Brevet FR2515718A1 — publié le 19830506

La présente invention a pour objet un procédé de construction d'édifices susceptibles de résister à des séismes et concerne des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé et les dispositifs objets de l'invention seront avantageusement utilisés pour des édifices construits en béton armé. Pour tenter de résister aux séismes, on s'oriente actuellement vers la construction d'édifices à ossature essentiellement métallique. L'édifice ainsi construit peut être assimilé alors à une poutre dont on calcule les coeff i- cients de résistance pour qu'elle résiste aux séismes d'amplitude déterminée. D'autre part, on a constaté que dans les constructions en béton armé de bonne qualité, pour lesquelles on avait correctement effectué les différents chainages entre murs et planchers, les dégâts provoqués par des séismes restaient souvent limités, les diverses cellules du bâtiment pouvant se déplacer et se fissurer, le volume habitable de la cellule pouvant ne pas être sensiblement déformé. L'invention mettant à profit ces constations prévoit un procédé et un dispositif particulièrement bien adaptés aux constructions en béton armé convenablement chainées gui permettra aux édifices ainsi construits de subir des séismes sans aucun dommage. L'invention peut d'ailleurs s'appliquer également à des constructions plus traditionnelles par exemple à des maisons en pierres de taille qui pourront être protégées efficacement contre des séismes d'amplitude restreinte. Le procédé conforme à l'invention se caractérise en ce qu'on interpose entre les fondations et les parties de base porteuses de l'édifice, telles que murs ou poteaux porteurs, des paliers à billes qui encaissent et supportent le poids de l'édifice, et on limite les mouvements de déplacement horizontaux de l'édifice sur ses fondations en prévoyant des butées convenables solidaires respectivement des fondations et desdites parties de base porteuses, lesquelles butées ne viennent en contact qu'après un déplacement d'amplitude déterminée de l'édifice sur ses fondations. Avantageusement, on prévoit en outre des moyens d'amortissement sur lesdites butées. On conçoit qu'avec une telle construction, si un séisme apparaît, l'onde de choc transmise par le sol aux fondations ne sera pas transmise à l'édifice, au moins en ce qui concerne sa composante horizontale qui est la plus dangeureuse car c'est elle qui travaillant en cisaillement "casse" l'édifice. Du fait de la présence des paliers à billes interposés entre l'édifice et ses fondations, les fondations jouent en quelque sorte librement sous l'édifice dont le poids reste supporté par les billes. Si le séisme est de très grande amplitude, les butées interviendront pour limiter l'amplitude de déplacement relatif de l'édifice sur ses fondations. Cependant, cette limitation se fera vers la fin de l'amplitude du mouvement et sera en outre amortie par les moyens amortisseurs prévus, de sorte qu'il n'en résultera pas de dommages pour l'édifice. Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on utilisera avantageusement un dispositif comprenant essentiellement les éléments suivants - des paliers comportant deux plateaux sensiblement parallèles entre lesquels sont interposées des billes, - des semelles comportant une face inférieure destinée à reposer sur les fondations et une face supérieure comportant des logements pour recevoir les plateaux inférieurs desdits paliers, - des plaques de couverture formant embases comportant une face supérieure destinée à recevoir lesdites parties de base porteuses de l'édifice et une partie inférieure comportant des logements pour recevoir les plateaux supérieurs desdits paliers lorsqu'ils sont reçus dans lesdits logements desdites semelles, - des moyens de butée formés sur lesdites semelles et lesdites embases limitant le mouvement de déplacement de l'embase par rapport à la semelle dans au moins une direction. Dans un mode de réalisation préféré, les semelles présentent une forme bombée à convexité tournée vers le haut et les embases présentent une forme conjuguée à concavité tournée vers le bas, lesdits paliers étant répartis sensiblement au droit de la partie surélevée desdites semelles en regard de la partie évidée desdites embases. Des moyens amortisseurs tels que des feuilles de caoutchouc, plastique, bitume ou analogue sont avantageusement disposés entre les faces in clivées en regard des semelles et des embases. Selon