Brevet FR2573848A1 — publié le 19860530

STRUCTURE STABLE SE COMPOSANT D'ORGANES TUBULAIRES ET DE CABLES POST-TENDUS OU D'AUTRES ORGANES DE TENSION La présente invention concerne une structure stable se composant d'organes tubulaires de toute forme, dimension ou matériau et de câbles post-tendus ou d'autres organes de tension, et elle a trait plus parti- culièrement à une structure de cette nature qui peut être utilisée comme un organe de couverture ou de toiture de la façon et dans les conditions les plus variées. Plus spécifiquement, la structure formant la base de cette inven- tion a été concue dans le but de recouvrir des espaces de toute nature, ayant des surfaces/portées pratiquement de n'importe quelle dimension, d'une manière simple, rapide et économique, avec la possibilité de récupérer complètement tous les matériaux utilisés lorsque ladite toiture est employée d'une façon temporaire. - Le principe sur lequel cette invention est basée consiste fonda- mentalement dans la création d'une structure qui comporte, en même temps et à l'intérieur de la même et unique structure, à la fois les organes de couverture proprement dits et les organes porteurs respectifs, cela étant différent de toutes les autres couvertures classiques o ces deux composants ont toujours été considérés séparément dans l'application de la structure dans son ensemble. Conformément aux principes de cette invention, il est possible de créer une telle structure en utilisant, comme organes porteurs, des câbles post-tendus c'est-à-dire tendus après leur mise en place ou d'autres organes de tension et, comme organes de couverture ou de toiture, des composants tubulaires de toute forme, dimension ou matériau, munis à leurs extrémités de perforations à travers lesquelles passent lesdits câbles porteurs dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale des composants tubulaires. Le moyen le plus simple pour réaliser une telle- structure consis- terait à utiliser des composants tubulaires qui seraient, par exemple, circulaires et o les perforations de passage des câbles ou d'autres organes tendeurs seraient placés aux extrémités respectives de même diamètre de la section droite du composant tubulaire. Cependant, cette solution a été rejetée puisque la structure ainsi obtenue serait ins- table, ce qui ne conviendrait pas pour atteindre les objectifs envisagés selon lesquels une stabilité complète est préférable et même dans certains cas indispensable. En fait, l'utilisation d'un seul câble ou d'un autre organe tendeur de la manière mentionnée ci-dessus, et comme illustré sur la figure 2, établirait une structure dans laquelle une modification à la forme donnée ayant le rayon R correspondrait à une forme qui maintiendrait toujours le même périmètre P. Egalement, l'utilisation d'un seul câble ou d'un autre organe tendeur, mais passant cette fois au-travers des composants tubulaires par l'intermédiaire de perforations disposées excentriquement, ne donnerait pas un résultat satisfaisant puisque la post-tension du câble ou d'un autre organe tendeur provoquerait une déformation du profil donné seulement dans une direction et qu'il en résulterait que la structure ne serait pas auto- portante. Cependant, l'utilisation de deux câbles, ou autres organes tendeurs, coopérant l'un avec l'autre et traversant les composants tubulaires par l'intermédiaire de perforations disposées à l'une ou l'autre extrémité de deux cordes de la section droite desdits composants tubulaires, placés sur les côtés opposés d'un même diamètre, donne une structure o la post-tension des câbles ou d'autres organes tendeurs produit des effets opposés et o, compte tenu de l'équilibre entre lesdits effets, il est possible d'obtenir des structures ayant des formes complètement stables et auto-portantes, sans avoir à faire intervenir des forces horizontales aux points d'appui puisque toutes ces forces sont absorbées par la structure proprement dite. Ce fait est illustré schématiquement sur la figure 1 qui montre comment la déformation d'un ensemble de deux câbles ayant les rayons indiqués R1 et R2, qui correspondent aux périmètres donnés P1 et P2' provoque des transformations correspondant aux rayons R3 et R4, ainsi qu'aux périmètres P3 et P4, qui sont respectivement différents. L'objet de cette invention est par conséquentd'obtenir une structure stable comprenant des composants tubulaires de toute forme, dimension et matériau, et des câbles post-tendus ou d'autres organes tendeurs, o les composants tubulaires comportent, à des intervalles appropriés sur leur longueur en fonction de leur résistance et de leur robustesse, deux paires de perforations ayant des diamètres appropriés afin de permettre le passage des câbles post-tendus ou autres organes tendeurs à fonction de support, chaque paire de perforations étant placée aux extrémités respectives d'une corde de la section droite du composant tubulaire, lesdites