Brevet FR2137257A1 — publié le 19721229

La présente invention se rapporte à des éléments de construction N ossature ind6formable de poids minima, trouvant une large application dans les domaines des travaux publics, des bâtiments industriels et d'habitation, des capacités de stockage ainsi que des véhicules sur rail ou sur route, fluvisux et marins, aériens et spatiaux. Ces éléments de construction trouvent particulièrement leur emploi dans toutes constructions de ces domaines exigeant de plus en plus e poque actuelle des dimensions trgs importantes, de grands volumes et souvent de grandet portées, et qui doivent résister à de très importantes charges et surcharges. Dans les domaines de travaux publics et du bâtiment notamment, ces constructions doivent être fréquemment édifiées dans des sites soumis i des phénoWnes naturels dangereux pour l'homme, par exemple dans des régions subissant des secousses sismiques qui se produisent sans aucune manifestation préalable. Or, des néeessités économiques peuvent amener dans Ces régions uee population importante, d'ou' l'obligation pour les constructeurs de prendre des mesures propres à permettre d'abriter ces populations sans danger dans des habitations ou lieux de travail. Les constructions classiques répondant aux diverses conditions de surcharge, slasbrent d'un prix de construction trbs élevé, notamment dans le cas de grands ensembles. I1 en est de même dans le cas de constructions de grands volumes, où la construction connue, utilisant diverses formes très complexes, est très conteuse. La présente invention a pour objet des éléments de constructions qui permettent, de façon économique, de constituer des ensembles légers, résistant dans des conditions de grande sécurité à tontes charges prévisibles et s'adaptant facilement à divers genres de constructions. De tels éléments de construction à trois dimensions sont essentiellement caractérisés par le fait qu'ils ont la forme géométrique générale d'un icosaèdre indéformable, constitué uniquement de barres droites avantageusement tubulaires formant les triangles des faces de l'icosaèdre, l'ensemble de 11 élément comportant trente barres aboutissant à douze noeuds, les barres de chaque noeud étant solidarisées de façon connue en soi par des pièces d'assemblage rigides, chaque élément de construction étant susceptible d'être assemblé avec un autre élément semblable et d'être complété pour les besoins de la construction par l'adjone- tion d'éléments polyèdres connus plus simples tels que, par exemple, les tétraèdres. Les icosaèdres constituant l'élément d'ossature pouvent, être des éléments réguliers, ctest-à-dire constitués de triangles équilatéraux, ou topologiquement transformés, des triangles étant déformés par l'allongement de leurs c8tés, tout en conservant la rectitude des arêtes de l'icossèdre. Ces Ces éléments topologiquement transformés conservent les caractéristiques et avantages d'un icosaèdre régulier. Parmi ces avantages, en plus de l'indéformabilité, il faut encore citer la facilité de calcul de la construction chaque élément d'ossature est calculable par la statique, tandis que les ossatures connues à trois dimensions ont 11 inconvénient autre hautement hyperstatiques et leurs caleuls sont donc trbs complexes. Un autre avantage est la légireté de ces éléments d'ossature, dont les barres constituantes peuvent être métalliques, pleines ou tubulaires, en bois sous forme de rondins ou des pièces en bois lamellé ou non, des pièces en béton précontraint ou non. Toutes ces barres sont faciles à exécuter en usine, permettent l'assemblage facile en usine de tout ou de partie des éléments 'a transporter et à monter sur le lieu de la construction. Tous les facteurs ci-dessus permettent une réduction notable du prix de revient de la construction. La légèreté et l'indéformabilité des éléments sont un grand avantage en cas de séisme. L'adjonction de tétraèdres, connus en eux-mtmes, à l'élément en icosaèdre est très avantageuse car elle n'implique, pour greffer le tétraèdre sur une face, for mée par un triangle de l'icossèdre, qu'un