Brevet FR2317716A1 — publié le 19770204

La présente invention se rapporte à un dispositif servant à visualiser les contraintes mécaniques engendrées sur des poutures, dispositif comprenant un modèle de poutre présentant des entailles transversales à son axe longitudinal et qui se succèdent dans la direction longitudinale de la poutre. Les -ouvrages modernes ont, dans la plupart des cas, une construction tellement compliquée qulil n'est plus possible de les concevoir intuitivement comme on le faisait autrefois, par exemple pour les éléments en bois ou maçonnerie. Dans la construction moderne, il n'est donc plus possible d'établir des projets sans avoir des connaissadees de statique et de résistance des matériaux du niveau de ltingénieur. Ces connaissances que l'ingénieur projeteur du bâtiment ou du génie civil doit posséder ne sont pas à la portée du professionnel ni de l'ouvrier du bâtiment qui est chargé de ltexécution de la construction. L'ouvrier se trouve donc confronté au difficile problème de construire correctement un ouvrage dont il n'est pas capable de maitriser entièrement les problèmes de statique mathématique. Mlme pour l'ingénieur débutant, il n'est pas toujours facile de juger de l'exactitude des résultats qu'il a obtenuspar le calcul s'il n'a pas la possibilité de les voir sous une forme plus concrète, une telle concrétisation étant d'autant plus souhaitable que l'ingénieur débutant ne doit pas se borner à l'application théorique des lois et formules de la statique. C'est pourquoi, dans les cours de formation des praticiens et des dessinateurs-projeteurs du bâtiment, on utilise des modèles d'étude et des dispositifs expérimentaux au moyen desquels, pour certaines constructions, on peut développer par ltobservation visuelle et sans détours théoriques la comprehension des lois de la statique. C'est ainsi que > pour la démonstratlan des efforts de traction et de compression qui se développent dans les poutres et appuis, il est connu d'utiliser des modèles de poutresAen bois que l'on appelle des poutres à entailles qui présentent des entailles réparties àinter- valles réguliers sur toute leur longueur et qui s'enfoncent transversalement à la direction des fibres, c'est-à-dire de haut en bas et de bas en haut dans le cas d'une poutre horizonta\ en ne laissant subsister qu'une mince languette dans la région de la fibre neutre, la poutre présentant de ce fait une certaine élasticité qui varie avec l'épaisseur de la mince languette qui subsiste. On connaît également des poutres à entailles dans lesquelles le noyau élastique est une planche de contreplaqué ou une lame de matière plastique, d'acier ou d'autre matière, sur les deux faces de laquelle sont fixEs, par collage ou par un autre moyen, des blocs parallélépipédiques distincts et séparés les uns des autres,en bois ou autre matière appropriée, qui sont isposés dans les intervalles séparant les entailles. Dans ces constructions,l'élasticité souhaitée pour les expériences peut être prédéterminée avec certitude. Ces deux formes de réalisation des poutres à entailles peuvent avoir le même aspect extérieur. Finalement, on connaît déjà des poutres à entailles aux extrémités desquelles sont montés des dispositif spéciaux pour la fixation de câbles ou de cordes qui sont destinés à ma-térialiser l'effet des armatures d'une poutre en béton armé. Le principal inconvénient de ces accessoires connus et utilisés pour l'enseignement des professionnels du bâtiment, notamment des ouvriers du bAtiment,réside dans la longueur invariable de la poutre. Si, par exemple, on dispose d'unepoutre à entailles qui, en raison de ses dimensions et de son élasticité, présente la flèche optimale lorsqu'elle est chargée localement et posée sur deux appuis et qu'on veuille démontrer à l'aide de cette poutre les effets statiques obtenus lorsque la poutre porte une charge répartie sur deux ou trois zones, la flèche de la poutre ne suffit plus pour-rendre les variations nettement visibles dans une longueur de zone réduite à la moitié ou un tiers de la longueur totale. Dans ces cas, il est nécessaire, soit d'utiliser un modèle de poutre de longueur supérieure ou égale et de plus grande flexibilité, ce qui augmente le cotit d'acquisition et entraîne une grande dépense de tenue de stock. Par ailleurs, les expériences destinées à démontrer la fonction des armatures des poutres en béton armé