une autre caractéristique avantageusement utilisée, des plots sont formés sur les semelles et/ou sur les embases assurant la portée locale desdites embases sur lesdites semelles. L'invention et sa mise en oeuvre apparaltront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif conforme à l'invention mis en place à la base d'un bâtiment, - la figure 2 montre en vue de dessus à plus petite échelle deux semelles de type semblable à celle utilisée dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, - la figure 3 montre en vue par-dessus un autre type de semelle utilisable, - la figure 4 montre en coupe transversale schématiquement un dispositif anti-sismique conforme à l'invention utilisant une semelle du type illustré à la figure 3, la coupe étant faite sensiblement au niveau du plan IV-IV de cette semelle. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on a montré la partie basse d'un bâtiment par exemple construit en béton armé. On aperçoit sur la figure, en 1, une partie de la fondation qui supporte le mur de l'édifice dont on a repéré en 2 la base. Entre les fondations et les parties de base porteuses de l'édifice, on interpose selon l'invention un dispositif anti-sismique repéré dans son ensemble en 3. Le dispositif 3 se compose essentiellement de paliers à billes 4 interposés entre des semelles 5 reposant sur les fondations 1 et des embases 6 supportant les parties de base 2 de l'édifice. Les paliers à billes 4 sont constitués de deux plateaux 7, 8 entretoisés par des billes 9 en acier. Les pla teaux 7 et 8 et les billes 9 sont assemblés et protégés dans un manchon en caoutchouc 10, les plateaux 7 et 8 étant chanfreinés sur leurs bords. pour assurer le bon montage et le bon verrouillage du palier. Les plateaux 7 et 8 peuvent être constitués en un matériau plastique de qualité et résistance appropriées, ou en metal tel qu'acier ou aluminium. De préference, trois billes 9 seront prévues, assurant un bon parallélisme des deux plateaux 7, 8. Les paliers 4 sont reçus et logés convenablement dans des évidements 11, 12 formés en regard respectivement sur la face supérieure des semelles 5 et sur la face inférieure des embases 6. La hauteur du palier et la profondeur des logements 11, 12 sont calculées de façon que dans la position de montage illustrée à la figure 1 les embases 6 soient distantes de quelques millimètres, par exemple de 5 à 15 millimètres des semelles 5. On remarquera à la figure 1 la forme bombée généralement convexe vers le haut de la semelle 5 et la forme concave vers le bas généralement enveloppante de l'embase 6. De cette manière, les paliers 4 sont protégés de l'humidité et sont cachés de l'extérieur, l'espace libre 13 visible à l'extérieur entre l'embase 6 et la semelle 5 n'étant pas de niveau et dans l'alignement de la partie de sommet 14 des semelles sur laquelle sont formés les logements 11. De façon plus précise, dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, la section des semelles est formée sensiblement d'un rectangle ABCD surmonté d'une trapèze isocèle EFGH. L'embase 6 a une forme enveloppante complémentaire. Avantageusement, la semelle et l'embase sont constituées de plaques en béton armé préfabriqué. L'embase et la semelle comportent des crantages ou saillies 15, 16 assurant l'accrochage et la liaispn respectivement avec les parties de fondations 1 et les parties porteuses de base de l'édifice 2. Comme illustré à la figure 1, le dispositif comporte en outre des feuilles en caoutchouc ou plastique 17, 18 prévues au moins localement, disposées entre les faces inclinées en regard des semelles et des embases. Ces feuilles peuvent être positionnées sur des armatures légères telles que 19, 20 ancrées sur les semelles. Le dispositif comporte en outre des plots 21 formés sur les semelles assurant la portée locale des embases sur les semelles, facilitant le stockage et la manutention. Dans la réalisation illustrée, les plots 21 sont formés sur les semelles mais ils pourraient tout aussi bien être formés sur les embases ou à la fois sur les embases et sur les semelles. En se reportant maintenant à la figure 2, on aperçoit une embase rectiligne 51 et une embase en forme d'équerre 52 destinée à être placée sous un angle de l'édifice. Dans la réalisation illustrée à la figure 2, l'embase rectiligne 51 comporte quatre logements i1 pour quatre paliers à billes, tandis que l'embase d'angle 52 comporte trois logements 11 pour recevoir trois