cordes correspondant aux deux paires de perforations étant situées sur des côtés opposés de part et d'autre d'un même diamètre de la section droite, l'ensemble constituant une structure stable, autoportante et dont la forme statique est déterminée par les longueurs relatives des deux câbles post-tendus ou autres organes tendeurs constituant chaque paire. Les composants tubulaires doivent, de préférence, être tous identiques et formés en un matériau approprié pour remplir la fonction prévue pour la structure dans chaque cas individuel (fonction de cou- verture ou autres) et qui, compte tenu des câbles porteurs ou d'autres organes tendeurs qui passent au travers des perforations respectives et qui sont post-tendus en correspondance, peuvent être joints ensemble pour obtenir des formes qui sont initialement instables mais qui devien- nent complètement stabilisées après la post-tension desdits câbles. Le nombre de paires de câbles ou d'autres organes tendeurs, la distance les séparant sur la longueur respective des composants tubu- laires et les dimensions des composants tubulaires proprement dits dépendent, dans chaque cas individuel, des résultats d'un calcul de stabilité. Les composants tubulaires ne doivent pas obligatoirement présenter une section circulaire. Celle-ci peut être elliptique ou même avoir une autre forme non sphérique, à condition que cette forme permette l'éta- blissement d'un contact continu, constant et uniforme entre les compo- sants tubulaires adjacents de la structure. On obtient une couverture d'une surface donnée, dans la direction de tension des câbles ou des autres organes tendeurs, par "l'engagement" d'un nombre donné de composants tubulaires ayant un diamètre donné sur des câbles ou d'autres organes tendeurs de dimension appropriée, et dans la direction perpendiculaire, en joignant ensemble le nombre nécessaire de composants tubulaires qui sont reliés entre eux et en introduisant les câbles porteurs ou autres organes tendeurs respectifs en chaque point de jonction. Une caractéristique très importante de cette invention consiste en ce que les structures stables, du type décrit ci-dessus, utilisées soit individuellement, soit en étant reliées ensemble d'une manière appro- priée, peuvent avoir les applications et les objectifs les plus variés. Ainsi, par exemple, si en adoptant le principe de cette invention, on utilise des composants tubulaires qui sont tous formés d'un matériau transparent et qui sont pourvus de perforations permettant le passage des câbles ou d'autres organes tendeurs, ils peuvent prendre la forme d'une serre utilisée dans l'agriculture et la structure est plus aisée à monter et à démonter et, en outre, elle est complètement récupérable. Il est également possible de construire des couvertures et des toitures pour des zones qui doivent être complètement protégées contre la pluie ou la neige, notamment par exemple, des abris de bus. Dans ce cas, les câbles porteurs ou d'autres organes tendeurs ne traversent pas les composants tubulaires proprement dits, ce qui créeraient des pro- blèmes d'imperméabilité à cause des perforations. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser des composants tubulaires spéciaux comportant lesdites perforations pour le passage des câbles porteurs ou d'autres organes tendeurs, ces composants spéciaux étant introduits, d'une manière complètement étanche à l'eau, dans les extrémités des composants tubulaires associés effectivement à la couverture et s'étendant entre les rangées respectives de câbles porteurs et de composants tubulaires spéciaux de la structure. Le fonctionnement de cette version de la structure de couverture conforme à l'invention est basé sur la mise en tension équilibrée des câbles porteurs ou autres organes tendeurs de façon à obtenir la forme imposée qui est, dans ce cas, celle décrite ci- dessus. Il est important de noter les avantages suivants des organes de couverture ou de toiture qui sont conçus en utilisant la structure décrite précédemment et qui concernent le montage de cette structure: le montage de la structure ne nécessite aucun échafaudage ou ossature de type analogue; les composants tubulaires constituant la structure sont positionnés et assemblés de façon appropriée sur le sol; les câbles ou autres organes tendeurs sont ensuite passés à travers des perforations et l'érection de la structure est effectuée en mettant ces cables en tension. Si cela s'avère nécessaire, l'imperméabilité de la structure peut être améliorée en traitant en correspondance les joints des compo- sants tubulaires. Dans une version plus perfectionnée, les composants tubulaires utilisés peuvent être adaptés en vue du captage de l'énergie solaire et ils peuvent alors être utilisés dans des bâtiments. Une autre application de la structure décrite ici concerne la construction d'un pont qui peut être monté sans qu'il soit nécessaire de prévoir un