Brevet FR2438715A1 — publié le 19800509

La présente invention se rapporte à des perfectionnements d'une enceinte ou dispositif de fermeture d'un espace par une membrane tendue ; elle vise, plus particulièrement, une construction à couverture de toile supportée par une ossature, ainsi qu'un procédé de montage de cette construction, et constitue un perfectionnement du brevet nO 937 479 du 27 novembre 1973, du meme inventeur. Pour répondre à la demande de constructions ou enceintes peu coûteuses et faciles à monter, on a conçu différents types de structures en forme de tente, supportées à la fois par pression d' air et par une ossature, qui répondent à un certain point à différentes exigences. La présente invention découle d'une expérience étendue dans la réalisation de telles enceintes dans différentes parties du globe, dans des zones très urbanisées ou des arrière-pays relativement inaccessibles, sous un climat équatorial ou arctique. Cette expérience a permis de déterminer une construction ou abri à portée libre, économique, facile à transporter, à monter et à récupérer et capable de supporter les variations d'un environnement difficile, qui constitue une enceinte à membrane tendue supportée par une ossature évitant les divers inconvénients des dispositifs connus. La présente invention a pour objet un abri du type cidessus rapidement disponible dans une gamme de largeurs et de longueurs désirées, à partir d'incréments de sous-modules ou longueurs de travée, en éléments légers, de petite dimension et facilement transportables. L'invention vise également une construction ou enceinte qui peut être montée et démontée rapidement par des ouvriers non expérimentés, au moyen de jonctions par boulon et écrou. L'invention a encore pour objet une enceinte comprenant une structure support, constituée par des éléments d'ossature en forme d'arceau, et une couverture mince ou membrane composée de bandes de tissu étirées sous une tension uniforme par écartement réglé des arceaux, de façon à augmenter la valeur des charges extérieures, par exemple vent et neige, qui peuvent être supportées, ainsi que la résistance générale et la stabilité de l'ouvrage monté. L'invention vise également un abri à couverture par une membrane constituée par des bandes de toile renforcées horizontalement et toutes soumises à une tension uniforme exercée dans la direction du renforcement de la toile L'invention concerne encore une enceinte délimitée par une membrane tendue supportée par une ossature, dans laquelle la couverture de toile est étirée sous une tension uniforme prédéterminée, par écartement réglé des éléments espacés d'ossature en forme d'arceau de la structure support, les pieds des dits éléments pouvant se déplacer ou flotter librement pendant l'opération d'écartement pour la tension de la toile, chaque pied trouvant ainsi sa propre position de compensation et de stabilisation. La présente invention a également pour objet une enceinte à membrane tendue, du type et pour les usages décrits, comportant une structure support qui comprend une pluralité d'éléments espacés d'ossature montés sur des semelles d'appui de charge déplaçables individuellement qui, après écartement des éléments d'ossature pour tendre la membrane et lorsqu'elles ont trouvé chacune leur propre position respective de repos, peuvent alors être fixées et bloquées contre tout mouvement non autorisé. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaitront aux hommes de l'art à la lecture de la présente description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. La figure 1 est une vue en plan d'une forme de réalisation de l'invention, la membrane en toile étant représentée appliquée seulement dans la partie centrale. La figure 2 est une vue de côté du dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue en bout de ce dispositif. La figure 4 est une vue en perspective, à plus grande échelle, d'une paire d'éléments d'ossature en forme d'arceau, assemblés pour former un sous-module ou travée. La figure 5 est une coupe à encore plus grande échelle à travers un arceau. La figure 6 est une vue en élévation d'une partie d'une bande de toile renforcée. La figure 7 est une coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne 7-7 de la figure 6 et La figure 8 est une vue en perspective d'un pied d'arceau monté sur sa semelle flottante. On voit, sur les figures 1 à 4, que le dispositif suivant l'invention se présente, dans