FR2677692A1 - Poutre economique en lamelle-colle, procede de fabrication et machine pour le mettre en óoeuvre. - Google Patents

Abstract

Poutre en lamellé-collé constituée de lamelles de largeur (l) et de longueur (Lp) identiques à celles de la poutre (P) qui sont empilées et collées les unes sur les autres, les lamelles (1) des faces externes (3, 4) de la poutre (P) ainsi qu'une ou plusieurs de leurs voisines étant formées de bois scié de fort module d'élasticité, caractérisée en ce que les lamelles (2) proches de l'axe neutre de la poutre (P), qui se trouvent entre les lamelles (1) en bois scié précédentes, sont formées de bois reconstitué.

Description

La présente invention a trait à une poutre en lamellé-collé dont le prix de revient est particulièrement réduit. Elle concerne également son procédé de fabrication ainsi qu'une machine pour le mettre en oeuvre.

Les poutres en lamellé-collé sont d'une manière générale réalisées en bois particulièrement performants sur le plan mécanique. Cela est rendu nécessaire par les importantes contraintes que subissent ces poutres une fois mises en place pour soutenir par exemple des planchers ou des toitures de grandes portées. On choisit alors entre autres de l'épicéa de Finlande dont le module d'élasticité se situe autour de 120 000 bars. Ce dernier coûte cependant cher (2 000 Francs le mètre-cube environ).

Or, le coût de la fabrication d'une poutre en lamellé-collé représente seuIement à peu près un quart de son prix de revient total. Il est donc intéressant de chercher à réduire le coût de la matière première en vue d'une poutre plus économique.

Une façon d'y parvenir consiste à remplacer une partie du bois mis en oeuvre par une essence moins noble, par exemple du peuplier. En effet, ce sont surtout les lamelles externes de la poutre qui sont sollicitées en flexion notamment. Les lamelles proches de l'axe neutre demeurent quant à elles tant à l'abri des compressions que des tractions. On peut donc utiliser pour ces dernières un bois de second choix, ayant un module d'élasticité de 90 000 bars par exemple. A supposer que ce dernier constitue la poutre à 50% et qu'il coûte 1 500 F/m3, on aboutit à un prix de revient de la matière première de 1 500 x 0,5 + 2 000 x 0,5 = 1750 F/m3.

Cela représente certes une économie. Cependant elle joue en pratique essentiellement lorsque de grandes quantités de poutres en lamellé-collé sont fabriquées. En effet l'assemblage des lamelles de différentes qualités (qui doit être réalisé suivant un calpinage précis établi d'après les sollicitations de service) grève par ailleurs le prix de revient total de la poutre.

C'est ainsi que la présente invention vise une poutre en lamellé-collé dont le prix de revient total est plus faible que celui des poutres en lamellé-collé fabriquées jusqu'ici. Plus précisément, elle cherche à utiliser pour les lamelles proches de l'axe neutre de la poutre et donc plus faiblement sollicitées une matière première coûtant encore moins cher que le bois de second choix utilisé jusqu'ici de sorte que le surcoût résultant de l'assemblage selon le calpinage adapté soit absorbé même en cas de fabrication en quantités limitées.

Cela est réalisé avec une poutre en lamellé-collé dont les lamelles proches de l'axe neutre sont formées de bois reconstitué.

Le bois reconstitué est composé de particules de bois collées entre elles et agglomérées par compression. Tout en étant particulièrement peu onéreux (prix de I'ordre de 800 F/m3), ce matériau demeure un dérivé du bois si bien qu'il peut être traité par les charpentiers avec leurs outiIs habituels.

Par ailleurs, sous réserve de disposer pour les lamelles extérieures de planchettes en bois particulièrement performant et aboutées avec soin, il est possible de constituer une poutre avec jusqu'au 2/3 de bois reconstitué. I1 s'ensuit un prix de revient de la matière première situé autour de 800 x 2/3 + 2 000 x 1/3 = 1 200 F/m3. Cela représente donc une économie appréciable, y compris par rapport aux poutres constituées avec du bois de second choix comme dans l'art antérieur.