échafaudage, simplement en disposant les câbles porteurs ou autres organes tendeurs qui sont engagés au travers des-composants tubulaires, entre les deux points à relier, puis en les mettant sous tension. En utilisant le même principe, il est également possible d'installer des passerelles pour piétons et des ponts, (cf. par exemple figure 8). La structure qui vient d'être décrite peut aussi être suspendue en position verticale et on utilise alors des composants tubulaires inter- calaires spéciaux, comportant des paires de perforations, dans une succession constante et on fait passer dans lesdites perforations les câbles porteurs ou d'autres organes tendeurs, mais les composants tubulaires qui sont reliés auxdits composants spéciaux peuvent ou non être alternés, en fonction de l'application envisagée, en permettant ainsi de prévoir ou non des espaces entre eux (figure 9). Cette version peut être appliquée dans un certain nombre de situations différentes o ces caractéristiques sont extrêmement avantageuses. Ainsi, entre autres applications, il est possible de l'utiliser: i) comme échelle ou escalier de sauvetage contre l'incendie, les câbles porteurs -ou d'autres organes tendeurs- étant suspendus à deux consoles, placées à une distance donnée l'une de l'autre et traversant les organes porteurs tubulaires intercalaires spéciaux, et les composants tubulaires qui constituent les marches sont insérés alternativement dans ledits organes porteurs tubulaires spéciaux à des distances correspondant à la hauteur d'une marche; ii) comme revêtement protecteur pour des facades et des murs pignons de bâtiments pendant des travaux. Dans ce cas, la structure est identique à celle décrite ci-dessus, mais les composants tubu- laires sont reliés à tous les organes porteurs tubulaires spé- ciaux; iii) comme écran, auquel cas la structure est identique à celle décrite ci-dessus. iv) des structures semblables, mais placées horizontalement, peuvent être utilisées pour recouvrir des piscines lorsqu'elles ne sont pas en service, la structure ne devant pas entrer en contact avec l'eau et laissant au-dessus de celle-ci un passage libre et fixe; v) pour la construction d'habitations et d'autres espaces fermés de différentes formes et dimensions (cf. figure 7). Une autre caractéristique importante de cette invention consiste en ce qu'elle se compose seulement d'un petit nombre de types différents d'organes, qui sont simples et peuvent être aisément fabriqués en série et qui, en conséquence, sont économiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les fig. 1 & 2 représentent des schémas illustrant le principe sur lequel cette invention est basée; - la figure 3 montre schématiquement une structure conforme à l'invention qui est utilisée dans la construction d'une serre; - la figure 4 avec les figures de détail 4A, 4B, montre une struc- ture conforme à l'invention utilisée dans la cons- truction d'une couverture ou d'un abri dont l'imper- méabilité absolue est essentielle; - la figure 5 montre une structure à deux nappes conforme à l'in- vention qui peut être utilisée pour la couverture de très grandes surfaces; - la figure 6 montre une combinaison de structures conformes à cette invention qui sont utilisées pour la construc- tion d'un pont; - la figure 7 avec la figure de détail 7A, montre une combinaison - de structures conformes à cette invention qui sont utilisées pour la construction d'un espace fermé; - la figure 8 montre une structure conforme à l'invention utilisée pour la construction d'une passerelle ou d'un simple pont entre deux points donnés; - la figure 9 avec la figure de détail 9A, montre la construction d'une échelle suspendue construite en utilisant une structure conforme à cette invention; - les fig. 10 et 11 illustrent des exemples d'autres types de construction conformes à la présente invention, o les composants tubulaires ont, par exemple, une forme circulaire; - la figure 12 montre une structure conforme à cette invention o les composants tubulaires présentant une section droite triangulaire; - la figure 13 montre une structure conforme à cette invention o les composants tubulaires ont une section droite rectangulaire; et - la figure 14 montre une structure conforme à cette invention utilisée pour la construction de dalles planes en béton, sans longrines ou poutres, qui sont supportées par les câbles ou d'autres organes tendeurs incorpo- rés à la structure. On va maintenant considérer de façon plus détaillée chacun des dessins. Sur la figure 3, on peut voir une structure conforme à l'invention qui est utilisée pour la couverture d'une zone cultivée ou pour une serre, cette structure comportant des composants tubulaires 1 pourvus de paires de perforations 3, 3', à travers lesquelles passent les câbles porteurs ou autres organes tendeurs 2, 2'. Comme indiqué par les flè- ches, ces câbles sont tendus et, en correspondance au degré de tension exercé