convenablement précontraints.
    • les Figures 2 à 8 sont relatives à un premier mode de réalisation d'un tel assemblage, illustrant en perspective les pièces, ici en bois et avivées, qui forment l'élément creux de cet assemblage, ces pièces étant présentées en vues séparées (Figures 2 à 4) puis accolées (Figure 5) aux fins de leur montage dans cet élément, la Figure 6 représentant en perspective, à plus grande échelle, l'organe de liaison intérieur associé à l'élément et les Figures 7 et 8 le boîtier fixe, permettant de réaliser la précontrainte des extrémités de cet élément.
    • La Figure 9 est une vue en perspective d'une variante du mode de réalisation précédent, relative au boîtier fixe mis en oeuvre.
    • La Figure 10 d'une part, et la Figure 11 à légèrement plus faible échelle d'autre part, illustrent, également en vue extérieure et en perspective respectivement, un autre mode de réalisation, où l'élément creux de l'assemblage est un tube de bois cylindrique, l'organe de liaison intérieur combinant un coin rigide conique et un manchon intermédiaire expansible.
    • Les Figures 12 à 15 sont des vues de détail précisant la conception du coin rigide et du manchon intermédiaire entrant dans la réalisation de l'assemblage selon les Figures 10 et 11.
    • les Figures 16 et 17 sont des vues à plus grande échelle, en perspective avec arrachement partiel, précisant le mode opératoire assurant la mise en place dans le tube de bois de l'élément creux, de l'organe de liaison intérieur afin de réaliser la précontrainte de la portion terminale de ce tube.
    • les Figures 18 à 21 illustrent, avec les pièces entrant en jeu séparées puis accolées, un autre mode de réalisation de l'élément creux de l'assemblage, plus spécialement adapté au cas où cet élément est constitué par un tube de bambou.
  • Sur la Figure 1, la référence 1 illustre, en vue perspective schématique, les parties essentielles d'une structure de support, ici un plancher sous tendu, comportant une plateforme 2, d'un seul tenant ou formée de dalles ou de lattes horizontales (non représentées), cette plateforme étant entourée par une ceinture latérale 3 et reposant sur un ensemble de solives d'appui 4, entrecroisées et à partir de laquelle s'étendent des tirants de raidissement verticaux 5, répartis au droit des points de croisement des solives.
  • Entre les tirants 5, la structure est associée et reliée, par tout moyen approprié classique qu'il n'est donc pas nécessaire de décrire ici, à des assemblages de liaison 6 qui s'étendent transversalement sous la plateforme 2, parallèlement ou non à celle-ci et qui sont destinés à reprendre les efforts de flexion ou d'extension qui s'exercent sur la structure lors de son utilisation notamment, en étant ainsi soumis à des contraintes en traction transversale et en cisaillement, parfois très élevées.
  • Pour permettre de réaliser ces assemblages de liaison 6 en un matériau fibreux, notamment en bois, en évitant que ces contraintes ne conduisent à une rupture rapide et dangereuse, l'invention propose de leur faire subir lors de leur fabrication, avant montage et liaison avec la structure, un traitement particulier qui accroît notamment leur résistance aux contraintes précitées et permet de bénéficier, pour un tel usage, des avantages propres à l'utilisation du bois quant aux critères de coût, de facilité d'usinage et d'esthétisme.
  • Dans l'exemple illustré sur les Figures 2 à 8, l'assemblage 6 représenté, est constitué essentiellement de deux pièces de bois 7 et 8 (Figure 2), qui se présentent sous la forme de deux planches de bois allongées, parallélépipédiques, identiques l'une à l'autre, avivées, c'est-à-dire ne comportant chacune que des arêtes vives, ces planches, relativement minces et étroites par rapport à leur longueur, étant disposées symétriquement et parallèlement l'une à l'autre vis-à-vis d'un axe 9. La fibre du bois qui constitue ces planches, selon laquelle celui-ci peut supporter des efforts de traction importants contrairement à des efforts de traction transversaux ou en cisaillement, est disposée selon la direction longitudinale de cet axe
  • Les planches 7 et 8 ainsi disposées l'une par rapport à l'autre forment, ensemble, un élément creux et allongé 10, avec une zone interne 11 contenant l'axe 9, et une zone externe 12, du côté opposé.