le cas décrit, sous la forme d'une structure allongée à portée libre, avec des cotés parallèles 4 et des extrémités semi-circulaires 5 en éventail. L'ossature est constituée essentiellement par une pluralité d'éléments 6 en arceau, disposés verticalement à une certaine distance les uns des autres suivant la longueur de la construction, chacun de ces arceaux étant placé transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la construction. Les éléments d'ossature 6, ou poutrelles en arceau, existent en largeur standard de 9, 12, 15 et 18 mètres, et des portées de 36 mètres fabriquées avec la mêwe géométrie de base sont possibles pour des commandes particulières.Dans les largeurs de portée standard, les arceaux ont une hauteur qui est sensiblement la moitié de la largeur et ils sont normalement assemblés en tronçons modulaires de 3 mètres, des tronçons modulaires de 4,5 mètres étant recommandés pour les très grandes portées. A chaque extrémité semi-circulai a re de la structure, un éventail de demi-arceaux 6a circonférentielle- ment espacés est disposé en rayons qui convergent au sommet de 1' arceau complet 6 de l'extrémité respective. Des barreaux extensibles 7 d'écartement sont installés horizontalement entre les deux éléments d'ossature adjacents 6 et/ou 6a de chaque paire, à des niveaux espacés déterminés. Chaque pied d'élément en arceau est monté sur une semelle horizontale 8 d'appui de charge qui, lors du montage de l'ossature, peut se déplacer librement en toute direction sur le sol. La couverture de cette ossature comprend une pluralité de bandes allongées 9 en toile, chaque bande s'étendant entre les arceaux adjacents 6 et/ou 6a d'une meme paire. La construction de ces bandes de toile 9 et le procédé de fixation de leurs bords longitudinaux aux arceaux sont illustrés par les figures 5, 6 et 7. Du fait de la demande pour de telles grandes enceintes à enveloppe mince tendue, on a apporté une attention particulière à la couverture en toile. De préférence, la bande 9 en toile ou tissu léger est en matière imperméable spéciale, par exemple nylon revêtu de PVC, polyester, fibre de verre, "Teflon", "Kevlar", polypropylène ou produit analogue résistant à l'humidité, à la moisissure, aux insectes et facteurs semblables, et translucide bien que traité pour résister à de grandes variations de température et inhiber la détérioration par les rayons solaires. Le produit doit également être à autoextinction pour retarder la combustion.Afin d'augmenter au maximum la résistance de l'ensemble de la structure, qui aura à supporter des charges de neige et de vent atteignant 2 292 kg/m2 et 225 km/h, chaque bande de toile disposée entre deux éléments adjacents de structure en arceau doit pouvoir supporter l'effort total de tension d'un vérin pneumatique de 10 tonnes pendant l'écartement des deux arceaux adjacents. La charge de rupture de la toile doit dépasser 42 kg par cm2 sur la channe et la trame et sa résistance au déchirement 11,6 kg par cm2 sur la chatne et la trame. Pour obtenir ces valeurs-requises, la bande 9 est composée d'un certain nombre d'éléments de toile ou tissu 9a, 9b, 9c, etc. relativement courts, reliés par des joints transversaux à recouvrement 10a, îOo, etc., le recouvrement étant de 37 mm environ. Ces recouvrements de renforcement sont des joints obtenus par fusion thermique ou soudure et constituent des renforts transversaux, à intervalles espacés dans le sens de la longueur de la bande, dont la résistance est très supérieure à celle d'une seule épaisseur de tissu. Le long de chaque bord longitudinal opposé 11, la toile est repliée sur un câble 12 qui s'étend sur toute la longueur de la bande. Le bord ainsi rabattu avec un recouvrement substantiel est soudé, de la façon indiquée plus haut, pour former un bourrelet 14. il est entendu que les bandes de toile allongées 9, disposées entre des éléments adjacents et parallèles de l'ossature, sont rectangulaires tandis que celles qui sont placés entre un élément d'ossature 6 et les éléments radiaux d'extrémité 6a, ainsi qu'entre des éléments adjacents d'extrémité 6a, ont une forme de secteur appropriée, leurs bords opposés à bourrelet convergeant au sommet. Un mode préfère de fixation du bord il à bourrelet de la bande de toile renforcée 9 à un arceau est illustré par la figure 5. On voit que l'élément d'ossature 6 est une poutrelle extrudée en I dont la face extérieure des ailes extérieures 6a présente