dans chacun des câbles 2 et 2', ils prennent des formes corres- pondant respectivement aux rayons R1 et R2, à partir desquels on obtient une forme stable déterminée de la structure. Les composants tubulaires 1 sont transparents dans ce cas particulier. Sur la figure 4, la structure de recouvrement doit être une structure imperméable et en conséquence les composants tubulaires 1 ne doivent pas être perforés. Les câbles porteurs ou autres organes ten- deurs 2, 2' sont, par conséquent, introduits par l'intermédiaire de composants porteurs tubulaires spéciaux qui peuvent être soit placés dans des positions extrêmes (composants 4) ou dans des positions inter- médiaires (composants 5) et qui, dans ce cas, comportent les paires de perforations 6, 6'. Les composants tubulaires de couverture 1, qui ne comportent pas de perforations, sont reliés aux composants porteurs spéciaux 4 et 5 et sont supportés par eux. Le composant tubulaire extrême spécial 4 est un organe cylindrique comportant-une partie terminale extérieure 7 de grand diamètre, c'est- à-dire la partie comportant les paires de perforations 6, 6' permettant le passage des câbles ou autres organes tendeurs 2, 2', son diamètre extérieur est égal à celui de la surface extérieure des composants tubulaires 1, et il est pourvu d'une partie intérieure 8 qui est plus étroite et qui est emmanchée dans les composants tubulaires 1, son diamètre extérieur étant approximativement égal à celui de la surface intérieure desdits composants 1. La figure 5 montre l'application d'une structure conforme à cette invention pour le recouvrement de grandes surfaces ou de larges portées et qui peut nécessiter l'utilisation de structures à 2, 3, 4, 5, etc. nappes comme cela est indiqué sur le dessin. La figure 6 montre l'application de la structure conforme à cette invention à la construction d'un pont spécial entre deux points ou culées donnés 9 et 10. La figure 7 illustre schématiquement une combinaison de structures conformes à l'invention pour la construction d'un volume fermé. Les parois sont constituées de composants tubulaires 1 qui sont reliés à des composants porteurs spéciaux 11, qui sont d'une forme et d'une structure semblables à celles des composants porteurs 4 représentés sur la figu- re 4. La figure 8 illustre l'application d'une structure conforme à cette invention à la construction d'une passerelle ou d'un simple pont entre deux points donnés. Cette structure est extrêmement simple, elle est assemblée au sol sur l'un des deux côtés à relier et les câbles ou autres organes tendeurs sont temporairement ancrés sur ce côté. Ensuite, la structure est placée en position entre ce côté et l'autre côté à relier en tirant les câbles jusqu'à l'autre côté et, en dernier lieu, les câbles ou autres organes tendeurs sont mis en tension et fixes en place. La figure 9 représente une structure conforme à cette invention qui comprend des composants porteurs tubulaires intercalaires 12, semblables aux composants tubulaires d'extrémité 4 représentés sur la figure 4, qui sont suspendus à une console 13. Dans cette version, la structure peut être utilisée comme une échelle verticale de sauvetage, o les marches ou barreaux sont constituées par les composants tubu- laires 1 reliés à des composants porteurs alternés 12 afin de permettre un espacement entre les marches, ou bien sous la forme d'un type de toiture ou de recouvrement protecteur pour des facades et des murs pignons exposés de bâtiments pendant des travaux effectués sur ceux-ci ou dans des zones adjacentes, par exemple. Dans ce cas, les composants tubulaires 1 sont reliés à tous les composants porteurs 12. Sur la figure 10 et la figure 11, les composants tubulaires 1 sont, par exemple, circulaires, ils sont stabilisés en utilisant des câbles ou autres organes tendeurs soumis à une tension après mise en place et ils sont supportés conformément au principe de l'invention, de sorte qu'ils permettent la construction de volumes fermés de différentes formes dans un grand nombre d'applications différentes. La figure 12 montre schématiquement une structure conforme à cette invention o les composants tubulaires 1 ont une section triangulaire et o, comme cela est évident, la structure peut être pourvue d'un axe directionnel rectiligne ou incurvé. La figure 13 représente un exemple d'une structure conforme à cette invention o les composants tubulaires ont une section rectangu- laire. La figure 14 montre l'application spécifique d'une structure du type représenté ici, o les composants tubulaires sont recouverts de béton 14 et sont utilisés pour la construction d'une dalle plane ne comportant aucune longrine ou poutre et o les organes porteurs sont les câbles porteurs post-tendus 2, 2' de la structure décrite conforme à l'invention; cette structure est d'abord assemblée sous la forme d'un coffrage horizontal puis le béton est ensuite coulé sur les éléments assemblés. Simplement