sont limitées à quelques exemples d'application, plus précisément aux exemples dans lesquels l'armature s'4tend sur toute la longueur de la poutre, comme; par exemple dans le cas des poutres posées librement sur deux appuis. Par contre, partout où, par exemple, en raison d'un encastrement dans la région des appuis, il existe d'autres zones de traction ou lorsque, dans le cas d'une charge rEpartie; l'armature doit être disposée avec le centre de gravité au-dessus des appuis, la fixation des câbles simulant l'armature aux extrémités de la poutre modèle ne permet pas la représentation des contraintes se produisant dans la réalité. Par ailleurs, notamment lorsqu'on utilise la poutre à entailles connue pour la formation de techniciens et dlingénieurz 5'impos- sibilité de mesurer les eftorts développés sur la poutre expérimentales, notamment les couples, représente un inconvénient. En effet, les poutres à entailles de ce type connu ne permettent pas de mesurer les résultats quantitatifs des expériences. L'invention vise à éliminer ces inconvénients des dispositifs d'enseignement et expérimentaux déjà connus, et de donner à ces dispositifs une configuration qui permette de les utiliser également pour des expériences qui n'étaient pas réalisables jusqu'à présent. Suivant I'invention, ce problème est résolu grâce au fait que le modèle de poutre est composé de tronçons-distincts qui peuvent etre accouplés au moyen d'éléments d'assemblage démontables pour les assembler en une poutre d'une longueur donnée. Gracie à cette caractéristique du modèle de poutre suivant l'invention, on peut modifier les dimensions de cette poutre de manière à reproduire les conditions d'expériences avec exactitude aussi bien du point de vue qualitatif que du point de vue quantitatif, de manière que la poutre soit bien appropriée pour la visualisation et le calcul des efforts développés. Pour chaque démonstration, on forme une poutre suivant l'invention par assemblage de tronçons. Cela permet de réaliser des poutres pour de nouvelles expériences sans dépenses d'acquisition particulières et, en outre de démonter les tronçons à tout moment, puis de les assembler pour constituer une poutre de dimensions différentes. Par ailleurs, le rengement des segments de la poutre modèle est simple et n'entrain pas de frais élevés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en perspective d'une poutre modèle suivant I'invention, composée de plusieurs tronçons distincts; - la figure 2 représente un élément d'assemblage destiné à assembler deux tronçons du modèle de poutre; - la figure 3 représente un autre élément d'assemblage qui comprend une articulation; - la figure 4 représente une cheville destinée à être utilisée avec le modèle de poutre suivant l'invention pour ancrer un modèle d'armature de béton armé. Le modèle de poutre 1 représenté sur la figure 1 est composé de tronçons parallélépipédiques 2, juxtaposés dans la direction de la longueur de la poutre3 et qui sont réunis entre eux par des éléments d'assemblage en U3. Ces éléments d'assemblage peuvent également etre de forme rectangulaire. Les tronçons 2 sont tous de même conformation et leurs faces externes 4 à 7, qui constituent les faces longitudinales de la poutre 1, présentent des rangées de mortaises 8 en forme de fentes qui se succèdent dans la direction de la longueur de la poutre 1, chaque rangée étant composée de plusieurs mortaises qui se succèdent dans une direction transversale à la longueur de la poutre.Les tronçons 2 de la poutre 1 sont juxtaposés avec des intervalles réduits, de préférence de 5 mm, un élément d'assemblage 3 étant engagé respectivement par ses deux tenons 9 qui sont formés par les branches du U de cet élément, dans deux mortaises 8 adjacentes appartenant à deux tronçons 2 voisins. Etant donné que chaque mortaise 8 se prolonge à une extrémité jusque dans la face transversale 17 ou 18 du tronçon correspondant, elle peut etre formée par des moyens simples et peu motteux. Suivant l'écartement des tenons 9 des éléments d'assemblage 3, on peut modifier l'écartement A séparant deux tronçons 2 voisins. Les variations de la distance d'écartement A des tronçons 2 voisins visualisent très clairement les efforts de traction et de compression.Pour combler les intervalles -A séparant les tronçons 2 de la poutre 1, de manière à donner à cette poutre une apparence massive, on peut