L’idée d’étudier avec les élèves les différents types de poutre afin de soutenir un plancher est venue de la lecture du magazine « La maison écologique » avec un article sur les poutres composites.

file_download Connaissances et capacités visées et lien avec les compétences du socle

Les dimensions des maquettes sont imposées par l’échelle, elle-même imposée par l’objet technique réel présent en classe (un madrier bois massif 75x225x3000) et l’épaisseur du PVC 6mm.

La démarche suivie

 Présentation de la situation de départ
La maquette de construction sans plancher pour l’étage est présentée aux élèves.
Question : comment supporter un plancher dans une construction ?

Cette problématique peut également prolonger le travail réalisé dans le cadre de la réalisation d’un immeuble ou d’une maquette de pavillon

 A quels efforts mécaniques est soumise une poutre ?

Une maquette de poutre réalisée avec de la mousse d’emballages d’ordinateurs par exemple, permet de visualiser les efforts auxquels est soumise la poutre lorsqu’elle est chargée. Des traits parallèles sont tracés tous les cm.

Les élèves étudient les efforts dans une poutre en charge à l’aide de la maquette de poutre en mousse (Flexion, Compression, Traction).

 Etude des différents matériaux et des différentes formes de poutres

Les élèves prennent des photos de poutres chez eux ou dans leur environnement proche et les envoient sur une adresse mail créée à cette occasion ; les images seront ainsi libres de droits pour le diaporama réalisé par la suite.

 Etude de l’impact environnemental et des possibilités de recyclage des différents matériaux

Les élèves disposent des liens vers des sites pour rechercher les informations concernant l’origine des différents matériaux, leur disponibilité, ... (voir diaporama)

Le choix s’oriente vers le bois pour mieux répondre aux contraintes de développement durable.

 Découvrir les différentes formes de poutres en bois

Des catalogues de fournisseurs en ligne permettent d’accéder facilement aux informations.

 Modélisation en 3D des différentes formes de poutre

Les élèves modélisent en 3D les différents types de poutres en suivant les tutoriels Sketchup.

Ils réalisent ensuite la mise en plan 2D toujours avec Sketchup (moyennement adapté).

file_download Tutoriel d’introduction à l’utilisation de Sketchup

Télécharger l’ensemble des tutoriels pour modéliser en 3D les poutres avec Sketchup et pour mettre en plan en 2D

 Réalisation des poutres

• - Usinage de maquettes en PVC des différents types de poutres pour comprendre la façon dont les différents types de poutres sont constitués.
• - Réalisation des maquettes de poutres en bois massif et panneau OSB (les bruts ont été respectivement ramenés à 6mm d’épaisseur pour le pin, et 2mm pour l’OSB).

 Tests de comparaison des masses et de résistance à la flexion en charge.

Les tests de masse permettent de mettre en évidence la plus grande légèreté des poutres composites.

Les tests de résistance en charge montrent que le fléchissement est important et varié pour les poutres en PVC ; le PVC n’étant pas comparable au bois, l’intérêt de ces essais est limité au protocole de test.

Pour les maquettes de poutres en bois, le fléchissement est très limité et quasiment identique.

Les expérimentations permettent de choisir comme solution les poutres composites pour la réalisation du plancher.
Plusieurs poutres composites (la plus légère des trois fabriquées), sont usinées ainsi que les sabots de fixation (étriers) et un plancher.
Le plancher est ensuite monté sur la maquette de départ.

Activité, synthèse, évaluation

  file_download Activité élève - format PDF
Le fichier original est au format Open Office (17 Mo)

 Evaluation

  file_download Structuration de connaissances sur les propriétés des matériaux - format PDF
Le fichier original est au format Open Office (6,3 Mo)

 Diaporama
Un masque de diaporama est donné aux élèves. Il est complété pendant que d’autres réalisent les usinages ou les modèles numériques des différents types de poutres. (Voir planning)

file_download Diaporama à completer
file_download Diaporama complété au format PDF

Réalisation des poutres

 Télécharger les fichiers d’usinage au format Graal 5

 Fiches de sécurité

Pour tout renseignement complémentaire, contacter Thomas LEPORT - collège Monge à Beaune