Les manipulations supplémentaires que le recours au bois reconstitué entraînent, ne grèvent pas ce prix. Même si elles s'accompagnent d'un certain surcoût, plusieurs facteurs contribuent par ailleurs à des économies subsidiaires. Par exemple, contrairement aux planchettes sciées d'un seul tenant qui composent les lamelles habituelles, leurs équivalents en bois reconstitués sont débités sans qu'il y ait de pertes dans des panneaux préfabriqués disponibles sur le marché. Toujours par rapport aux planchettes sciées, qui sont livrées avec une siccité de 20% et doivent en conséquence être passées à l'étuve avant leur assemblage, les planchettes reconstituées sont livrées à 10% d'humidité. Ainsi, plus elles sont utilisées et moins l'étuve est occupée.Cela libère de la place pour davantage de planchettes sciées si bien qu'une même installation peut fabriquer plus de poutres en lamellé-collé.

De façon plus précise, la présente invention prévoit que les lamelles en bois reconstitué se composent de deux lits de planchettes disposées, selon l'expression usitée dans la profession, en "coupe de pierre" et collés l'un sur l'autre au travers d'un lit intermédiaire de fibres de verre, de carbone ou de keyvlar par exemple.

Cette configuration présente deux avantages. Le premier se situe sur le plan de la résistance mécanique. En effet le bois reconstitué est en soi un matériau très peu performant (module d'élasticité plus proche de 30 000 bars). La présence du lit de fibres le renforce donc. On a par exemple constaté qu'une lamelle ainsi formée pouvait atteindre une flèche de 6 cm avec la rupture d'un seul lit de planchettes.

Le second avantage se rapporte à la possibilité même de fabriquer une lamelle avec la longueur que cela implique pour constituer une poutre en lamellé-collé (de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres). Le bois reconstitué ne se prête certes pas à un aboutage au moyen d'entures comme on le pratique avec du bois scié. Le collage l'un sur l'autre de deux lits de planchettes résout ce problème dans la mesure où une planchette du lit supérieur est disposée à cheval sur deux planchettes du lit inférieur. La présence du lit de fibres améliore encore la liaison entre planchettes jointives.

Enfin, selon un autre aspect de la présente invention, les lamelles en bois reconstitué utilisées pour constituer la poutre présentent la même épaisseur que celles en bois scié (aux imperfections laissées par la raboteuse près). Dès lors, l'empilage des différentes sortes de lamelles s'effectue-t-il selon le même procédé, au demeurant fort bien connu.

Dans les revendications 6 et suivantes en annexe, on trouvera des caractéristiques structurelles complémentaires pour la présente poutre. Y figurent également des précisions sur des modes de réalisation avantageux de son procédé de fabrication ainsi que sur une machine pour le mettre en oeuvre.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent entre autres et à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de la présente poutre.

Sur ces dessins:
- la figure 1 montre en perspective une poutre en lamellé-collé conformément à
une forme de réalisation de la présente invention avant toutefois qu'elle ne soit
enduite extérieurement;
- la figure 2 montre en perspective une lamelle en bois scié utilisée pour
constituer la poutre de la figure 1;
- la figure 3 montre en perspective une lamelle en bois reconstitué utilisée pour
contituer la poutre de la figure 1;
- la figure 4 montre une vue en perspective éclatée de la lamelle en bois
reconstitué de la figure 3. Seule son extrémité gauche est illustrée alors que,
sur les figures précédentes, manque plutôt la partie centrale des poutres et
lamelles (coupe imaginaire);
- la figure 5 est une vue de dessus schématique d'une machine pour fabriquer
une lamelle en bois reconstitué conformément à un mode de réalisation
avantageux du présent procédé;
- la figure 6 est une vue de côté schématique de la machine de la figure 5.