  • Les planches 7 et 8 de l'élément 10 formant l'assemblage 6 présentent par ailleurs à leurs deux extrémités, des portions terminales 13, de préférence exactement identiques, qui s'étendent chacune entre le bout libre transversal 14 de la planche et une limite prédéterminée 15, située à une distance calculée de ce bout (Figure 3).
  • Selon l'invention, chacune de ces portions terminales 13 subit, avant liaison des deux planches 7 et 8 entre elles dans l'élément creux 10 et précontrainte au droit de cette liaison comme précisé ci-après, une compression importante, propre à réaliser dans le bois une densification du matériau fibreux, par application d'un effort exercé sur chaque planche perpendiculairement à son plan en direction de l'axe 9.
  • De préférence, et comme illustré sur la Figure 4 par les flèches 16 représentées sur celle-ci, l'intensité de cet effort de compression est maximale au droit du bout libre transversal 14 de chaque portion terminale 13 et minimale au niveau de la limite 15, à distance de ce bout. Avantageusement, la variation de cet effort selon la longueur de cette portion, croît en présentant un gradient régulier, la compression du bois qui en résulte variant de même de façon continue pour conférer à la portion terminale concernée, vue de profil, une forme sensiblement conique, plus mince en bout et plus épaisse à distance.
  • La compression des parties terminales des planches en bois formant l'élément 10 et par suite l'effet de densification qui en résulte, est réalisée par tout procédé mécanique approprié, qui n'importe pas à l'invention et qui n'est donc pas décrit ici en détails, par exemple au moyen d'un vérin qui applique sur la planche, supportée par une cale transversale, un effort progressif déformant le matériau fibreux entre ce vérin et une enclume, notamment en réduisant, voire éliminant, selon la valeur de l'effort exercé, les vides cellulaires au sein de ce matériau. On peut également réaliser cette densification par injection sous pression croissante d'un polymère dans le bois limitant en conséquence sa porosité, et même combiner ces deux processus.
  • L'élément 10, formé des deux planches de bois 7 et 8 dont les parties terminales 13 ont ainsi été densifiées et par suite conformées pour présenter le profil précité, sont alors associées, comme représenté sur la Figure 5, à un organe de liaison intérieur 17, qui dans l'exemple de réalisation illustré, présente la forme d'un coin pyramidal 18, avec des faces planes 19 et 20 opposées, inclinées sur l'axe longitudinal 9 et propres, dans la zone interne 11 de l'élément 10, à venir en contact étroit avec les faces planes en regard 21 et 22 des deux planches, de part et d'autre de l'axe longitudinal 9, dans la partie terminale correspondante.
  • Le coin pyramidal 18 est agencé pour pouvoir être librement traversé par une tige de traction 23, disposée dans la direction de l'axe longitudinal 9 et comportant à son extrémité située dans la zone interne 11 de l'élément 10, une tête 24 formant butée d'appui sur la face plane 25 qui délimite la partie postérieure du coin.
  • La tige de traction 23 est de préférence filetée et coopère en bout avec un écrou formant la tête 24, comme illustré sur la vue de détail de la Figure 6. Elle présente une longueur suffisante pour s'étendre au-delà des portions terminales 13 des planches 7 et 8 à l'extrémité de l'élément 10, une fois le coin pyramidal 18 mis en place dans ce dernier entre les planches, avec ses deux faces planes 19 et 20 en contact avec les faces en regard 21 et 22 de ces dernières, après léger cintrage de ces planches pour réaliser ce contact.
  • Le coin pyramidal 18 est simultanément associé à un boîtier creux fixe 27 (Figure 5), apte à entourer l'élément 10 dans sa zone externe 12 au droit des parties terminales 13 des deux planches 7 et 8, ce boîtier étant ainsi immobilisé par rapport à ces deux planches après engagement de leurs extrémités à travers une partie ouverte 28 de celui-ci, convenablement conformée pour réaliser le cintrage précité et le contact étroit entre le coin et les deux planches.
  • Comme illustré sur les vues de détail à plus grande échelle des Figures 7 et 8, le boîtier creux 27 comporte des nervures de raidissement 29 et 30, qui s'étendent de préférence parallèlement et perpendiculairement à la direction de l'axe 9, afin d'améliorer la rigidité de ce boîtier, notamment pour supporter l'effort de précontrainte exercé sur l'assemblage selon l'invention.
