FR2704885A1 - Coffrage collaborant à arêtes connectées. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine du bâtiment et plus spécialement un coffrage métallique nervuré pour la construction de planchers collaborants acier/béton. Elle propose un coffrage métallique nervuré ayant une section transversale avec des nervures polygonales, qui possède en outre des déformations localisées 7, rentrantes formées dans les arêtes des nervures, ces déformations constituant des séries de rétrécissements des plages qui se bloquent dans le béton. L'invention propose aussi une machine pour fabriquer ces profilés. Le coffrage selon l'invention permet la réalisation de planchers collaborants de grande portée.

Description

COFFRAGE COLLABORANT A ARÊTES CONNECTEES
La présente invention concerne un profilé métallique nervuré et plus spécialement un tel profilé utilisé en tant que coffrage pour la construction de planchers collaborants acier/béton.

I1 est connu des tôles d'acier profilées pour servir de coffrage aux planchers en béton. Ces tôles ainsi profilées ou autrement dit nervurées sont semi rigides ; elles ont des longueurs gui permettent de couvrir une ou plusieurs travées successives de planchers et de prendre un appui suffisant sur les supports permanents présents aux extrémités. Elles restent en place en face inférieure des planchers après enlèvement des étais éventuels.

On distingue deux types de coffrage en tôles profilées : les coffrages perdus qui ne participent pas à la résistance en service du plancher et les coffrages collaborants qui jouent un rôle d'armature du plancher et qui donc encaissent des efforts lorsque des sollicitations dans une section droite du plancher tendent à provoquer un glissement relatif entre le béton et le coffrage.

Les coffrages collaborants font l'objet d'Avis
Techniques" délivrés en France par le CSTB. Ces Avis
Techniques fixent le taux de cisaillement de glissement admissible, les coffrages étant d'autant plus performants que leur taux est plus élevé.

On sait que les coffrages perdus n'ont que des nervures rectilignes dans la direction de leur longueur, disposées de telle façon qu'un démoulage du béton sans déformation desdits coffrages serait possible. Avec de tels coffrages perdus, le glissement n'est pas contrarié, le taux de cisaillement de glissement est nul et il n'y a pas de participation du coffrage à la résistance en service du plancher.

On sait qu'au contraire les coffrages collaborants ne doivent pas pouvoir se démouler. On connait aujourd'hui différents types de coffrages collaborants : les coffrages collaborants réentrants lisses, les coffrages collaborants réentrants à embossements, les coffrages collaborants ouverts à embossements.

Dans les coffrages collaborants réentrants lisses, les génératrices ou nervures sont rectilignes, mais ces nervures sont arrangées de façon à former des queues d'aronde qui empèchent le démoulage. Le démoulage est certes impossible mais aucun obstacle n'empèche le béton de glisser par rapport au coffrage dans la direction longitudinale du coffrage. De tels coffrages collaborants lisses sont donc peu performants.

Dans les coffrages collaborants réentrants à embossements on retrouve des nervures formant des queues d'aronde ou des âmes à dépouille négative (les âmes étant les régions du profil, globalement obliques par rapport au plan moyen du profil et qui relient entre elles les plages, c'est-à-dire les parties globalement parallèles au plan moyen du profil), mais en plus des embossements pratiqués dans les âmes et/ou les plages augmentent les frottements entre béton et coffrage, contrariant le glissement et renforçant la collaboration entre béton et coffrage. Lorsque le plancher est soumis à la flexion, les embossements du coffrage sont sollicités ; ils résistent au glissement béton/coffrage et pour se dégager du béton, déforment la directrice (la directrice est la section droite du coffrage).

I1 existe encore une autre sorte de coffrages collaborants, ceux dits ouverts et à embossements. Dans cette dernière sorte de coffrages, les génératrices sont semblables à celles des coffrages perdus, mais les âmes présentent des embossements.

Dès qu'un glissement relatif béton/coffrage apparait, les embossements constituent des obstacles qui résistent en induisant comme précédemment des déformations de la directrice.