événtuellement intercaler dans chaque intervalle entre deux tronçons 2 une cale intercalaire plate en matière élastique, par exemple en mousse de caoutchouc ou de matière plastique. Les bords longitudinaux 11 des cales intercalaires 10 prolongent les faces longitudinales 4 à 7 des tronçons 2 voisins. Ces cales intercalaires 10 ont en outre l'avantage de permettre de modifier la flexibilité du modèle de poutre 1. Les tronçons longitudinaux et les éléments d'assemblage 3 sont de préférence réalisés en matière plastique. Cette forme de réalisation présente plusieurs avantages : les modèles de poutre relativement gros et longs restent encore maniables et peuvent être fabriqués à un prix de revient relativement réduit et > par ailleurs} le stockage notamment le stockage des tronçons ne présente pas de difficultés particulières. Au moyen des éléments d'assemblage 3, plus précisement en utilisant des éléments de différentes qualités et de différentes caractéristiques de résistance mécanique, on peut faire varier la flexibilité de la poutre pour l'adapter à des conditions d'expériences variables.En remplacement des éléments d'assemblage 3, on peut également utiliser des éléments d'assemblage 12 sensiblement en U (figure 3) qui sont munis d'une articulation 13. L'articulation 13 est disposée entre les deux tenons 14 de l'élément d'assemblage 12; plus précisément dans la barre transversale de cet élément. Ces éléments d'assemblage 12 articulés sont utilisés dans les cas où les intercalaires 10 en mousse entre les tronçons 2 voisins doivent intervenir seuls pour déterminer l'élasticité du modèle de poutre. On peut également monter dans les mortaises 8 des tronçons 2 des chevilles 15 munies d'un tenon 16 et qui servent à ancrer des fils, ficelles, rubans en caoutchouc ou autre matière flexible pour visualiser 11 effet de l'armature d'une poutre en béton armé. Cette armature peut etre agencée en n'importe quel point voulu du modèle de poutre, c'est-à-dire également en des points où regnent des contraintes de traction. De cette façon, les élèves peuvent trouver l'emplacement le plus approprié de l'armature par tâtonnement, en cherchant l'emplacement de l'armature qui donne la flèche la plus faible. Le fait que le modèle de poutre suivant l'invention soit composé de tronçons distincts présente l'avantage de permettre d'exploiter les expériences exécutées avec ce modèle, non seulement qualitativement mais également quantitativement. Cet accessoire d'enseignement peut donc etre utilisé non seulement pour la formation d'ouvriers du bâtiment mais également dans les écoles de techniciens et d'ingénieurs et également par les élèves étudiant seuls. Pour l'exploitation quantitative des séries d'expériences exécutées avec le modèle de poutre suivant l'invention, il est nécessaire d'utiliser des instruments de mesure qui soient capables dtindiquer aussi bien les forces de traction que les forces de compression avec un axe de mesure rigide.Ces instruments de mesure sont fixés dans des supports agencés de manière à pouvoir être montés dans les fentes entre les tronçons voisins du modèle de poutre. Un tel instrument de mesure peut combler l'intervalle séparant deux tronçons 2 voisins. De cette façon, il est possible d'exécuter des mesures comparatives sur diverses sortes de constructions, par exemple sur une poutre avec position zéro fixée, dans laquelle les tronçons longitudinaux sont réunis par des éléments d'assemblage qui sont engagés dans des mortaises situées dans le plan médian longitudinal de la poutre, sur deux faces longitudinales adjacentes (figure 1) pour représenter la fibre neutre de la poutre. Pour cela, on utilise en remplacement des éléments d'assemblage 3, les éléments 12 munis d'articulations 13 qui présentent une faible résistance de frottement.Les mesures s'effectuent alors sur les surfaces limites supérieures et inférieures des tronçons 2 voisins. Les conditions statiques régnant dans le modèle de poutre peuvent être visualisées par une ligne neutre décentrée lorsque les éléments d'assem- blage sont logés dans des mortaises placées au-dessus ou au-dessous des mortaises prévues dans le plan médian longitudinal de la poutre. Il est également possible de déporter le point d'articulation soit vers le haut soit vers le bas et de monter l'instrument de mesure sur le côté opposé lorsque les mortaises sont prévues dans les régions