  • Le boîtier comporte aussi une plaque de fond 31, s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal 9 et munie d'un perçage central 32 pour le passage de l'extrémité de la tige de traction 23 dont l'écrou qui forme la tête 24 est en butée sur la face plane 25 du coin pyramidal 18.
  • Les pièces de l'assemblage 6 étant ainsi mises en place, on exerce sur la tige de traction 23 selon le sens de la flèche 33 un effort axial vers l'extérieur de l'élément 10, qui tend à faire glisser le coin pyramidal 18 formant l'organe de liaison intérieur 17 dans la direction de l'axe 9 entre les deux planches 7 et 8, celles-ci étant au contraire immobilisées par le boîtier fixe 27 où elles sont engagées par leurs portions terminales 13, en contact faces contre faces sur le coin 18.
  • Il en résulte la création sur l'extrémité correspondante de l'élément 10, d'un effort de précontrainte par suite du déplacement relatif du coin vis-à-vis du boîtier, schématisé par les flèches 34 (Figure 8) appliquées sur ce boîtier en sens inverse de l'effort de traction selon la flèche 33, cet effort continuant à croître autant que nécessaire pour autant que la limite de rupture en traction longitudinale du bois, dans le sens de ses fibres notamment, qui est élevée, ne soit cependant pas atteinte.
  • Une fois le niveau de précontrainte ainsi obtenu amené au niveau requis, en fonction notamment des sollicitations auxquelles l'assemblage sera soumis en utilisation dans la structure de support où il est appelé à être monté, la position des pièces est bloquée, notamment par immobilisation relative du coin 18 de l'organe de liaison dans la zone interne vis-à-vis du boîtier fixe 27 dans la zone externe, grâce à un écrou 35 en prise sur l'extrémité de la tige filetée 23 et vissé en appui sur la plaque de fond 31 de ce boîtier.
  • Dans la variante illustrée sur la vue de détail de la Figure 9, le coin pyramidal 18a constituant l'organe de liaison intérieur se présente sous la forme d'une plaque métallique pleine 36, en biseau, prolongée au-delà de l'extrémité des portions terminales 13 de l'élément 10, par une languette 37 sur laquelle peut être exercé l'effort de traction axial réalisant la précontrainte des deux planches de bois 7 et 8 de la manière expliquée ci-dessus.
  • Par ailleurs, le boîtier fixe 27a, qui entoure ces deux portions terminales, est ici réalisé au moyen d'une tôle métallique 38, en forme de manchon ouvert à ses deux extrémités, ce manchon étant susceptible d'être embouti une fois le niveau de précontrainte atteint, en immobilisant le coin 18a en position par un effet de sertissage de la tôle vis-à-vis de l'élément 10, l'effort de traction exercé sur ce coin pouvant être alors relâché tout en préservant le niveau de précontrainte atteint.
  • Un troisième mode de réalisation de l'assemblage selon l'invention est illustré sur les Figures 10 à 17, où les pièces de bois qui réalisent l'élément creux et allongé sont constituées par des tubes cylindriques obtenus par la technique classique dite du « lamellé collé », les fibres du bois s'étendant préférentiellement parallèlement à l'axe longitudinal de ce tube.
  • Sur la Figure 10, on a représenté un ensemble 40, formé au moyen de deux assemblages 41 et 42, comprenant chacun un élément creux allongé, respectivement 43 et 44, constitué par un tube cylindrique, respectivement 45 et 46 du genre précité, les boîtiers extérieurs fixes associés à ces éléments creux pour créer, conformément au procédé de l'invention, l'effort de précontrainte dans les portions terminales de cet élément, étant constitué par des bagues métalliques 47 et 48, entourant extérieurement les deux tubes et serties ou autrement immobilisées vis-à-vis de ces derniers.
  • Dans l'exemple représenté, les bagues métalliques 47 et 48 des tubes 45 et 46 comportent un filetage externe 49, apte à coopérer avec une rondelle de liaison commune 50, comportant un filetage interne homologue 51 pour assurer la réunion des deux éléments 43 et 44, mis bout à bout et dans le prolongement l'un de l'autre selon un axe longitudinal commun 52. En variante, la rondelle de liaison peut être solidaire d'une des bagues et assurer directement la liaison avec l'autre bague.