Comme vu précédemment, l'introduction d'embossements dans les âmes et/ou les plages des coffrages détermine l'efficacité desdits coffrages. Toutefois cette efficacité reste encore insuffisante, ce qui en particulier limite la portée des planchers. On constate en effet que lorsque ces embossements des âmes et/ou des plages travaillent, lesdites âmes et/ou plages réagissent en se bombant, en se déformant par flexion propre jusqu'au dégagement des embossements et elles provoquent ainsi un rapprochement des arêtes du profil, ce qui favorise la désolidarisation de la tôle du coffrage par rapport à la masse du béton. Les régions (âmes ou plages) présentant les embossements développent peu de résistance à la flexion et aux déformations car elles sont raccordées aux arêtes du profil par des bandes planes donc souples.En outre, les techniques d'emboutissage utilisées pour la réalisation des embossements allongent le métal dans toutes les directions de la tôle.

Pratiqué sur des parties planes de la tôle dans des situations qui ne permettent pas l'usage de presse-flans, l'emboutissage ne peut malgré tout concerner que des profondeurs limitées ne permettant pas un effet de butée marqué.

La résistance au bombement des âmes décroît très rapidement lorsque la hauteur de l'âme augmente alors qu'il existe un intérêt pour des grandes hauteurs d'âme quand on veut, comme demandé actuellement, des portées bien au delà de 4 mètres sans étaiement. Ainsi la solution des grandes hauteurs d'âmes réduit l'efficacité des embossements pratiqués dans lesdites âmes.

On constate donc l'inefficacité et la limite des coffrages actuels ainsi que leur incapacité à répondre à la demande actuelle croissante pour permettre des planchers de grande portée.

La présente invention vise à fournir des coffrages métalliques collaborants aptes à répondre à la demande actuelle et qui donc soient plus performants que les coffrages actuels, en particulier en s'opposant mieux au glissement tôle/béton.

La présente invention propose pour cela un coffrage métallique nervuré pour la construction de planchers collaborants acier/béton mettant à contribution d'autres modes de déformation du profil du coffrage capables de développer davantage de résistance pour de moindres quantités de glissement.

Le coffrage métallique nervuré selon l'invention ayant une section transversale avec des nervures polygonales possède en outre des déformations localisées, rentrantes, dans les congés d'arêtes des nervures.

De préférence, ces déformations localisées sont pratiquées simultanément sur deux arêtes opposées du coffrage, à savoir deux arêtes de même type, c'est-à-dire en limite d'une même plage. De préférence encore, ces déformations sur deux arêtes opposées sont quinconcées.

Avantageusement le profil des déformations est tel qu'au moins la plage supérieure devienne non démoulante.

Selon une variante, le coffrage selon l'invention comporte en outre des moyens qui renforcent le raidissement de ses plages et/ou de ses âmes et/ou augmentent sa capacité à collaborer avec le béton, ces moyens pris séparément ou en combinaison appartenant au groupe suivant : bombement transversal, nervuration transversale ou oblique, embossements, crevés, nervuration longitudinale, raidisseurs d'âmes.

Les déformations selon l'invention lorsqu'elles sont de formes telles que le profilé est non démoulant, sont en outre utilisées pour l'accrochage.

L'invention propose également un équipement pour la fabrication des coffrages selon l'invention ainsi que des applications particulières desdits coffrages.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux figures jointes qui représentent
Fig 1 : un coffrage selon l'invention
fig 1A : dans une vue en perspective
fig 1B : dans une vue en coupe selon la ligne g-g de
la fig 1A.

Fig 2 : une coupe d'un plancher associé avec un
coffrage selon l'invention.

Fig 3 :une coupe du plancher selon la ligne i-i de la
fig 2.

Fig 4 : une coupe du plancher selon la ligne j-j de la
fig 2.

Fig 5 : un mode d'accrochage au coffrage selon
l'invention.

Fig 6 : un autre mode d'accrochage au coffrage selon
l'invention.

Fig 7 : une dent de roue dentée d'une machine
réalisant les déformations selon l'invention
sur un coffrage nervure.

L'invention concerne un coffrage pour la construction de planchers collaborants acier/béton mais il est entendu que le mot béton sera pris par la suite et en particulier dans les revendications avec un sens large englobant tous les liants susceptibles d'entrer dans la composition de planchers.