deux gorges parallèles espacées courbes 15, avec des bords extérieurs arrondis 16 et une nervure centrale 17 plus haute que les bords extérieurs arrondis 16. Un dispositif de retenue de la toile est fixé à l'extérieur des ailes extérieures de la poutrelle 6 en arceau. Ce dispositif comprend une plaque allongée 18, de mdme largeur que les ailes et qui comporte deux canaux espacés 19 situé en face des gorges 15 respectives. Ces canaux ont des bords extérieurs arrondis 20 qui viennent en face et à une certaine distance des bords arrondis 16 des gorges.Entre les canaux 19, la plaque 18 présente une partie médiane 21, en relief, qui repose sur la nervure 17 des ailes extérieures de la poutrelle et est fixée de façon amovible à cette nervure par des vis 22. Le logement tubulaire, constitué par chaque paire de gorges 15 et de canaux 19 en vis-à-vis, suffit amplement pour recevoir un bord à bourrelet 11 de la bande de toile et l'espace resserré entre les bords extérieurs arrondis respectifs 16 et 20 en vis-à-vis est suffisant pour laisser passer librement le bord rabattu et soudé de la bande 9. Cet espace est toutefois suffisamment resser- ré pour retenir et emprisonner le bourrelet plus gros du bord de la toile. Lorsqu'on met en place la toile ou membrane de couverture, la conception de cette structure de fixation de la toile permet un coulissement longitudinal facile des bords à bourrelet d'une bande allongée de toile dans le logement tubulaire de deux arceaux adjacents, pendant que l'ossature est détendue. Par contre, lorsque les bandes de toile renforcées sont tendues transversalement par 1' écartement des arceaux 6 ou 6a, ce dispositif de fixation de toile permet d'obtenir un joint solide, positif et étanche puisque le recouvrement à double épaisseur de toile du bord à bourrelet sort de l'intervalle resserré et que le bourrelet emprisonné s'appuie contre la face interne des bords extérieurs de la gorge et du canal pour former un joint à autocentrage et à étanchéité effective, sans détérioration de la toile. Après la mise en place d'une bande de toile 9, non tendue, entre deux arceaux adjacents 6 et 6a, ces derniers sont écartés par un vérin 30 à force réglable, par exemple un vérin pneumatique de dix tonnes appliqué par exemple en X, pour obtenir la tension désirée de la toile qui est en général de l'ordre de 4500 à 5400 kg mais qui N peut être comprise dans une plage totale de 1 à 9000 kg, suivant la dimension de la structure, les conditions climatiques, les codes de construction, etc. L'élément d'ossature 6 en arceau qui, dans le cas représenté, est une poutrelle extrudée à section transversale en I, comporte des ailes intérieures 6b avec une partie 23 située de chaque coté.Entre chaque aile 23 et l'aile associée de l'arceau adjacent suivant 6, sont disposées une pluralité de barres d'écartement à compression, de longueur réglable, à des niveaux espacés déterminés. La base plane d'une partie måle 7a, en forme de T inversé est fixée sur l'aile 23 par un boulon 25 et elle dépasse au-delà de 1' aile, en direction de 11 arceau 6 adjacent. Cette base plane comporte une une rangée de trous espacés 7 , au-delà du bord de l'aile de la pou- trelle en I. Une partie tubulaire femelle 7c, fixée à l'aile de la poutrelle adjacente suivante 6, peut coulisser longitudinalement de a c façon télescopique sur la partie 7a.La partie 7c porte, près de son extrémité, un boulon 26 qui la traverse diamètralement et qui, lors que les arceaux sont écartés pour obtenir la tension désirée de la toile, est introduit dans la perforation alignée appropriée "b L' ensemble est ensuite bloqué par un écrou 26b. La figure 8 représente la semelle 8 d'appui de la charge, fixée sur chaque pied de poutrelle en arceau. Cette semelle comprend une plaque horizontale plane, de surface appropriée pour supporter sa partie la charge de la structure compte tenu de la nature du sol d'appui. Cette plaque comporte un certain nombre de perforations 27, pour recevoir les ancrages dans le sol. Dans le cas représenté, le pied d'une poutrelle 6 à section transversale en I est fixé à la plaque à glissement libre, par des équerres 28 qui sont rendues solidaires à la fois de la poutrelle 6 et de la plaque 8 par des boulons 29. Dans cette forme de réalisation, les arceaux sont de préférence fabriqués à partir de petits éléments légers qui peuvent être facilement transportés et assemblés sur chantier. Une semelle plane mobile