  • Conformément à l'invention, chacune des portions terminales 53 des éléments creux des deux assemblages est préalablement densifiée par compression transversale et/ou injection forcée d'un polymère, cette opération préalable, réalisée de la manière déjà décrite en relation avec le premier mode de réalisation envisagé précédemment, donnant notamment à cette portion un profil conique, s'amincissant progressivement vers l'extrémité ouverte du tube par suite d'un effort de compression dont la valeur croît au fur et à mesure que l'on se rapproche de cette extrémité, comme on peut le voir sur les vues en coupe avec arrachement partiel de l'élément 43, représentées sur les Figures 16 et 17.
  • La partie terminale 53 ainsi rendue conique dans la zone interne de l'élément et maintenue par la bague métallique 47 montée dans la zone externe, est ensuite soumise à un effort de précontrainte axiale, réalisé dans cet exemple par la mise en oeuvre d'un organe de liaison, combinant l'effet d'un coin rigide 54, de forme extérieure tronconique et d'un manchon intermédiaire expansible 55, dont les Figures 12 et 13 d'une part, 14 et 15 d'autre part précisent la structure.
  • Le coin tronconique 54, illustré en perspective et en coupe axiale sur les Figures 12 et 13 respectivement, comporte, ménagé selon son axe de révolution prévu pour coïncider avec l'axe longitudinal du tube formant l'élément creux lorsque ce coin est mis en oeuvre, un alésage cylindrique 56, traversant le coin d'une extrémité à l'autre. Au voisinage de son extrémité de plus faible diamètre, le coin 54 comporte, ménagées dans sa surface externe 57, des rainures circulaires successives 58, aptes à former des crans de blocage de la position du coin vis-à-vis du manchon intermédiaire, de la façon précisée ci-après.
  • Le manchon intermédiaire expansible 55 est pour sa part représenté en vue perspective sur la Figure 14. Il est constitué par la juxtaposition d'un ensemble de lamelles adjacentes 59, dont une est illustrée sur la Figure 15.
  • Ce manchon 55 présente, une fois ses diverses lamelles 58 assemblées, une surface extérieure 60 dont le profil est conique et dont l'inclinaison sur l'axe longitudinal 52 correspond sensiblement à celui de la portion terminale 53 du tube 45 formant l'élément creux 43. Il comporte un alésage cylindrique interne 61, destiné à recevoir le coin 54 jusqu'à ce que celui-ci, suite à son déplacement à l'intérieur du tube 45 selon la direction de cet axe longitudinal, atteigne une position de blocage où une ou plusieurs des rainures circulaires 58 ménagées dans la surface externe du coin viennent en prise avec des rainures homologues 62, réalisées dans les lamelles adjacentes 59 du côté de l'alésage cylindrique 61 du manchon 55.
  • La précontrainte de la portion terminale 53 du tube 45, maintenue extérieurement par la bague métallique 47, est réalisée par le coulissement du coin rigide 54 selon l'axe longitudinal 52 du tube, dans l'alésage cylindrique interne 61 du manchon 55 en créant, du fait du profil conique de ce manchon dans sa surface externe 60 et de la poussée exercée sur les lamelles adjacentes 59, un effort transversal qui augmente avec l'amplitude de ce déplacement jusqu'à ce que, une fois le niveau de précontrainte atteint, le coin se bloque en position vis-à-vis du manchon et par suite de la portion terminale 53, par coopération des rainures circulaires respectives, 58 ménagées dans la surface externe 57 du coin et 62 dans la surface interne 61 du manchon.
  • Le déplacement en traction axiale du coin dans le manchon est réalisé par tout moyen approprié. Dans l'exemple considéré, on utilise avantageusement un écouvillon cylindrique 63, dont le diamètre correspond sensiblement à celui de l'alésage 56 du coin tronconique 54, cet écouvillon comportant des ergots d'appui rétractables 64, aptes à faire saillie vers l'extérieur de l'écouvillon pour venir en butée sur le dessus du coin afin de lui permettre d'entraîner celui-ci à l'intérieur du manchon 55 selon la direction de l'axe 52 pour réaliser la précontrainte de la portion terminale du tube de la façon indiquée ci-dessus.