La fig 1 montre une portion de nervure de coffrage 1 selon l'invention. Ce coffrage est un profilé avec des arêtes 2, 3 longitudinales délimitant entre elles des zônes appelées plages telles que 4, 5 lorsqu'elles sont parallèles au plan d'appui du plancher, appelées âmes telles que 6 lorsqu'elles sont verticales ou obliques et relient les plages. Selon l'invention, ce profilé est muni de déformations localisées telles que 7 réalisées dans les arêtes 2, 3 et ayant un profil rentrant comme plus particulièrement visible sur la fig 1 B. Au cours de l'opération de repoussage du métal du profilé pour réaliser ces déformations rentrantes telles que 7, le congé "a" d'angle au centre "a" issu du profilage est déporté jusqu'à former une courbure inverse "b" dans l'angle rentrant du profilé pour constituer le sommet de la déformation 7.A l'endroit de la déformation 7, une nouvelle arête "c" est formée en retrait par rapport à sa position initiale et son angle au centre "ss" devient avantageusement supérieur à 900.

Quand l'angle "p" est supérieur à 900, il en résulte que la nouvelle arête "c" est moins en retrait par rapport à sa position initiale que le sommet b" de la déformation 7, ce qui rend tout démoulage du béton impossible.

La profondeur de la déformation 7 est plus importante au centre que sur ses bords.

La longueur "AB" des arcs et segments constituant l'arête finale, à l'endroit de la déformation 7, peut être inchangée par rapport à sa valeur initiale, n'entraînant ainsi aucun allongement et donc aucun amincissement ni aucune fracture du métal.

Un repoussage plus important produisant en conséquence un léger amincissement du métal est toutefois également possible en variante.

Toutes les données géométriques évoquées ci dessus sont particulièrement illustrées sur la fig 1B.

Les figures 2, 3 et 4 montrent le profilé 1 selon l'invention associé à un plancher en béton 10. Sur la coupe de la fig 2, on retrouve les plages 4 et 5, une plage 4 haute et une plage 5 basse, des âmes telles que 6, et des déformations localisées 7i, deux déformations 7a et 7b sur les arêtes hautes 2 et deux déformations 7c et 7d sur les arêtes basses 3.

Le béton 10 enveloppe les plages hautes telles que 4 et les arêtes longitudinales telles que 2 qui les bordent.

Chaque déformation telle que 7 dans les arêtes hautes telles que 2 est remplie par une protubérance 11 de béton qui constitue une butée produisant une contre réaction oblique dirigée suivant la flèche "p" en cas de sollicitation du plancher. Les déformations 7 des arêtes hautes 2 produisent alors deux types de mécanismes qui apparaissent plus nettement sur les fig 3 et 4 qui sont des coupes respectivement dans une plage haute 4 au niveau de deux déformations 7, et dans une plage basse 5 au niveau de deux sommets de déformations 7.

Sur la fig 3 on retrouve les protubérances 11 du béton 10 qui sont non démoulables, encadrées par des rétrécissements 12a du béton et reliées à la voûte de béton au dessus de la plage 4 par les étranglements 12b du canal moulé autour des arêtes déportées "c". Du fait de cette succession de protubérances 11 et de rétrécissements 12a le long des arêtes hautes 2, les profilés 1 ne peuvent pas coulisser par rapport au béton sans mettre en oeuvre deux mécanismes provoquant chacun une mise en compression transversale de la tôle lors de sollicitations au travail du plancher pouvant entraîner le coulissement.Suivant l'un des mécanismes, les parties de plages larges du profilé 1 situées entre les déformations 7 devraient s'engager dans les rétrécissements 12a du béton et les parties de plages situées en face des déformations 7 devraient progresser dans l'étranglement 12b. La séparation de la plage haute 4 de la voûte en béton étant empéchée par la forme non démoulante de la déformation 7, un rétrécissement latéral de la tôle du profilé 1 est nécessaire pour envisager le glissement. Un tel rétrécissement ne pourrait résulter que du flambement des plages par compression latérale de la tôle sous l'effet des pressions orientées suivant la flèche "p" exercées par les protubérances 11 ou de la plastification locale du métal en butée sur le béton des rétrécissements 12a et dans les étranglements 12b.Suivant l'autre mécanisme associé affectant des régions d'arêtes moins proches des déformations 7, le glissement du profilé par rapport au béton tendrait à propager un plissage de la tôle dans les parties des arêtes du profil 1 non déformées, jusqu'à réaliser un sillon de passage des protubérances 11. Ce deuxième mécanisme plaque la tôle des arêtes 2 sur les parois de béton moulées par les âmes 6 qui, en réagissant par des pressions et des frottements empèchent l'ouverture des congés d'arête 2 en engendrant des compressions transversales dans les plages 4.