d'appui de chargeoet fixée à chaque piec4/d'arceau puis on dresse deux arceaux à une certaine distance l'un de l'autre, une pluralité de barres horizontales d'écartement étant installées, à l'état rétracté, à des niveaux espacés déterminés.On ajoute des arceaux successifs pour arriver à la longueur de la construction puis, si la structure doit avoir une extrémité semi-circulaire, des arceaux à une jambe, ou demi-arceaux, sont disposés en éventail radialement à partir du sommet des arceaux transversaux d'extrémité respectifs, Une bande allongée de toile renforcée transversalement est installée entre les arceaux espacés adjacents de chaque paire, les bords opposés à bourrelet de la toile étant retenus avec jeu dans les logements tubulaires formés sur l'extérieur de chaque arceau. Les barres d'écartement extensibles longitudinalement étant libérées pour permettre leur extension les paires successives d'arceaux sont écartées, par exemple par un vérin pneumatique puissant interposé entre les arceaux, jusqu'à ce que la bande de toile renforcée atteigne une tension prédéterminée. Les barres d'écartement correspondantes sont alors bloquées respectivement dans leur position d'extension. Pendant L'écartement des arceaux, chaque semelle d'appui de charge de l'arceau peut se déplacer librement sur le sol, en toute direction horizontale, tandis que les arceaux se règlent pour compenser les efforts de compression et de tension. Lorsque tous ces efforts ont été équilibrés et que chaque semelle de pied a pris sa propre position, on bloque chaque semelle contre tout nouveau déplacement non autorisé, par exemple au moyen d'une cheville ou broche appropriée ou d'un boulon de scellement. Les caractéristiques particulières de l'ossature, robuste, légère et extensible, de la couverture du type à membrane à bandes de toile allongées et renforcées, du mode-spécifique de liaison de la toile à l'ossature et du procédé d'écartement des éléments d'ossature et de leur fixation après tension uniforme de la toile par des dispositifs d'écartement télescopiques à compression, permettent d'obtenir une enceinte ou espace clos à membrane tendue, d'une durée et d'une résistance très supérieures, en éléments légers faciles à assembler et à démonter, et qui peut être très rapidement et économiquement montée par une main-d'oeuvre surveillée non expérimentée. Le succès actuel de cette construction à membrane tendue, dans différentes dimensions et pour différents usages dans la plus grande partie du monde, a conduit à la soumettre à des examens successifs, aussibien en laboratoire qu'expérimentalement in situ, pour vérifier la conformité aux standards des codes de construction. Les valeurs d'évaluation des efforts exercés par le vent sont basées, dans les codes de construction, sur la supposition que la surface de la structure chargée est statique et rigide, alors que la surface de la membrane de la présente structure est dynamique et flexible. L'interaction aérodynamique-mécanique de la membrane avec l'air pose un problème de mécanique non linéaire et non conservative. Lorsque la membrane est chargée dynamiquement, non seulement elle fléchit mais elle vibre également substantiellement, ce qui perturbe la couche limite et modifie par conséquent les efforts dynamiques. Des essais de charge ont montré que la toile, sur un sous-module de 3 m, peut supporter une pression élevée. Dans les essais de détermination des arceaux, avec et sans la toile, en efforts axiaux et pour la charge de flambage, on a constaté une augmentation de la charge de 1,4, du fait de la réaction partielleee la toile.Des essais de simulation des charges dues au milieu, poursuivis par incréments appropriés jusqu'à la rupture de la structure, ont montré que les arceaux cèdent par déformation ou flexion au point de moment maximal, plutôt que par flambage. Ainsi, dans le cas de la flexion, la toile fournit une résistance suffisante à l'aile en compression pour empêcher l'instabilité avant l'apparition de contrainte de déformation par compression. Cela démontre l'interaction toile-ossature sur la stabilité de ltensemble et l'importance de la valeur de tension de la toile pour l'oFtention d'une résistance optimale de l'ensemble ossature-membrane du fait de la diminution de la concentration de contrainte dans la membrane.Dans les grandes enceintes à portée libre pour espace clos, jusqu'à 36 m de largeur et toute longueur désirée, pour l'obtention