marginales extérieures des faces longitudinales des tronçons. Etant donné que la longueur du modèle-de poutre peut etre modifiée à volonté, il est également possible de représenter d'autres phénomènes mécaniques par des expériences comme, par exemple, des expériences de leviers et des expériences permettant de calculer les efforts sur les appuis, expériences dans lesquelles les données du problème doivent également etre modifiées en cours d'expérience lorsque par exemple, après une expérience de poutre posée sur deux appuis, on doit traiter une poutre en porte à faux encastrée. Cette modification est principalement nécessaire dans les cas où l'on doit visualiser des efforts externes et internes juxtaposés ainsi que leurs interactions. On peut former une poutre rigide, par exemple une poutre de levier, en montant en supplément de l'élément d'assemblage enfoncé latéralement d'autres éléments d'assemblages enfoncés dans la face longitudinale supérieure et dans la face longitudinale inférieure du modèle de poutre. On obtient cette façon une poutre rigide qui, en combinaison avec les cales intercalaires, représente une poutre massive. On obtient le même effet lorsque les éléments d'assemblages sont remplacEs par des éléments d'assemblage plus courts et que les tronçons sont alors directement appuyés les uns contre les autres. REVENDICATIONS Dispositif destiné à visualiser les contrainces mécaniques des poutres, ce dispositif étant constitué par un modèle de poutre présentant des entailles transversales à son axe longitudinal et qui se succèdent dans la direction longitudinale de la poutre, ce dispositif étant caractérisé en ce que le modèle de poutre est composé de tronçons distincts qui peuvent etre accouplés par des éléments d'assemblage démontables pour former une poutre d'une longueur donnée. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tronçons de la poutre sont des solides parallélépipédiques dont la section droite, considérée perpendiculairement à l'axe longitudinal de la poutre, correspond à la section des cette poutre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque tronçon de poutre présente sur au moins deux faces longitudinales opposées, de préférence sur les quatre faces longitudinales, des mortaises dans lesquelles les éléments d'assemblage peuvent etre enfoncés. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tronçon de la poutre présente, sur chacune de ses faces longitudinales, deux rangées de mortaises disposées l'une à la suite de l'autre dansa direction longitudinale de la poutre, chaque rangée étant composée de plusieurs mortaises qui se succèdent dans une direction transversale à la dimension longitudinale de la poutre. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé en ce que la face transversale de chaque tronçon est prévue de manière à pouvoir porter une cale intercalaire entre deux tronçons successifs. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cales intercalaires sont composées d'une matière élastique, par exemple d'une mousse de caoutchouc ou matière plastique ou d'une matière rigide. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications prEcEdentos, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage sont composés d'une matière élastique ou rigide et que chaque élément d'assemblage présente des tenons qui s'ajustent dans les mortaises des tronçons. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque élément d'assemblage correspond à la largeur de la mortaise. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage sont des éléments plats approximativement en U. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux tenons d'un élément d'assemblage sont réunis par une articulation. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des chevilles destinées à recevoir et ancrer des modèles d'armature de béton armé tels que des fils, ficelles, rubans, etc. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mortaises sont prolongées jusqu'à l'une des faces latérales des tronçons de la poutre. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mortaises se succèdent le long d'une ligne parallele à la direction longitudinale de la poutre. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intervalle entre deux tronçons voisins est déterminé par la longueur des éléments d'assembkage, mesurée dans la direction longitudinale du modele de poutre.