complément d'un seul noeud formé par trois barres supplémentaires, le triangle de l'ieosaèdre formant la base du tétraèdre. Cette adjonction permet : - l'amélioration d'un habitat ; - le fractionnement de la surface de paroi ou de toiture pour employer des matériaux de remplissage ou des moyens de fermeture classiques - la réalisation d'extrémités de barres ou bracons suffisamment fines pour être employées en des noeuds où arrivent des barres nombreuses 3 assurer la rigidité entre deux ensembles. Les utilisations ci-dessus du tétraèdre sont totalement inconnues dans la construction classique. Les réunions de deux ou plusieurs éléments d'ossature peuvent être rendues nécessaires par les dimensions plus considérables des ouvrages qu'ils permettent de réaliser et qui seraient difficiles k obtenir avec des éléments d'ossature connus. De même, les caractéristiques des barres employées, les règles d'un bon assemblage et d'une bonne construction, la force des engins de levage et de transport ou les règlements de circulation, peuvent amener une limitation de la taille des éléments de l'ossature. Selon une caractéristique de l'invention, la réunion des éléments d'ossature, avec ou sans adjonction de tétraèdres, peut s'effectuer soit face à face, soit arête à arête, soit noeud k noeud. Par cette réunion on peut obtenir un ensemble aussi important que l'on désire, qui est un corps solide, est géométriquement indéformable et se calcule par la statique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-apres faite de deux modes de réalisation d'un élément d'ossature, donnés à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure t représente en perspective un élément en forme dticosaedre i - la figure 2 représente le même élément auquel ont été adjoints des tétraèdres - la figure 3 représente l'assemblage "noeud à noeud" de deux éléments en icosaèdre. En se référant à la figure t, on vo-it que l'élément de base de la construction selon I'invention, constitué par un icosa cèdre régulier 1, comporte vingt triangles équilatéraux formant les faces de l'icosaèdre En supposant un triangle ÀBC placé dans un plan horizontal, on peut tracer trois axes orthogonaux qui concourent au centre de gravité O du triangle ABC ; les axes X-X' et Y-Y' sont dans le plan de ce dernier triangle et l'axe 0-Z' est vertical. A l'opposé du triangle ABC on trouve un triangle Â'B'C', dont le côté B'C' est horizontal et se trouve å la verticale du sommet À du triangle ÀBC, tandis que le côté BC du triangle ÂBC se trouve à la verticale du sommet A' du triangle À'B'C'. Le c8té AB fait également partie du triangle ABP', le côté ÀC du triangle ACN', le côté CB du triangle CBMt 3 on trouve symétriquement les triangles A'B'P, A'C'N et C'3'N. Les autres triangles formant l'icosaèdre sont ÀHNI, AMP', MB'N', MC'P', NC1P', NBP' et leurs symétriques AMN', AMP', M'BN, M'CP, N'CP, N'B'P. On constate que les arêtes MA, NB, C'P1 et leurs symétriques A'M', B'N', PC sont verticales. On retrouve au total 12 sommets : A, B, C, M, N, P et leurs symétriques A', Bw, C', M', N', P1. A chaque sommet concourent cinq faces. Le nombre total de barres b de l'icosaèdre, en désignant par n le nombre de sommets, est b = 3 n - 6 = 30. En se référant maintenant à la figure 2, on y retrouve l'icosaèdre 1 de la figure 1, avec ses douze sommets À, B, C, M, N, P et ', Bt, C', M', N', P'. Sur la face triangulaire ABP' de l'icosaèdre a été greffé un tétraèdre 2, obtenu par l'adjonction de seulement trois barres ATtS BT1 et P'T1 réunies à une extrémité k un sommet commun T1 et à l'autre extrémité respectivement aux trois sommets A, B et P' de la face ABP' de l'icosaèdre 1, commune k ce dernier et au tétraèdre 2. Un deuxième tétraèdre 3 est greffé sur la face triangulaire ACN' de l'icosaèdre par adjonction également de seulement trois barres T2A, T2C et T2N' réunies au sommet T2 du tétraèdre. Un troisème tétraèdre 4 est greffé sur la face BCM' de l'icosaèdre, toujours par adjonction de seulement trois barres T3B, T3C et T3M' réunies au sommet T3 du tétraèdre. Les trois sommets T1, T2, T3 des tétraèdres greffés 