Qu'est-ce qu'une poutre composite ?

Une poutre composite est un élément de construction généralement constitué d'une dalle en béton armé fixée à et supportée par des poutres en acier profilées. Les poutres composites sont plus résistantes que la somme de leurs composants et présentent une combinaison favorable des caractéristiques de résistance des deux matériaux. Cela signifie qu'une poutre composite en acier et en béton possède à la fois la résistance à la compression du béton et la résistance à la traction de l'acier. Il existe plusieurs autres types de poutres composites utilisées dans l'industrie de la construction qui combinent différentes qualités de béton avec des composites plastiques et du bois. La poutre mixte acier et béton armé est cependant la plus couramment utilisée.

Assembler deux matériaux dissemblables pour former un composite ne combine pas seulement les forces collectives des deux matériaux. La formation d'une union entre des matériaux pertinents améliore en fait leurs caractéristiques physiques et rend le composite plus résistant que la somme de leurs forces. Dans la construction à grande échelle, l'acier et le béton sont les combinaisons les plus fréquemment utilisées pour les poutres composites. Le béton confère la masse composite, la rigidité et la résistance à la compression et réduit la déflexion et les vibrations dans la dalle. Les éléments en acier confèrent à la poutre sa résistance à la traction avec d'excellents rapports résistance/poids et des temps de construction rapides.

L'une des parties les plus importantes d'une poutre composite sont les points de fixation ou les connecteurs de cisaillement entre les deux matériaux. La connexion correcte des deux parties du composite permet aux matériaux d'agir comme une unité et donne à la poutre composite sa résistance inhérente. Ces connecteurs de cisaillement sont généralement des goujons soudés aux poutres en acier et fixés dans la dalle de béton. Le nombre et la taille de ces connecteurs de cisaillement sont soigneusement calculés car ils représentent une partie critique des performances mécaniques des composites.

Une poutre mixte béton et acier peut utiliser des dalles de béton préalablement coulées ou être coulée sur place. Les dalles préfabriquées sont construites avec des fentes ou des poches qui acceptent les goujons de fixation. Ces poches sont ensuite remplies de béton lorsque la dalle est correctement positionnée. La fabrication des dalles sur chantier est un peu plus complexe et nécessite la pose d'une tôle profilée avant de couler le béton. Ce pont est généralement en tôle d'acier de faible épaisseur présentant différents profils en fonction de l'application.

La tôle est posée au-dessus des poutres, puis des connecteurs de cisaillement sont fixés aux poutres en utilisant soit un procédé de "soudage à travers le pont" soit par tir au grenaillage. Une fois le tablier en place, le béton est coulé sur le dessus et des barres d'armature ajoutées. Le tablier sert à obturer ou à contenir le béton humide et confère également de la résistance au composite une fois que la dalle a durci.

Plusieurs autres types de poutres composites sont utilisés dans la construction à plus petite échelle. Il s'agit notamment de poutres en bois qui supportent des bandes de béton léger utilisées comme dalles de plancher dans de nombreuses maisons en bois. Les caissons composites en résine remplis de béton sont souvent utilisés dans la construction de ponts. Ils sont solides, rapides à fabriquer et relativement légers nécessitant un minimum de machinerie lourde à mettre en place. Bien que très différents dans les matériaux utilisés, ces éléments structuraux utilisent tous le même principe de résistance partagée que les poutres en acier et en béton plus traditionnelles.

Quelle est la différence entre une poutre composite et une poutre scellée ?

Comme mentionné précédemment, les structures et les bâtiments contiennent une large gamme de types de poutres. Les poutres composites ne sont qu'un des plus de 20 types utilisés dans la construction moderne. Mais peut-être avez-vous rencontré le terme "faisceau scellé" et le trouvez-vous un peu déroutant. Une poutre scellée a-t-elle quelque chose à voir avec la construction ?

Il s'avère que les poutres scellées ne sont pas issues du monde de la construction. Il s'agit d'un type de conception de phare automobile qui intègre une ampoule placée derrière une lentille et scellée dans une unité autonome. Il s'agissait du type de la vieille école dont la plupart des voitures étaient équipées avant 1990. Vous trouverez principalement des phares à faisceau composite sur les véhicules d'aujourd'hui :ils sont spécifiques à la marque/au modèle, vous permettant de remplacer uniquement l'ampoule si elle grille. En revanche, vous deviez remplacer tout un phare scellé en cas de dysfonctionnement.