Par exemple, une poutre P en lamellé-collé selon la présente invention se présente comme cela est illustré sur la figure 1. Si sa largeur 1 se situe plutôt entre 10 et 25 cm, sa longueur Lp atteint couramment 3 à 4 m. Elle peut dans certains cas aller jusqu'à 150 m. Aussi afin de respecter les proportions, la perspective de la figure 1 comporte-t-elle à peu près à mi-longueur une coupe imaginaire. Quant à l'épaisseur ep de la poutre, on conçoit qu'elle soit variable selon les sollicitations de service prévues.

Sur la figure 1, elle est du même ordre de grandeur que 1, soit quelques dizaines de centimètres.

Conformément à la présente invention, la poutre P est constituée de lamelles 1 en bois scié (appelées ci-après simplement lamelles sciées) ainsi que de lamelles 2 en bois reconstitué (appelées ci-après lamelles reconstituées ) qui sont empilées et collées les unes sur les autres. Comme l'indique la figure 1, les lamelles sciées 1 se trouvent sur les faces supérieure 3 et inférieure 4 de la poutre P tandis que les lamelles reconstituées 2 se trouvent au centre, prises en sandwich entre les lamelles sciées 1.Ainsi par exemple l'application à mi-longueur de la poutre P d'un poids mort sur la face supérieure 3, Ia face inférieure 4 reposant sur deux appuis extrèmes se traduit-elle par une mise en flexion de la poutre P qui sollicite avant tout les lamelles sciées (en compression pour celles de la face supérieure 3 et en traction pour celles de la face inférieure 4). Les lamelles reconstituées 2 de centre de la poutre sont au contraire relativement peu mises à contribution d'un point de vue mécanique.

Sur la figure 2, la lamelle sciée 1 constituant la face supérieure 3 de la poutre P est représentée de façon isolée. I1 apparaît de la sorte qu'elle est elle-même formée de planchettes sciées 10 disposées les unes à côté des autres. De longueurs L1 respectives variables (cela dépend du tronc d'arbre dans lequel elles ont été sciées), leur épaisseur e est au contraire commune. Traditionnellement cette épaisseur e se situe dans une des six plages suivantes:
4547, 39-41, 35-37, 33-35, 25-27, 23-25 mm.

Elle est obtenue en rabotant des planchettes de respectivement
50, 44, 40, 38, 30 et 28 mm d'épaisseur brute, les écarts au sein de chaque plage étant dus aux imperfections de surface laissées par la raboteuse. Par ailleurs, les planchettes sciées 10 sont adaptées les unes aux autres selon des méthodes connues, notamment par des entures avec collage des tranches jointives 15.

De même la figure 3 montre une lamelle reconstituée 2 prise isolément dans la poutre P. Elle est formée quant à elle de planchettes reconstituées 20. Celles-ci sont toutes de la même longueur L2. Comme cela est plus visisble sur la vue éclatée de la figure 4, il y a en fait deux lits superposés de planchettes reconstituées 20. Ces dernières sont disposées au sein de chaque lit les unes à côté des autres. Les tranches jointives 25 de chacun des deux lits sont décalées, celles d'un lit se trouvent à mi longueur des planchettes reconstituées 20 de l'autre lit Cette disposition est dite dans la profession "en coupe de pierre".

En outre, entre les deux lits de planchettes reconstituées 20, est interposé un lit de fibres 24. Il peut s'agir notamment de fibres de verre, de carbone ou de keyvlar constituées en tissu, en cordon, etc. . Le tout est maintenu solidaire au moyen d'un liant qui imprègne le lit de fibres 24. Le liant utilisé est une colle à base par exemple de résine synthétique. Les tranches jointives 25 ne sont pas quant à elles encollées, le bois reconstitué ne permettant pas d'entures.

On note enfin que les planchettes reconstituées 20 présentent une épaisseur à peu de chose près égale à la moitié de l'épaisseur e des lamelles sciées 10. Ainsi les lamelles reconstituées 20 sont-elles pour ainsi dire aussi épaisses que les lamelles sciées 10. Comme on le verra plus loin, cette caractéristiques de dimension permet de traiter les lamelles au cours de leur assemblage en vue de constituer la poutre, indifféremment qu'elles soient en bois scié ou en bois reconstitué.