  • Une fois le coin 54 et le manchon 55 bloqués mutuellement par la coopération de leurs rainures 58 et 62, les ergots d'appui 64 peuvent être rétractés, en permettant à l'écouvillon 63 de coulisser librement par rapport dans l'alésage 56 et d'être extrait de l'élément creux 43, sans que le niveau de précontrainte acquis soit modifié.
  • Encore un autre mode de réalisation, illustré sur les Figures 18 à 21, est applicable plus particulièrement à la réalisation d'un assemblage où l'élément creux et allongé est constitué par un tube de bambou.
  • Un tel tube ou chaume est illustré sur la Figure 18, ce tube 70 étant formé d'une succession de tronçons 71, séparés de l'un au suivant par un noeud 72.
  • Chaque portion terminale 73 du tube 70, à densifier et précontraindre axialement conformément à l'invention, est dans un premier temps rendue conique en pratiquant dans celle-ci des fentes 74, de préférence régulièrement réparties dans sa circonférence, ces fentes permettant de rétreindre fortement le bambou vers l'axe 75 de ce tube, comme représenté sur la Figure 19, en lui donnant un profil conique approprié.
  • L'effort de précontrainte est ensuite créé en utilisant, comme dans le premier mode de réalisation décrit plus haut, un organe de liaison interne 76 en forme de cône, percé d'un alésage central 77 permettant le passage d'une tige filetée 78, un écrou 79 fixé en bout de la tige et formant butée d'appui sur le cône et un boîtier fixe externe 80, également de forme conique, apte à entourer et immobiliser la portion terminale correspondante 73 par l'extérieur, comme représenté en vue éclatée sur la Figure 20 et à plus grande échelle en perspective sur la Figure 21.
  • Sur cette dernière, la tige filetée 78 coopère avec un écrou de blocage externe 81, une fois le niveau de précontrainte atteint.
  • L'invention propose ainsi un procédé pour la réalisation d'assemblages de pièces en bois ou autre matériau fibreux similaire, qui permet, tout en bénéficiant de l'esthétique généralement due à l'usage de ce matériau dans de nombreux domaines tels que le bâtiment, le génie civil, le mobilier urbain, l'ameublement etc.., d'éliminer de manière particulièrement efficace, les causes des ruptures induites dans les zones de liaison entre les pièces de cet assemblage ou des assemblages voisins liés au précédent, du fait de la fragilité de ce matériau dans certaines directions, par les organes assurant cette liaison, notamment vis-à-vis des efforts de traction transversale et de cisaillement créés dans ces pièces lors de la pose de ces organes.
  • Le procédé envisagé permet plus spécialement que ces zones de liaison ne soient plus le point faible des structures mettant en oeuvre de tels assemblages, en garantissant leur niveau de chargement maximal sans risque de dislocations ou de fentes, ces assemblages présentant en outre une ductilité améliorée et par suite une capacité importante de dissipation d'énergie, en particulier en cas de chocs accidentels ou de secousses en situation de séisme notamment.
  • Les assemblages ainsi créés utilisent toute la résistance naturelle du matériau fibreux en traction longitudinale, les organes de liaison n'introduisant pas d'efforts parasites dans cette direction. En revanche, la densification et la précontrainte des pièces mises en oeuvre accroissent considérablement leur rigidité et leur résistance au cisaillement, ce qui diminue également les déplacements induits dans les structures elles mêmes.
  • Bien entendu, il va de soi que les exemples de réalisation plus spécialement décrits ci-dessus et représentés sur les dessins annexés, ne sauraient en eux-mêmes limiter la portée des revendications qui suivent et qui en embrassent au contraire toutes les variantes.
  • Notamment, dans ces divers exemples, l'élément précontraint de l'assemblage, formé de deux avivés ou planches en bois ou d'un élément tubulaire, également en bois ou en bambou, est creux sur toute sa longueur. On pourrait cependant, sans sortir du cadre de l'invention, mettre en oeuvre des éléments essentiellement pleins, seulement évidés ou fendus dans leurs parties terminales pour y monter les pièces du genre coin ou autre, propres à réaliser la précontrainte de l'élément au droit de ces parties terminales.