2, 3, 4 se trouvent dans le plan horizontal du triangle ABC de l'icosadre 1. Dans ce même plan se trouvent également les faces T1ÀB, T2AG et T3CB de ces trièdres L'arête T1P' du tétraèdre 2 prolonge l'arête verticale C'P' de l'icosaèdre, l'arête T2N du tétraèdre 3 prolonge l'arête verticale B'N' et l'arête T3M' du tétraèdre 4 prolonge l'arête verticale Â'H' de l'icosaèdre. Par une construction symétrique on trouve un tétraèdre 2' ayant un sommet T1' relié aux trois points A'B'P de l'icosaèdre, un tétraèdre 3e ayant un sommet T2' relié aux points A'C'N de l'icosaèdre et un tétraèdre 4' ayant un sommet T3 relié aux points BtCtN. L'arête T1'P prolonge l'arête verticale PC de l'icosaèdre, l'arête T2tN prolonge celle verticale NB de l'icosaèdre et l'arSte T3'M prolonge celle verticale MA de l'icosaèdre. On constate que l'adjonction des trois tétraèdres 2, 3, 4 a permis d'étoffer sérieusement le volume de l'icosaèdre et d'arriver k un volume permettant d'établir un habitat. Bien entendu, il est possible de réaliser d'autres combi naisons, entre l'iósaedre et les tétraèdres, selon l'utilisation envisagée de l'ensemble. L'addition de deux ou plusieurs éléments d'ossature selon chacune des figures 1 et 2 peut se faire de trois façons différentes: 1) face à face 2) arête à arête 3) noeud à noeud. 1) Lorsqu'on a réuni deux éléments face k face, on fait coincider les trois sommets, de sorte que les trois barres réunis sant les trois sommets sont communes aux deux éléments réunis. Sous barre commune on peut entendre soit une barre unique qui reçoit à chaque extrémité chacun des éléments réunis, ou que cette barre est réalise par une réunion intime des deux barres, l'une appartenant au premier élément, l'autre au deuxième. 2) lorsqu'on réunit les deux éléments "arête à arête", l'arête ou barre commune (entendue dans le sens indiqué plus haut) présente à chaque extrémité un noeud en colncidence, ces noeuds appartenant au premier et au deuxième élément. Par l'arête commune passent alors quatre faces, appartenant deux à deux à chaque elEmet. Pour que l'ensemble des deux éléments ainsi additionnés ait la même rigidité que chaque élément séparé et pour que lten- semble puisse se calculer par la statique, il est nécessaire d'a- jouter une seule barre supplémentaire qui réunira le troisième noeud d'une des deux faces d'un élément, passant par l'arête commune, au troisième noeud d'une barre homologue du deuxième élément. Ainsi, par exemple, en se référant à la figure 1, on assemble deux éléments en prenant comme arête commune la barre BN de l'un et la barre B'N' du deuxième ; ce sont les faces BNP' et BNM' de l'un et les faces B'N'M et B'N'P de l'autre qui passent par L'arête commune BN-B'N'. On réunira donc soit le troisième noeud M de la face B'N'M au troisième noeud Mt de la face BNH', soit le troisième noeud P de la face B'N'P au troisième noeud P' de la face BNP'. La barre supplémentaire sert à constituer un tétraèdre assurant la rigidité des deux éléments. 3) Lorsqu'on réunit les deux éléments "noeud B noeud", c'est l'un des noeuds du premier élément qui coïncide avec l'un des noeuds du deuxième. Pour que l'ensemble ainsi constitué par les deux éléments réunis forme un ensemble solide qui puisse également astre calculé par la statique, il faut les réunir encore par seulement trois barres supplémentaires, celles-ci réunissant deux noeuds du premier élément solide à deux noeuds du deuxième élément solide Les quatre noeuds ainsi réunis par les trois barres sont choisis sur des barres aboutissant au noeud commun ; on aboutit ainsi à la création de deux tétraèdres supplémentaires ayant une face commune. Ainsi, comme représenté à la figure 3, un élément en icosaèdre 11 est additionné k l'élément 1 de la figure 2, le noeud commun étant celui de À' de l'élément 1 réuni au noeud de l'élément 11. Trois barres additionnelles relient respectivement le noeud B1 de la barre Br4 de l'élément additionnel Iî aux noeuds B' de la barre B'At et C' de la barre C'A' de 11 élément t et le noeud C1 de la barre C1 de l'élément li au noeud C' de la barre C'A' de