Regardons le fonctionnement du système en arête basse, en relation avec la fig 4. Le béton 10 occupe le volume intérieur des angles rentrants des arêtes, avec des sections rétrécies telles que 13 encadrées par des sections plus larges telles que 14, cet ensemble agissant comme un verrou à l'endroit des déformations 7. Pour que le glissement puisse se produire, il faudrait que les déformations rentrantes 7 du profilé 1 soient repoussées, mais tous ces efforts exercés par le béton au niveau de déformations 7 devront se cumuler jusqu'à atteindre l'effort de plastification en traction transversale de la tôle en face des déformations 7 conjugué à un écrasement localisé des arêtes saillantes du béton
La mise en compression de régions de la tôle des plages hautes 4 et/ou la mise en traction de régions de la tôle des plages basses 5 interviennent dès la phase initiale du glissement.La plage haute 4 est même déjà en légère compression issue du retrait du béton. Compte tenu de la rigidité élevée du métal en compression directe ou en traction directe, les efforts développés s'opposent au rétrécissement des plages 4 et/ou à l'élargissement des plages 5 donc au glissement effectif du profil 1 par rapport au béton 19 tant que des régions étendues de tôle n'ont pas atteint leur limite élastique ce qui ne se produit pas en dessous d'une intensité critique de l'effort de cisaillement entre le béton et le coffrage. I1 en résulte que les possibilités de glissement sont alors réduites. On dit encore qu'il existe une collaboration élevée assimilée à une connexion entre plancher et coffrage ou encore que ce coffrage collaborant est à arêtes connectées.

Dans la mesure où les déformations 7 sont le long d'une arête haute et/ou basse du profil 1, la résistance au glissement est grandement améliorée si des déformations sont également pratiquées dans l'arête en regard limitant la plage haute et/ou basse sur son autre côté. Ceci est montré sur la fig 2.

De préférence, les déformations 7 sur une arête sont quinconcées avec les déformations 7 de l'arête en regard de l'autre côté de la plage pour répartir la contribution des déformations 7 le long du coffrage, les efforts s'équilibrant alors par des trajectoires obliques.

I1 est possible d'avoir des profilés avec seulement des déformations 7 en partie haute des profilés, ou seulement en partie basse. Toutefois les efforts à vaincre seront bien plus importants et donc la collaboration profilé/béton bien meilleure si les déformations 7 sont à la fois en partie haute et en partie basse.

En augmentant le nombre donc en réduisant le pas des déformations 7 sur un même profilé 1 on augmente la collaboration du profilé avec le plancher.

Avantageusement, comme déjà décrit en relation avec les fig 1 et 2, les formes des déformations 7 sont telles que les coffrages sont non démoulables, ceci étant obtenu au niveau desdites déformations 7 par une nouvelle arête référencée "c" sur la fig 1B moins en retrait par rapport au profil initial que le sommet de la déformation. Ceci peut aussi s'exprimer par un angle "ss" supérieur à 900 comme déjà dit.

Les déformations 7 pratiquées dans les arêtes ont des profondeurs progressivement croissantes depuis leurs bords jusqu'à leur milieu pour créer un effet de coin dans l'étranglement 12b qui intéresse une longueur conséquente de béton et de métal en butée l'un par rapport à l'autre de manière à faire intervenir la résistance en compression latérale de toute la longueur progressivement déformée.

Les déformations 7 pratiquées selon l'invention n'entraînent pas ou peu d'allongement nominal de la fibre moyenne du métal ; l'épaisseur de la tôle est conservée et les variations de forme du profil sont progressives, ce qui évite la dégradation souvent observée des performances mécaniques du profilé déjà même en phase de coulée du béton.