Claims (21)

  1. Procédé pour la fabrication d'un assemblage apte à entrer en jeu dans la réalisation d'une structure de support, ledit assemblage étant constitué de pièces (7,8) en un matériau fibreux formant un élément au moins en partie creux (10), allongé, avec un axe longitudinal de symétrie (9), délimitant une zone interne (11) et une zone externe (12), dont le procédé consiste à réaliser sur les deux portions d'extrémité (13) de l'élément creux allongé une densification localisée du matériau fibreux, à exercer, simultanément avec ou en suivant cette densification, sur chacune des deux portions d'extrémité de l'élément creux allongé, des efforts de traction vers l'extérieur et en sens opposés l'un de l'autre selon son axe longitudinal pour créer un effort de précontrainte axiale de valeur déterminée, et à maintenir l'élément creux allongé dans cet état de précontrainte au cours de la mise en oeuvre de l'assemblage dans la structure, caractérisé en ce que la densification du matériau fibreux est réalisée selon un processus mécanique apte à réduire, voire supprimer, les vides cellulaires dans le matériau, obtenu grâce à un effort de compression radial exercé sur chacune des deux portions d'extrémité de l'élément creux allongé, selon une direction perpendiculaire à son axe longitudinal.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'effort de compression exercé varie dans son intensité selon la longueur de chaque portion d'extrémité (13), en étant maximal à l'extrémité libre (14) de l'élément creux allongé et minimale à distance (15) de celle-ci, selon la longueur de cette portion.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'effort de compression exercé présente un gradient croissant de façon régulière selon la longueur de chaque portion d'extrémité (13) de l'élément creux.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densification du matériau fibreux est réalisée par réduction de sa porosité suite à une injection forcée d'un polymère ou autre substance similaire au sein de ce matériau dans chacune des deux portions d'extrémité de l'élément creux allongé.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densification du matériau fibreux est réalisée par la combinaison d'un effort de compression et par injection d'un polymère.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que l'effort de précontrainte dans chacune des portions d'extrémité (13) de l'élément creux allongé est réalisé par mise en place, d'une part d'un organe de liaison intérieur (18), de forme générale conique, en contact étroit avec l'élément creux allongé dans la zone interne (11), cet organe étant solidarisé de moyens (23,24) propres à exercer un effort de traction vers l'extérieur selon l'axe longitudinal de l'élément et, d'autre part, d'un boîtier creux (27), fixe, entourant l'élément dans sa zone externe en étant immobilisé par rapport à celui-ci, de telle sorte que le déplacement longitudinal de l'organe de liaison intérieur dans la zone interne sous l'effet de l'effort de traction axial, crée, par coopération avec le boîtier fixe dans la zone externe, une précontrainte croissante du matériau fibreux qui augmente avec cet effort, le blocage mutuel de l'organe de liaison vis-à-vis du boîtier étant alors assuré pour maintenir la précontrainte à sa valeur ainsi obtenue.
  7. Assemblage apte à entrer en jeu dans la réalisation d'une structure de support, constitué de pièces (7,8) en un matériau fibreux formant un élément au moins en partie creux (10), allongé, avec un axe longitudinal de symétrie (9), délimitant une zone interne (11) et une zone externe (12), les deux portions d'extrémité (13) de cet élément creux allongé ayant subi une densification localisée du matériau fibreux, et, simultanément avec ou en suivant cette densification, sur chacune de ces deux portions d'extrémité, des efforts de traction vers l'extérieur et en sens opposés l'un de l'autre selon l'axe longitudinal pour créer un effort de précontrainte axiale de valeur déterminée, l'élément creux allongé dans étant maintenu dans cet état de précontrainte au cours de la mise en oeuvre de l'assemblage dans la structure, caractérisé en ce que la densification localisée du matériau fibreux est telle que les vides cellulaires dans le matériau sont réduits, voire supprimés, à chacune des deux portions d'extrémité de l'élément creux allongé,
    et en ce que :
    Figure imgb0001