En ce qui concerne le procédé de fabrication de la présente poutre en effet, il est relativement aisé d'obtenir des planchettes reconstituées 20 ayant l'épaisseur voulue.

Des panneaux en bois reconstitué sont disponibles sur le marché qui présentent des dimensions normalisées compatibles avec les dimensions des poutres en lamellé-collé ou, si l'on préfère, avec celles des lamelles sciées 1. Dans une étape préliminaire du présent procédé, ces panneaux préfabriquées sont alors débités en les coupant parallélement à leur largeur et à des intervalles réguliers distants de 1. n en résulte des planchettes 20 taillées à la largeur 1 de la poutre, leur longueur L2 n'étant autre que la largeur du panneau en bois reconstitué d'origine.

Pour ce qui est de l'épaisseur, les panneaux normalisés existant sont épais respectivement de 25, 24, 22, 20, 19, 18, 16, 14, 12, 10 et 8 mm. Aussi, afin de s adapter à chacune des six plages d'épaisseur mentionnées ci-dessus à propos des lamelles sciées 1, faut-il utiliser respectivement les panneaux de 25 ou 24, 22, 19, 18, 14 et à nouveau 14 mm d'épaisseur. En doublant ces chiffres, on dépasse en effet légèrement la borne supérieure des plages correspondantes pour les lamelles sciées. Et il ne reste plus qu'à raboter les lamelles reconstituées 2 formées à partir de ces planchettes 20 pour obtenir les épaisseurs voulues.

Mais avant cela, il convient donc de former ces lamelles 2. La machine représentée schématiquement sur le figures 5 et 6, respectivement en vue de dessus et en vue de côté, permet justement de mettre en oeuvre cette première étape du procédé.

c'est à la vérité une chaîne 100 comprenant une succession de postes où la lamelle 2 qui est peu à peu formée, subit différentes opérations. Pendant ce temps, elle est supportée et entraînée par notamment deux tapis roulants 101 et 105 disposés dans le prolongement l'un de l'autre respectivement à l'entrée et à la sortie de la chaîne 100.

Sur les figures, ces tapis, à rouleaux 102 et 106 et mus respectivement par les moteurs 103 et 107, transportent en continu la lamelle 2 depuis les postes de gauche vers ceux de droite.

Le long de ce parcours qui peut atteindre 30 à 35 m au total, on trouve notamment les postes suivants:
- une table 110 de préparation où un opérateur dispose à plat les unes à côté des autres les planchettes reconstituées 20. Si on se réfère aux figures 3 et 4 montrant une lamelle reconstituée 2, celles-ci forment dès lors son lit inférieur de planchettes 20;
- une encolleuse 120 telle que par exemple celle enseignée dans le brevet français
o n 87 08485 déposée par GAUTHIER. Elle dépose une couche de liant sur la face supérieure du lit de planchettes 20 qui vient d'être formé. Un dévidoir 121 de tissu ou de cordon de fibres 24 est adjoint de sorte qu'un rouleau applicateur 122 adapté fait adhérer les fibres 24 à la face encollée;
- un silo 130 à planchettes disposé au-dessus du tapis roulant 101.Ainsi les planchettes reconstituées 20 qu'il contient en réserve sont-elles larguées une à une sur le lit encollé et revêtu de fibres. I1 se forme alors le lit supérieur de panchettes 20.

Grâce par exemple à un oeil électronique couplé à une roue à compteur (non représentés), le largage est déclenché de sorte que la disposition "en coupe de pierre" décrite plus haut est obtenue;
- une première presse 140 automatique. Selon les figures 5 et 6, elle comprend par exemple selon une structure connue trois couples de tambours. Un tambour de chaque couple se trouve sous la lamelle 2 en cours de formation tandis que l'autre se trouve au-dessus. Grâce à des systèmes de ressort 142 s'opposant à leur écartement, les couples de tambours pincent la lamelle tout en autorisant son déplacement latéral.