Les déformations selon l'invention étant pratiquées dans les régions d'arêtes plus rigides que les âmes ou les plages, d'une part l'efficacité de la connexion du profilé n'est pas compromise par la malléabilité, la souplesse ou la déformabilité en flexion propre desdites plages ou âmes, d'autre part elles autorisent la réalisation d'embossements complémentaires ou de moyens complémentaires en général dans lesdites plages ou âmes favorisant la collaboration du profilé avec le béton et/ou augmentant la résistance du profilé.

Parmi ces moyens complémentaires qui peuvent avantageusement collaborer avec les déformations 7 selon l'invention, citons le bombement des plages hautes en voûte continue ou étagée, des embossements dans les plages et/ou les âmes, des crevés qui constituent autant de liaisons ponctuelles entre le profilé et le béton, des raidisseurs d'âmes ou de plages longitudinaux transversaux ou obliques.

De tels raidisseurs longitudinaux pratiqués dans les âmes, référencés 15 et illustrés sur la fig 2 permettent d'augmenter sensiblement la résistance du coffrage en phase de coulage notamment pour des coffrages de grande hauteur.

Avantageusement ces déformations 7 peuvent être exploitées pour servir de bases d'accrochage en particulier lorsqu'elles ont une forme dite "non démoulable" et explicitée précédemment.

Deux modes d'accrochage sont ainsi illustrés sur les fig 5 et 6.

Les systèmes sont du type patte 16 (fig 5) engagée dans le profilé, poussée contre la plage haute 4 et bloquée par le sommet 17 de la déformation 7 ou du type griffe 18 (fig 6) pour s'attacher aux déformations en partie basse en se bloquant dans les fonds de déformations 7.

L'invention crée ainsi des moyens de verrouillage de dispositifs non traversants de fixation pour les plafonds, les équipements techniques, la distribution des fluides ou meme de simple fixation du coffrage avant coulage du béton, d'accrochage de moyens d'étaiement.

Les déformations selon l'invention sont réalisées après formation dans la tôle des arêtes des nervures principales du profilé 1 par une machine avec cage de profilage modifiée équipée d'un arbre classique non représenté, cet arbre étant porteur de galets lisses 19 (fig 7) à placer sur un côté du profilé 1 et de l'autre côté une série de roues à dents 20 dont les axes sont inclinés par rapport au plan moyen du profil circulant dans la cage.

Chaque galet lisse 19 apporte l'appui à la tôle 1 suivant deux lignes de contact situées à l'intérieur d'un angle rentrant du profil de part et d'autre de l'arête au voisinage de laquelle les déformations 7 doivent être réalisées. Un épaulement dégagé permet la formation des déformations sous l'effet des dents 20 de la roue dentée associée.

Une roue dentée en relation avec un galet lisse réalise les déformations successives sur une arête du profil.

Le pas des dents 20 sur la roue mesure le pas des déformations à réaliser.

La longueur développée d'une dent mesure la longueur du sommet de la déformation à réaliser.

Le dégagement de métal de la roue dentée entre les dents est suffisant pour éviter le contact entre la roue dentée et l'arête du profil issue du profilage.

Le plan diamétral d'une roue dentée est sensiblement perpendiculaire au plan bissecteur de l'angle moyen formé d'une part par l'âme du profil au voisinage de l'arête avant formation de la déformation et d'autre part par la facette de la déformation assurant la transition entre le sommet de la déformation et la zône centrale conservée de l'âme.

Dans la rotation de la roue dentée sur son axe, la dent active 20 entre en contact avec la tôle 1 et déporte le métal vers l'intérieur de l'angle rentrant de l'arête entre les points de contact de la tôle avec les congés d'angles du galet lisse 19.

Le congé d'arête de la tôle roule autour d'un centre mobile. I1 se soulève pour permettre à la tôle en contact avec la dent 20 de se redresser puis se rabat, rappelé par la tôle 1 qui dessine un contour en lacet.

Certaines fibres de la tôle sont étirées longitudinalement par l'action des dents 20.