Types de poutres de construction

Maintenant que nous savons que les poutres scellées n'ont aucun lien avec le monde de la construction, passons en revue rapidement les types de poutres les plus courants. Vous les trouverez classés en fonction de certaines caractéristiques logiques, notamment les conditions de support, les matériaux de construction, la géométrie, les formes de section et la méthode de construction.

Matériaux des poutres et conditions de support

Les poutres composites entrent dans la même catégorie que le béton armé, l'acier et le bois. La plupart sont fabriqués en associant l'acier au béton armé, mais d'autres styles combinent des composites plastiques et du bois avec du béton. Les autres poutres classées par matériaux de construction comprennent l'acier pur, le bois et le béton armé.

Les poutres de construction sont également classées en fonction de leur support. Les poutres simplement supportées reposent sur un support goupillé à une extrémité et des supports à rouleaux à l'autre. Grâce à cette configuration, il est libre de tourner. Les poutres fixes, en revanche, ont des supports aux deux extrémités mais ne peuvent pas tourner. Les poutres en porte-à-faux sont fixées à une surface verticale et s'étendent à partir de celle-ci. Ils sont couramment utilisés pour créer des structures telles que des baies vitrées et des balcons. Les poutres continues sont équipées de plus de deux supports sur toute la longueur.

Géométrie du faisceau et formes de section

La forme et la géométrie jouent également un rôle clé dans la fonction d'une poutre. Ceux avec des formes de section transversale sont généralement fabriqués à partir de béton armé, d'acier ou d'un mélange des deux. Les conceptions typiques incluent rectangulaire, en forme de T, en forme de L, droite, incurvée ou conique.

Méthode de construction

Les poutres en béton peuvent être façonnées par des méthodes de fabrication spécifiques pour fournir le meilleur support possible. Les poutres en béton coulé sur place sont fabriquées directement sur place, tandis que les poutres en béton préfabriqué sont fabriquées dans des usines avant le début d'une projection de construction. Il existe également des poutres en béton précontraint, qui contiennent des torons métalliques précontraints à l'intérieur de chaque poutre pour améliorer ses performances.

Quel type de mousses sont utilisées pour les poutres composites ?

Vous avez déjà entendu parler des poutres composites et d'autres types de poutres utilisées dans la construction de bâtiments. Mais un autre type de poutre mixte est utilisé dans les environnements performants :la poutre sandwich. Cette structure est généralement utilisée dans l'aérospatiale, l'automobile, la marine et la production d'éoliennes. Les poutres composites sandwich présentent de nombreux avantages :résistance, résistance à la fatigue, durabilité et rigidité.

Comment sont construites les poutres sandwich

Les poutres composites sandwich sont généralement constituées d'un noyau intérieur à faible rigidité et à faible densité associé à deux peaux extérieures et à un adhésif puissant. Les revêtements extérieurs contiennent souvent de la fibre de carbone ou de l'aluminium de qualité aérospatiale, mais ils peuvent également être fabriqués à partir de stratifiés de verre, de thermoplastiques renforcés de fibre de carbone ou de polymères thermodurcissables. Leurs intérieurs à faible densité sont composés de mousse à cellules ouvertes ou fermées. Les fabricants peuvent choisir parmi une variété sélective de matériaux lors de la fabrication de poutres composites sandwich :

• Mousse Nomex
• Nid d'abeille métallique
• Mousses polymères plastiques

Mousses Nomex

Le Nomex est un polymère méta-aramide résistant à la chaleur et aux flammes, créé pour la première fois par DuPont au début des années 1960. Nomex possède une résistance à la traction de 340 mégapascals, à peu près équivalente à 49 300 psi. Il peut également supporter des températures allant jusqu'à près de 700 degrés Fahrenheit.

Mousses polymères

Les mousses polymères plastiques sont également des choix populaires pour les âmes des poutres composites sandwich. Le polyuréthane, le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène et le polystyrène sont les plus couramment utilisés. Comme Nomex, ils créent un intérieur à faible densité.

Avantages des poutres composites sandwich

Les poutres composites en sandwich offrent des avantages importants d'un point de vue technique. En associant des peaux extérieures rigides à des noyaux intérieurs à faible densité, ces poutres offrent une résistance supérieure tout en réduisant le poids total. Cette conception se traduit par une résistance à la flexion et une rigidité élevées par rapport au poids des poutres. Selon les matériaux spécifiques à l'intérieur de chaque poutre, ils peuvent également offrir des propriétés d'isolation thermique ainsi qu'une résistance à la corrosion et une stabilité. Ils offrent également une résistance supérieure aux chocs, la capacité d'absorber l'énergie d'impact lors des collisions.