l'élément 1. On forme ainsi des tétraèdres complémentaires ayant une face commune ÀiB1Cr. Aux ensembles, obtenus par l'addition de deux éléments par l'un des trois procédésci-dessus, on peut encore ajouter, suivant l'un quelconque de ces procédés, un troisième élément et ainsi de suite. On peut ainsi assembler aussi bien des éléments en icosaèdre régulier que des éléments en icosaèdre topologiquement transformés. On obtient ainsi un ensemble aussi important que désiré et qui a les deux avantages d'être géométriquement indéformable et d'être calculable par la statique. Sur les éléments cons titutif s de ces ensembles on peut encore gretBer des tétraèdres, comme ceux de la figure 2. Un tel ensemble est un corps solide ; il assure par son indéformabilité la sécurité des personnes s'y trouvant abritées 3 il peut aussi subir des déplacements (cas des ponts mobiles et des divers véhicules). Cet ensemble peut rester sensiblement immobile en cas de déformations du sol sur lequel il repose et subir des secousses, notamment en cas de séisme. Les éléments et ensemble décrits plus haut peuvent atre facilement recouverts par tout procédé classique. On peut également apporter tout oloisonnement voulu. Il est bien entendu que de nombreuses variantes peuvent être apportées aux exemples de réalisation ci-dessus décrits, sans sortir du cadre de la présente invention. BEVENDICÂTIONS 1. Eléments de construction k trois dimensions caractérisés par le fait qu'ils ont la forme géométrique générale d'un icosaèdre indéformable (1) constitué uniquement de barres droites de section voulue formant les triangles des faces de l'icosaèdre, l'ensemble de l'élément comportant trente barres aboutissant k douze noeuds, les barres de chaque noeud étant solidarisées de façon connue en soi par des pièces d'assemblage rigides, chaque élément de construction étant susceptible d'être assemblé avec un autre élément semblable et d'être complété pour les besoins de la construction par l'adjonction-dtVléments géométriques connus plus simples. 2. Eléments de construction selon la revendication 1, caractérisés par le fait que l'icosaèdre formé est un icosaèdre régulier. 3. Eléments de construction selon la revendication 1, caractérisés par le fait que l'icosaèdre formé est topologiquement transformé d'un icosaèdre régulier en conservant la rectitude des arêtes. 4. Eléments de construction selon la revendication 1, caractérisés par le fait que les éléments adjoints sont des tétraèdres (2, 3, 4) obtenus par l'addition de trois barres k une face triangulaire de l'icosaèdre. 5. Eléments de construction selon chacune des revendications t à 4, caractérisés par le fait qu'au moins deux éléments peuvent s'additionner pour former un ensemble d'ossature de dimensions voulues. 6. Eléments de construction selon la revendication 5, caractérisés par le fait que l'assemblage d'éléments se fait "face à face par réunion dlune face de llun avec une face de l'autre avec coincidence des sommets. 7. Eléments de construction selon la revendication 5, caractérisés par le fait que l'assemblage d'éléments se fait "barre å barre" avec adjonction dune seule barre supplémentaire réunissant deux noeuds homologues des deux éléments de deux des quatre faces passant par l'arête commune. 8. Eléments de construction selon les revendications 6 et 7, caractérisés par le fait que la ou les barres communes sont des barres uniques qui reçoivent B leurs extrémités les barres de chacun des deux éléments assemblés. 9. Eléments de construction selon les revendications 6 et 7, caractérisés par le fait que la ou les barres communes sont formées par la réunion commune de deux barres appartenant l'une à l'un des éléments assemblés et l'autre au deuxième élément. 10. Eléments de construction selon la revendication 5, caractérisés par le fait que l'assemblage d'éléments se fait "noeud à noeud" avec adjonction de trois barres supplémentaires réunissant deux noeuds d'un élément choisis sur les barres aboutissant au noeud commun, B deux noeuds de l'autre élément également choisis sur les barres aboutissant au noeud commun.