La mise en plasticité de ces parties de métal n'est pas susceptible de provoquer le flambement de la tôle dans les sections de profil au delà des points de contact avec le galet lisse. Les contraintes de traction créées aux naissances de la déformation 7 atteignent la limite élastique du métal. Elles sont équilibrées par des contraintes de compression créées dans les régions voisines de l'arête au delà des points de contact avec le galet lisse qui offrent des aires très supérieures de métal. Ces régions restent raidies par l'arête et maintenues par le galet lisse.

Les contraintes critiques de flambement de la tôle, voisines de la limite élastique du métal, ne sont pas atteintes tant qu'un rapport inférieur à un est respecté entre les étendues de métal concernées par la réalisation simultanée des déformations et les étendues de métal disponibles entre ces régions sur une même section droite du profil, sur une même ligne de galets lisses 19.

L'invention concerne des profilés neufs avec déformations 7 mais elle concerne aussi des profilés avec déformations 7 obtenus à partir de profilés initialement destinés à des coffrages perdus ou collaborants actuels ouverts ou réentrants puis modifiés pour les rendre à arêtes connectées selon l'invention.

Ainsi la fabrication des profilés selon l'invention peut être faite en ligne ou en reprise.

Les profilés selon l'invention peuvent également être utilisables comme moyens d'accrochage de panneaux divers notamment d'isolation par exemple à âme de mousse organique.

L'invention a décrit des déformations 7 pratiquées dans les arêtes des profilés. I1 est intéressant que les déformations agissent sur le congé des arêtes car ceci permet de ne pas ou pratiquement pas étirer le métal pour réaliser les déformations 7, de mobiliser les pressions "p" sans introduire de tendance au décollement des âmes ou des plages par rapport au béton et de transmettre directement les pressions "p" aux plages, tout en maintenant pratiquement l'intégralité de largeur des plages pour une meilleure résistance du profil à la flexion. Toutefois un léger déplacement de la déformation vis à vis de l'arête est toujours dépendant de l'invention et ainsi on peut admettre que fait partie de l'invention toute déformation comprise dans le congé d'arête l'affectant ou en continuité avec lui.

Des distances de début de la déformation vis à vis du point de raccordement du congé d'arête avec l'âme de l'ordre de 4T (T étant l'épaisseur de la tôle) peuvent être admises.

Dans ces conditions toute déformation qui fait intervenir lors du travail du plancher la résistance à compression ou à la traction transversale des plages au delà de la flexion éventuelle des âmes appartient à l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Coffrage métallique nervuré pour la construction de planchers collaborants acier béton ayant une section transversale avec des nervures polygonales caractérisé en ce qu'il possède des déformations localisées 7, rentrantes, formées dans les arêtes des nervures.

2. Coffrage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les déformations 7 sont simultanément disposées le long des deux arêtes en regard délimitant une même plage.

3. Coffrage selon la revendication 2 caractérisé en ce que les déformations 7 le long de deux arêtes en regard sont quinconcées.

4. Coffrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les déformations 7 ont une forme qui les rend "non démoulantes".

5. Coffrage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les déformations 7 ont des profondeurs progressivement croissantes depuis leurs bords jusqu'à leur milieu.

6. Coffrage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un des moyens du groupe suivant, ces moyens étant pris séparément ou en combinaison

bombement transversal des plages du coffrage

nervuration transversale ou oblique

embossements

crevés

nervuration longitudinale

raidisseurs d'âme.

7. Coffrage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est associé avec des moyens d'accrochage du type patte ou griffe se fixant sur les déformations 7.

8. Procédé de fabrication du coffrage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise le repoussage du métal sans ou pratiquement sans allongement du métal transversalement au profil.

9. Machine pour la fabrication d'un coffrage selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle est équipée de galets du type roue dentée, chaque dent réalisant le repoussage du métal pour former une déformation 7.

10. Machine selon la revendication 9 caractérisée en ce que les axes des galets sont obliques par rapport au plan moyen du profil.

11. Application du profilé formant coffrage selon l'une des revendications 1 à 7 à l'accrochage d'isolants, de plafonds, d'équipements techniques, de la distribution des fluides.

12. Application du coffrage selon l'une des revendications 1 à 7 à la réalisation de planchers collaborants de grande portée et plus spécifiquement de plus de 4 ou 5 mètres.