Ils peuvent de la sorte exercer dessus de 7 à 8 bars;
- un four 150 haute fréquence qui permet de polymériser instantanément le liant;
- une seconde presse 160 automatique. En collaboration avec la première presse 140, qui lui est de préférence identique, elle maintient les deux lits de planchettes 20 avec le lit de fibres 24 intermédiaire particulièrement bien comprimées au niveau du four 150 précédent.

Cela garantit entre autres le passage du liant au travers des fibres 24 de sorte qu'il les imprègne et se répand également à la surface inférieure du lit supérieur de planchettes 20;
- une scie 170 avec une lame 171. Cette dernière peut aussi bien être pendulaire qu'escamotable. Il est avantageux de lui associer une commande numérique de sorte que la lamelle reconstituée 2 venant d'être formée est automatiquement coupée à la longueur Lp de la future poutre. Une scie commandée numériquement est employée à l'heure actuelle pour couper de façon analogue les lamelles sciées 1 à la suite de l'aboutage de leurs planchettes 10.

ll ne reste alors plus qu'à constituer la poutre P. Cette seconde étape du présent procédé peut toutefois être réalisée selon la méthode habituelle, les lamelles sciées 1 et les lamelles reconstituées 2 ne se distinguant pas sur le plan des dimensions . Et il suffira à l'opérateur de respecter le calpinage exactement comme avec des lamelles en bois sciés de différentes qualités.

Finalement, il est possible d'appliquer un enduit au moins sur la tranche de la poutre obtenue (cf. les surfaces de la poutre P de la figure 1 autres que ses surfaces supérieure 3 et inférieure 4). Cela peut en effet distinguer les poutres comprenant du bois reconstitué. En outre, les pores de ce matériau se trouvent de la sorte bouchés, ce qui assure une meilleure protection vis-à-vis des agents extérieurs.

Claims (17)

REVEM > ICATIONS

1. - Poutre en lamellé-collé constituée de lamelles de largeur (1) et de longueur

(Lp) identiques à celles de la poutre (P) qui sont empilées et collées les unes sur les autres, les lamelles (1) des faces externes (3, 4) de la poutre (P) ainsi qu'une ou plusieurs de leurs voisines étant formées de bois scié de fort module d'élasticité, caractérisée en ce que les lamelles (2) proches de l'axe neutre de la poutre (P), qui se trouvent entre les lamelles (1) en bois scié précédentes, sont formées de bois reconstitué.

2. - Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lamelles (2) en bois reconstitué se composent de deux lits de planchettes reconstituées (20) dont la largeur (1) est celle de la poutre ), qui admettent toutes la même longueur (L2) et la même épaisseur (1/2) pour être disposées "en coupe de pierre", les deux lits étant en outre collées l'un sur l'autre au travers d'un lit intermédiaire de fibres (24) par un liant qui les imprègne.

3. - Poutre selon la revendication 2, dans laquelle les fibres (24) sont faites d'un matériau pris parmi le verre, la carbone, le keyvlar.

4. - Poutre selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans laquelle le liant est une colle à base de résine synthétique.

5. - Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les lamelles (1) en bois scié et les lamelles (2) en bois reconstitué ont sensiblement la même épaisseur (e).

6. - Poutre selon la revendication 5, dans laquelle l'épaisseur (e) des lamelles (1, 2) se situe dans l'une des plages suivantes:

45-47, 39-41, 35-37, 33-35, 25-27 et 23-25 mm, l'écart au sein de chaque plage étant lié aux imperfections de surface laissées par la raboteuse.

7. - Procédé de fabrication d'une poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une première étape du procédé consiste à fabriquer les lamelles (2) en bois reconstitué, une seconde étape consistant à fabriquer la poutre de la même façon que si toutes les lamelles étaient en bois scié.

8. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une étape préliminaire de procédé consiste à débiter des planchettes reconstituées (20) de la largeur (1) de la poutre (P) dans un panneau en bois reconstitué de dimensions normalisées en coupant ce dernier parallélement à sa largeur (L2), la première étape comprenant alors les opérations consécutives suivantes::

- disposer à plat les planchettes reconstituées (20) les unes à côté des autres de

façon à former un lit inférieur de planchettes (20),

- encoller la face supérieure du lit inférieur avec un liant,

- appliquer sur la face encollée un lit de fibres (24) avec une force suffisante

pour que les fibres adhèrent au lit inférieur de planchettes (20),

- disposer sur un lit de fibres (24) d'autres planchettes reconstituées (20) de

sorte qu'une disposition "en coupe de pierre" est obtenue,

- presser ensemble les deux lits de planchettes (20) de sorte que le liant imprègne

les fibres (24), la pression appliquée seulement de part et d'autre d'une zone

chauffée de façon à polymériser instantanément le liant,

- scier les deux lits de planchettes (20) collés au travers du lit intermédiaire de

fibres (24) afin de séparer des lamelles (2) en bois reconstitué ayant la

longueur (Lp) de la poutre (P).

9. - Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'épaisseur des panneaux en bois reconstitué est choisie sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur (e) des lamelles (1) en bois scié.

10. - Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'épaisseur du panneau est choisie supérieure à la moitié de l'épaisseur (e) des lamelles (1) en bois scié, une étape intermédiaire entre les première et seconde étapes du procédé consistant à raboter les lamelles (2) en bois reconstitué.

11. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel la poutre (P) est finalement enduite.

12. - Machine pour mettre en oeuvre la première étape du procédé selon l'une quelconques des revendications 7 à 11, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une chaîne (100) comprenant des postes opératoires pour fabriquer peu à peu les lamelles (2) en bois reconstitué tandis qu'elles sont transportées en continu le long d'un parcours rectiligne par au moins deux tapis roulants se trouvant respectivement à l'entrée et à la sortie de la chaîne.

13. -Machine selon la revendication 12, dans laquelle on trouve, dans l'ordre sur le parcours des lamelles (2) en bois reconstitué, les postes opératoires suivants:

- de préparation (110) adapté à recevoir à plat des planchettes (20) de largeur (1)

égale à celle de la poutre (P) dans le sens de leur longueur (L2),

- d'encollage (120) adapté à déposer une couche de liant sur les planchettes

(120) précédentes et pourvu en outre de moyens (121, 122) pour faire adhérer

un lit de fibres (24) sur la face encollée des planchettes (20),

- de réserve (130) adapté à contenir d'autres planchettes (20) identiques aux

planchettes (20) précédentes et pourvu en outre de moyens pour les larguer une

à une sur les planchettes (20) encollées et revêtues de fibres (24) de sorte que

les planchettes (20) larguées se retrouvent par rapport aux planchettes (20)

encollées selon une disposition "en coupe de pierre",

- de pressage (140) adapté à presser les une contre les autres les planchettes (20)

encollées et les planchettes (20) larguées avec le lit de fibres (24) intermédiaire,

- de chauffage (150) adapté à polymériser instantanément le liant,

- de pressage (160) identique au poste de pressage (140) précédent,

- de sciage (170) adapté à couper les planchettes (20) encollées et les planchettes

(20) larguées avec le lit de fibres (24) intermédiaire maintenus par le liant

polymérisé en lamelles (2) de longueur (Lp) égale à celle de la poutre (P).

14. - Machine selon la revendication 13, dans laquelle le poste d'encollage (120) comprend notamment une encolleuse selon le brevet français n" 8708485.

15. - Machine selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans laquelle les moyens pour larguer les planchettes (20) comprennent un oeil électronique ainsi qu'une roue à compteur.

16. - Machine selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans laquelle le poste de chauffage (150) est constitué par un four haute fréquence.

17. - Machine selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans laquelle le poste de sciage (170) est à commande numérique.