pour donner d'autres exemples, on a indiqué ci-dessous une liste d'applications possibles de structures conformes à cette invention: i) comme couverture ou abri pour de larges portées ou de grandes surfaces de différentes dimensions dans deux directions (terrains de jeux, piscines, stades, centres d'exhibition, esplanades, stations services, couvertures protectrices pour des chantiers de construction de bâtiments pendant des travaux d'excavation, recouvrement protecteur pour des zones ou des travaux de démoli- tion ou d'implosion doivent être effectués, etc.; ii) comme organe de protection verticale pour des façades et des murs pignons de bâtiments, etc.; iii) comme passerelles pour piétons, passages, ponts, etc.; iv) comme coffrages pour des dalles en béton armé; v) comme escalier ou échelle verticale; vi) comme faux plafond ou toiture. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nom- breuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Structure stable constituée de composants tubulaires de toute forme, dimension ou matériau et de câbles porteurs post-tendus ou d'autres organes tendeurs, caractérisée en ce que les composants tubu- laires (1) comportent, à des intervalles appropriés conformément à leur longueur et à leur résistance, deux paires de perforations (3, 3') qui permettent le passage desdits câbles porteurs ou autres organes ten- deurs (2, 2'), en ce que les perforations de chaque paire sont situées aux extrémités respectives d'une corde de la section droite du composant tubulaire, et en ce que lesdites cordes correspondant aux deux paires de perforations sont situées sur des côtés opposés de part et d'autre d'un même diamètre identique de la section droite, l'ensemble constituant une structure stable dont la forme statique est déterminée par les longueurs relatives des deux câbles ou autres organes tendeurs post-tendus dans chaque paire. 2.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les composants tubulaires (1) sont, de préférence, tous identiques et fabriqués en série, en étant constitués d'un matériau approprié pour la fonction prévue pour la structure dans chaque cas individuel. 3.- Structure selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits composants tubulaires (1) sont formés d'un matériau transparent. 4.- Structure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits composants tubulaires (1) sont adaptés pour le captage de l'énergie solaire. 5.- Structure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les composants tubulaires (1) présentent une section droite circulaire ou elliptique ou autre, mais qui permette l'établissement d'un contact continu, constant et uniforme entre les composants tubu- laires adjacents de la structure. 6.- Structure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les perforations (3, 3') traversées par les câbles porteurs ou autres organes tendeurs sont disposées dans des composants porteurs spéciaux (4, 5) auxquels sont reliés les composants tubulaires (1) et en ce que, dans ce cas, lesdits composants tubulaires (1) ne comportent aucune perforation en permettant ainsi la réalisation de structures complètement étanches à l'eau. 7.- Structure selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisée en ce qu'elle se compose de différentes sections tubulaires semblables (1) assemblées parallèlement en quantités suffisantes pour permettre la couverture d'espaces ayant des surfaces de toutes dimen- sions dans la direction perpendiculaire aux câbles porteurs ou autres organes tendeurs (2, 2') et en ce que les sections tubulaires adjacentes sont reliées entre elles en utilisant des composants spéciaux de jonc- tion (11). 8.- Structure selon l'une des revendications 1 à 7, utilisable comme une couverture ou abri, caractérisee en ce que les organes tubu- laires (1) constituent l'organe de couverture et les câbles et autres organes tendeurs (2, 2') constituent les organes porteurs de la struc- ture. 9.- Application de la structure, ou d'une combinaison de struc- tures selon l'une des revendications 1 à 8, présentant des formes différentes appropriées à la réalisation d'équipements tels que des ponts, des passerelles pour piétons, des volumes fermés, des recouvre- ments protecteurs pour des façades et des murs pignons de bâtiments pendant des travaux, des escaliers ou échelles verticales, des toitures pour piscines, des ossatures portantes pour des dalles en béton armé et autres applications similaires. 10.- Procédé de fabrication de structures selon l'une des reven- dications 1 à 8, pour la réalisation de couvertures et d'abris ou de structures similaires, caractérisé en ce que les éléments (1) consti- tuant la structure sont complètement assemblés au sol et en ce que l'érection de la couverture est effectuée par mise en tension des câbles porteurs ou autres organes tendeurs (2, 2'), sans avoir besoin d'un échafaudage ou d'une ossature similaire.