paliers à billes. Une bille pouvant facilement encaisser une charge de une tonne, on voit qu'une semelle rectiligne telle que 51 pourra encaisser une charge de douze tonnes tandis qu'une semelle d'angle telle que 52 pourra encaisser une charge de neuf tonnes.Bien entendu, si des charges plus importantes doivent être encaissées, il suffira de prévoir un plus grand nombre de paliers à billes en utilisant par exemple des semelles telles que celles qui seront décrites ci-après aux figures 3 et 4. On expliquera maintenant la mise en place et le fonctionnement du dispositif. On réalise tout d'abord de façon classique et traditionnelle la fondation convenablement chaînée 1 du bâtiment. Sur cette fondation, partout où des murs porteurs viendront reposer, on dispose des semelles 5 rectilignes ou d'angles selon le cas. Dans les différents logements 11 des semelles on vient alors positionner autant de paliers à billes 4 que nécessaire pour recevoir le poids de l'édifice. Il est à noter que pour des constructions légères on pourra n'équiper que certains logements i1 de paliers porteurs 4. Par-dessus les semelles et les paliers convenablement disposés, on vient alors poser les embases 6 puis les bases 2 convenablement chaînées des murs qui en meme temps protègent les paliers pendant les travaux suivants de la construction.Il ne reste plus alors qu'à construire l'édifice de la façon clas sique sur les bases 2 qui normalement seront situées à une certaine hauteur au-dessus du sol repéré en 22. Le fonctionnement du dispositif se comprend aisément. En l'absence de séisme ou de mouvements de poussée latérale sur le bâtiment, les embases 6 sont positionnées directement au droit des semelles 5, les paliers 4 assurant automatiquement l'alignement des logements i1 et 12 du fait de leur présence dans ces logements. Si un effort latéral tel qu'illustré par la flèche 23 est appliqué sur le bâtiment, ou qu'un effort inverse équivalent 24 (dQ à un séisme) est appliqué aux fondations 1 , il tend à se produire un déplacement relatif entre l'édifice et ses fondations. Les embases 6 se déplacent donc par rapport aux semelles 5 du fait de la présence des roulements à billes qui permettent ces déplacements. Dans un premier temps, le seul effort résistant à ce déplacement est celui qui provient de la déformation des manchons de caoutchouc ou analogue 10 enfermant les paliers 4. En se reportant à la figure 2, il apparat que les mouvements de déplacement dans le sens longitudinal (double flèche 25) des embases et des semelles ne seront pratiquement pas freinés, tandis que les déplacements transversaux (double flèche 26) seront empêchés lorsqu'après déplacement d'une certaine amplitude les moyens élastiques 17, 18 liés aux semelles 5 viendront porter contre les faces inclinées en regard des embases 6 limitant et amortissant le mouvement du déplacement. Du fait que les embases et semelles sont disposées sur tout le périmètre de la construction, il apparait que tout mouvement de déplacement relatif horizontal de l'édifice sur ses fondations sera finalement encaissé, quelle que soit la direction du déplacement, par les moyens de butée et d'amortissement prévus entre semelles et embases. Si on le désire, on peut prévoir un certain freinage des mouvements de déplacement de faible amplitude et de faible énergie au moyen de dispositifs complémentaires assurant un certain frottement entre semelles et embases. Par exemple, un tel freinage peut être obtenu au moyen des plots 21 auxquels on donnera une hauteur suffisante pour qu'ils viennent normale ment porter sous les embases, et l'on pourra interposer à cet effet un matériau compressible tel que caoutchouc au sommet desdits plots. Si désiré, on peut également prévoir, notamment vers l'extérieur à la place des plots 21 une bordure continue en élastomère ou autre qui formera également couvre-joint. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 3 et 4, on a formé sur des semelles 53 deux séries de logements 111 parallèles alignés, doublant la capacité de charge au mètre linéaire de tels dispositifs. Pour ne pas augmenter cependant la largeur des semelles 53, celles-ci ne comportent qu'un bord incliné (vers l'extérieur) présentant donc une section en forme de rectangle ABCD surmonté d'un trapèze rectangle EFGD dont le côté droit GD est aligné sur le côté intérieur CG de la semelle L'embase 61 présente évidemment un profil complémentaire. Un tel dispositif ne sera bien entendu capable de limiter que les déplacements de l'édifice par rapport aux fondations dans le sens de la flèche 27 (figure 4). Cependant, étant donné l'existence du périmètre fermé de construction, on comprend que là encore, quelle que soit la direction du déplacement, il y aura toujours au moins un côté de la fondation (et en général deux car la direction du séisme sera rarement perpendiculaire à une face du bâtiment) qui viendra limiter et arrêter le déplacement relatif du bâtiment sur ses fondations Dans tous les cas, on comprend que l'invention permet de supprimer, jusqu'à l'amplitude maximale de déplacement autorisée, toute action des composantes horizontales de choc d'un séisme sur un bâtiment, et d'amortir en les rendant inoffensives les actions de déplacements horizontaux plus importants dus à des séismes de très forte amplitude. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction d'édifices suceptibles de résister à des séismes, caractérisé en ce qu'on interpose entre les fondations et les parties de base porteuses de l'édifice telles que murs ou poteaux porteurs, des-paliers à billes (4) qui encaissent et supportent le poids de l'édifice et on limite les mouvements horizontaux de l'édifice sur ses fondations en prévoyant des butées convenables solidaires respectivement des fondations (1) et desdites parties de base porteuses (2), lesquelles butées ne viennent en contact qu'après un déplacement d'amplitude déterminée de l'édifice sur ses fondations. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens d'amortissement (17, 18) sur lesdites butées. 3. Dispositif anti-sismique destiné à être interposé entre une construction et ses fondations pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend - des paliers (4) comportant deux plateaux (7, 8) sensiblement parallèles entre lesquels sont interposés des billes (9), - des semelles (5) comportant une face inférieure destinée à reposer sur les fondations (1) et une face supérieure comportant des logements (11) pour recevoir les plateaux inférieurs desdits paliers, - des plaques de couverture (6) formant embase comportant une face supérieure destinée à recevoir lesdites parties de base porteuses de l'édifice (2) et une partie inférieure comportant des logements (12) pour recevoir les plateaux supérieurs desdits paliers lorsqu'ils sont reçus dans lesdits logements (11) desdites semelles, - des moyens de butée formés sur lesdites semelles (5) et lesdites embases (6) limitant le mouvement de déplacement de l'embase par rapport à la semelle dans au moins une direction. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites semelles (5) comportent au moins un côté latéral incliné et lesdites embases (6) présentent une forme enveloppante du profil de la semelle laissant entre l'embase et la semelle une distance minimum fonction de l'amplitude maximale choisie de débattement de l'édifice sur ses fondations. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites semelles (5) présentent une forme bombée à convexité tournée vers le haut de section curviligne ou polygonale, lesdites embases (6) présentant une forme conjuguée à concavité tournée vers le bas, et lesdits paliers (4) sont répartis sensiblement au droit de la partie surélevée desdites semelles en regard de la partie évidée desdites embases. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section desdites semelles (5) est sensiblement en forme d'un rectangle surmonté d'un trapèze isocèle. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section desdites semelles est sensiblement en forme d'un rectangle surmonté d'un trapèze rectangle dont le côté droit est aligné sur le côté intérieur de la semelle. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que des moyens amortisseurs (17, 18) tels que des feuilles de caoutchouc, plastique, bitume ou analogue, sont disposées entre les faces inclinées en regard des semelles et des embases. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que des plots (21) sont formés sur les semelles (5) et/ou sur les embases (6) assurant la portée locale desdites embases sur lesdites semelles. 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les semelles (5) et les embases (6) sont moulées en béton ou analogue et comportent des moyens tels notamment que des crantages (15, 16) ou saillies pour assurer l'accrochage et leur liaison avec lesdites fondations (i) et lesdites parties de base (2) de l'édifice respectivement.