    l'élément creux allongé (10), en matériau fibreux, utilise deux pièces avivées (7,8), en forme de planches ou lattes de bois, identiques, planes et espacées mutuellement, sensiblement parallèles entre elles sur la majeure partie de leur longueur et symétriques l'une de l'autre vis-à-vis de l'axe longitudinal (9) de l'élément, les portions d'extrémité (13) de ces deux planches étant rapprochées mutuellement et présentant chacune un amincissement, de préférence progressif, du à l'effort exercé sur ces portions pour produire leur densification par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, un organe de liaison intérieur (18) ayant la forme d'un coin pyramidal, coopérant avec une tige de traction (23) disposée selon l'axe longitudinal de l'élément étant prévu pour permettre d'exercer l'effort de précontrainte axiale, ce coin pyramidal comprenant deux faces planes opposées (19,20) en contact avec les faces en regard des portions d'extrémité des deux planches dirigées vers la zone interne, un boîtier creux fixe (27), entourant les portions d'extrémité des deux planches dans la zone externe, comportant une extrémité ouverte (28) pour l'introduction de l'élément creux (10) et une plaque de fond (31), opposée à cette extrémité ouverte, fermant le boîtier en bout de ses portions d'extrémité (13) ;
    ou
    Figure imgb0001
    l'élément creux allongé (43) est constitué par un tube en bois, de préférence obtenu selon la technique dite du « lamellé collé », présentant des portions d'extrémité (53) préalablement densifiées par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, l'organe de liaison intérieur étant constitué par un coin rigide (54) de forme conique ou tronconique, présentant un passage axial traversant (56), ce coin étant apte à être engagé et déplacé selon l'axe longitudinal (52) de l'élément dans l'alésage cylindrique (61) d'un manchon intermédiaire (55) expansible radialement et forcé dans celui-ci pour créer l'effort de précontrainte axiale exercé sur les portions d'extrémité du tube en bois, le boîtier fixe étant formé d'une bague métallique (47) entourant le tube extérieurement dans ces portions d'extrémité ;
    ou
    Figure imgb0001
    l'élément creux allongé est constitué par un tube en bambou (70) dont les portions d'extrémité (74) sont fendues longitudinalement et fortement rétreintes afin de donner au tube dans ces portions une forme conique où le bambou est densifié, la précontrainte du tube étant réalisée, de préférence simultanément avec la densification, par la coopération d'un coin conique (76) engagé dans la zone interne de l'élément au droit de chaque portion d'extrémité, et d'un boîtier externe fixe (80), également de forme conique, entourant cette portion d'extrémité, le coin comportant une tige de traction axiale (78) propre à créer l'effort de précontrainte dans le tube en bambou, en augmentant simultanément sa densification.
  8. Assemblage selon la revendication 7, dans lequel l'élément creux allongé (10), en matériau fibreux, utilise deux pièces avivées (7,8), en forme de planches ou lattes de bois, identiques, planes et espacées mutuellement, sensiblement parallèles entre elles sur la majeure partie de leur longueur et symétriques l'une de l'autre vis-à-vis de l'axe longitudinal (9) de l'élément, les portions d'extrémité (13) de ces deux planches étant rapprochées mutuellement et présentant chacune un amincissement, de préférence progressif, du à l'effort exercé sur ces portions pour produire leur densification par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, un organe de liaison intérieur (18) ayant la forme d'un coin pyramidal, coopérant avec une tige de traction (23) disposée selon l'axe longitudinal de l'élément étant prévu pour permettre d'exercer l'effort de précontrainte axiale, ce coin pyramidal comprenant deux faces planes opposées (19,20) en contact avec les faces en regard des portions d'extrémité des deux planches dirigées vers la zone interne, un boîtier creux fixe (27), entourant les portions d'extrémité des deux planches dans la zone externe, comportant une extrémité ouverte (28) pour l'introduction de l'élément creux (10) et une plaque de fond (31), opposée à cette extrémité ouverte, fermant le boîtier en bout de ses portions d'extrémité (13).
  9. Assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque de fond (31) du boîtier (27) présente un perçage (32) dans l'axe longitudinal (9) de l'élément pour le passage de la tige de traction (23) du coin pyramidal (18).
  10. Assemblage selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige de traction (23) est filetée et coopère avec un écrou (35) de blocage du boîtier par rapport au coin pyramidal (18) pour maintenir la précontrainte créée sur l'assemblage consécutivement à l'effort de traction exercé sur ce coin selon l'axe longitudinal (9) de l'élément (10).