d'une résistance globale de la structure capable de supporter des charges de neige de 292 kg/m2 et des vitesses de vent de 225 km/h et de satisfaire avec une grande marge de sécurité aux exigences des codes de construction, il devient encore plus nécessaire d'éliminer toute faiblesse potentielle dans l'ensemble et cela augmente les avantages d'une égalisation complète des contraintes. Dans ces conditions, la forme de la construction, le système de jonction de la membrane et de la structure support et la résistance de l'ossature à une charge plus grande avec une toile tendue prennent une importance accrue. Lors du montage de la structure, il peut être avantageux d'assembler les éléments de la structure support avec un certain jeu, pour faciliter le coulissement des bandes de toile en place dans l'ossature. Ensuite, lorsque la membrane de couverture a été mise en place et que les éléments d'ossature sont écartés pour tendre les bandes de toile, chaque semelle d'ossature est libre de se déplacer longitudinalement, transversalement ou radialement à sa propre position de compensation et de stabilisation, jusqu1 ce que toutes les contraintes sur la structure aient été équilibrées. Lorsque chaque semelle a trouvé sa propre position de repos, elle est bloquée contre tout mouvement non autorisé, par des ancrages appropriés dans le sol. En conclusion, on voit que le montage de chaque poutrelle d'ossature en forme d'arceau sur une semelle qui est initialement libre de se déplacer en toute direction sur le sol rend plus rapide l'érection du squelette de la structure support et facilite la mise en place des bandes de toile sur cette structure. D'autre part, un avantage particulier réside dans la facilité avec laquelle les éléments d'appui de la structure peuvent régler leur position sur le sol, pendant l'écartement des éléments d'ossature, pour compenser les tensions substantielles des bandes de toile renforcées. Le fait de permettre ainsi l'équilibrage de toutes les contraintes de compression et de tension avant l'ancrage des semelles qui supportent l'ossature permet d'augmenter considérablement la résistance globale de l'ensemble de l'enceinte suivant l'invention, grâce à l'é- galisation complète des contraintes. il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction d'une structure couverte par une mem brane pour la fermeture d'un espace; caractérisé en ce qu'il consiste à : a) dresser une pluralité d'éléments ossature en forme d'arceau, disposés transversalement et espacés longitudinalement, chaque pied d'arceau étant monté sur une semelle individuelle qui peut bouger librement en toute direction sur le sol ;; b) fixer, par ses bords opposés, une bande allongée de toile à l'état détendu, entre les deux éléments d'ossature adjacents transversalement disposés de chaque paire successive d'éléments c) écarter horizontalement successivement, à des niveaux espacés et dans le sens de la longueur de la structure, au moyen d'un vérin amovible à force réglable, chaque paire d'éléments d'ossa ture en arceau reliés par la toile, jusqu'a ce que la bande inter médiaire de toile atteigne sur toute sa longueur une tension uni forme prédéterminée,les semelles des pieds des arceaux pouvant chacune se déplacer librement en toute direction sur le(sol en réponse à cette action d'écartement, et d) fixer chaque paire d'éléments d'ossature dans cette condition d'écartement et de tension uniforme prédéterminée de la toile. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque semelle de pied d'élément d'ossature en arceau comprend une pla que plane horizontale qui peut bouger librement en toute direc tion sur le sol, les éléments d'ossature reliés par la toile dans chaque paire étant écartés successivement à différents niveaux par un vérin à force réglable inséré temporairement à des niveaux déterminés entre les éléments d'ossature de chaque paire succes sive et actionné de manière à exercer une force de tension uni forme prédéterminée de la bande de toile sur toutes les parties de la bande, dans une plage de 1 à 9 000 kg, les semelles des pieds des éléments d'ossature changeant de position individuelle ment en toute direction sur le sol en réponse aux efforts exercés, et en ce qu'un dispositif d'écartement est bloqué en position d' extension appropriée entre ladite paire d'éléments d'ossature à des niveaux déterminés, de manière à maintenir la tension uniforme prédéterminée de la toile avant l'enlèvement du vérin in séré temporairement. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que dans chaque paire les arceaux adjacents sont écartés par un vérin à charge réglable qui exerce une force de tension uniforme prédéter minée de la toile dans une plage normale de 4500 à 5500 kg envi ron. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'après l'écartement des paires successives d'éléments d'ossature dans la direction longitudinale de la structure, pour la tension des bandes de toile, avec déplacement cumulatif résultant des paires d'arceaux précédemment écartés, on fixe finalement chacune des semelles en position d'immobilité, par des ancrages dans le sol, lorsque chaque semelle a trouvé sa propre place de repos. 5. Enceinte à membrane tendue, caractérisée en ce qu'elle comprend : a) une structure support composée d'une pluralité d'éléments d'os sature en forme d'arceau, disposés transversalement et espacés lon- gitudinalement ; b) une semelle horizontale d'appui de charge, disposée sous cha que pied de chaque élément d'ossature et reliée à ce pied, cette semelle pouvant bouger librement en toute direction sur le sol ; c) une bande allongée de toile placée entre les éléments d'ossa ture adjacents de chaque paire d'éléments, cette bande étant re liée par ses bords opposés aux éléments d'ossature espacés res pectifs et étirée transversalement sur toute sa longueur, à une tension uniforme prédéterminée comprise entre 1 et 9 000 kg ;; d) des dispositifs d'écartement placés entre les éléments d'os sature mobiles de chaque paire, ces dispositifs étant espacés à différents niveaux et bloqués en position d'extension pour mainte nir la bande de toile intermédiaire à la tension uniforme prédé terminée ; e) et des ancrages de sol qui bloquent chaque semelle individuelle contre tout mouvement non autorisé, après écartement de tous les éléments d'ossature de la structure support pour tendre la toile, avec extension longitudinale cumulative résultante de la struc ture, et lorsque la semelle a trouvé sa propre position de repos après équilibrage des efforts sur la structure. 6. Enceinte suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la bande allongée de toile comprend une pluralité d'éléments de toile reliés par des joints transversaux plats à recouvrement formés dans le plan de la bande par soudure et fusion thermique, de manière à renforcer transversalement et augmenter considéra blement la capacité de charge de la toile et à permettre à la bande de toile de supporter l'application d'une tension transver sale uniforme élevée, le recouvrement de toile des joints trans versaux étant de l'ordre de 40 mm. 7. Enceinte suivant la revendication 6, caractérisée en ce que cha que élément d'ossature en arceau porte extérieurement un dispo sitif de retenue de la bande de toile qui délimite, en associa tion avec l'élément d'ossature, un logement tubulaire à inters tice réduit, et en ce que chaque bord longitudinal de la bande de toile avec ses joints transversaux de renforcement comporte un talon ou bourrelet plus gros formé par un rabattement d'un bord de la bande autour d'un cible avec un recouvrement substan tiel, ce rabattement étant fixé par soudure à fusion thermique, ledit logement tubulaire sur l'élément d'ossature étant plus que suffisant pour recevoir le bord à bourrelet de la bande de toile et ledit interstice réduit étant assez limité pour empêcher ce bord de s'échapper, de sorte que le bord rabattu à double épais seur et à recouvrement soudé sort par l'interstice du dispositif de retenue de la bande de toile tandis que le bourrelet plus gros s'applique contre la paroi du logement, en contact d'autocentrage et d'étanchéité. 8. Enceinte suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la bande allongée et renforcée est en matière imperméable, choisie parmi des produits tels que nylon revêtu de chlorure de polyvi nyle, polyester, fibre de verre, "Téflon", "Kevlar" et polypro pylène, résistant à l'humidité, à à la moisissure et aux insectes, translucide, capable de résister à des températures extrêmes, d'inhiber la détérioration par la lumière solaire, de retarder la combustion par aútoextinction, les bords opposés de la bande étant retenus par les deux éléments d'ossature adjacents entre lesquels elle est fixée de manière à pouvoir supporter l'effort total de tension d'un vérin de 10 tonnes appliqué pour écarter les dits deux éléments d'ossature.