  11. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le boîtier fixe (27) comporte, dans sa surface interne en contact avec les faces des portions d'extrémité (13) des deux planches (7,8) de l'élément (10) dirigées vers la zone externe, des nervures de raidissement (29,30), s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal de cet élément.
  12. Assemblage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le boîtier creux (27a) est réalisé au moyen d'une tôle métallique (38), conformée pour entourer les portions d'extrémité des deux planches de l'élément (10), propre à être emboutie par l'extérieur pour réaliser son sertissage vis-à-vis du coin pyramidal (18a) formant l'organe de liaison intérieur, afin de maintenir la précontrainte créée sur l'assemblage.
  13. Assemblage selon la revendication 7, dans lequel l'élément creux allongé (43) est constitué par un tube en bois, de préférence obtenu selon la technique dite du « lamellé collé », présentant des portions d'extrémité (53) préalablement densifiées par compression mécanique et/ou injection forcée d'un polymère, l'organe de liaison intérieur étant constitué par un coin rigide (54) de forme conique ou tronconique, présentant un passage axial traversant (56), ce coin étant apte à être engagé et déplacé selon l'axe longitudinal (52) de l'élément dans l'alésage cylindrique (61) d'un manchon intermédiaire (55) expansible radialement et forcé dans celui-ci pour créer l'effort de précontrainte axiale exercé sur les portions d'extrémité du tube en bois, le boîtier fixe étant formé d'une bague métallique (47) entourant le tube extérieurement dans ces portions d'extrémité.
  14. Assemblage selon la revendication 13, caractérisé en ce que le manchon intermédiaire (55) expansible radialement est formé de lamelles adjacentes indépendantes (59), délimitant l'alésage cylindrique (61) de ce manchon et propres à s'expanser radialement sous l'effet du déplacement du coin rigide (54) dans cet alésage cylindrique selon l'axe longitudinal (52) de l'élément (43), en créant l'effort de précontrainte.
  15. Assemblage selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'extrémité du coin conique (54) comporte des rainures circulaires (58), ménagées dans sa surface externe (60) dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal (52), ces rainures formant des crans successifs pour le blocage de ce coin vis-à-vis du manchon intermédiaire (55) en coopérant avec des rainures homologues (62) prévues dans les lamelles adjacentes (59) de ce manchon en regard du coin.
  16. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le déplacement du coin conique (54) dans le manchon intermédiaire est réalisé au moyen d'un écouvillon cylindrique (63), apte à coulisser dans le passage axial traversant (56) du coin (54) et comportant en bout des ergots d'appui (64) propres à exercer sur ce coin un effort axial, provoquant la précontrainte des portions d'extrémité du tube par engagement du coin dans le manchon expansible radialement.
  17. Assemblage selon la revendication 16, caractérisé en ce que les ergots (64) de l'écouvillon (63) sont rétractables à l'intérieur de celui-ci, pour permettre son retrait hors du coin, après que l'effort de précontrainte ait été réalisé.
  18. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la bague métallique (47) formant le boîtier extérieur fixe, comporte utilement un filetage d'extrémité (49), formant vis, propre à coopérer avec un filetage homologue (51), formant écrou, prévu dans un tube adjacent (44), disposé dans l'axe longitudinal du tube creux de l'élément (43), en réalisant la liaison des deux tubes dans l'assemblage.
  19. Assemblage selon la revendication 7, dans lequel l'élément creux allongé est constitué par un tube en bambou (70) dont les portions d'extrémité (74) sont fendues longitudinalement et fortement rétreintes afin de donner au tube dans ces portions une forme conique où le bambou est densifié, la précontrainte du tube étant réalisée, de préférence simultanément avec la densification, par la coopération d'un coin conique (76) engagé dans la zone interne de l'élément au droit de chaque portion d'extrémité, et d'un boîtier externe fixe (80), également de forme conique, entourant cette portion d'extrémité, le coin comportant une tige de traction axiale (78) propre à créer l'effort de précontrainte dans le tube en bambou, en augmentant simultanément sa densification.
  20. Structure de support dans laquelle les assemblages de liaison sont réalisés conformément au procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  21. Structure de support mettant en oeuvre un assemblage conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 19.
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