Brevet FR2601710A1 — publié le 19880122

ELEMENT DE CONSTRUCTION DONT LA SURFACE EXTERIEURE EST CONSTITUEE POUR L'ESSENTIEL PAR DES EMBOITURES EN FORME DE PARABOLOIDE HYPERBOLIUE La présente invention concerne un élément de construction destiné à réaliser rapidement des assemblages, ainsi que les assemblages utilisant en totalité ou en partie cet élément de construction. Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est essentiellement celui du bâtiment et des travaux publics. Toutefois, l'invention peut être utilisée dans de nombreux autres domaines, en particulier celui des jeux de construction. Traditionnellement, les assemblages sont réalisés de manières diverses - mortier - béton - béton armé - parpaings assemblés entre eux à l'aide de mortier - éléments préfabriqués de forme complexe assemblés entre eux à l'aide de mortier ou d'autres produits - tenons et mortaises - encastrement - rainure et languette - onglet et enfourchement - emboitements - queue d'aronde - vis - écrous - boulons - raccords - brides - anneaux - bagues - goujons - fixations élastiques - rivets - oeillets - bagues et douilles à sertir - goupilles - clavettes et canelures - chevilles - clous - boutonnage - cosses - clips - bornes - agrafes - colliers - collage - soudage - brasage - dudgeonnage - sertissage - élément de construction s'assemblant à un élément identique dans une ou deux directions préférentielles Chacun des modes d'assemblage énumérés ci-dessus présente souvent un ou plusieurs des inconvénients suivants - la partie fonctionnelle du composant est distincte des parties du compo sant servant à l'assembler à d'autres composants : il en résulte une adaptation du composant à assembler au mode d'assemblage choisi ainsi qu'une grande variété des différents types de composants nécessaires à la réalisation d'un ouvrage déterminé. - utilisation d'outillage et de moyens spéciaux. - utilisation de produits annexes pour réaliser l'assemblage, tels que mortier, résine à deux composants, colle, etc... - préparation de ces produits annexes (et le plus souvent immédiatement avant les opérations d'assemblage concernées). - mise en oeuvre de techniques spécialisées (par exemple : soudure). - dépense d'énergie (électricité, air comprimé, carburant, etc...) pour préparer les produits annexes ou exécuter l'assemblage. - opérations de lignage. - opérations annexes pour permettre l'exécution de l'assemblage telles que coffrage et décoffrage pour les ouvrages en béton. - durée importante des operatåons d'assemblage. - temps morts importants pendant lesquels les opérations d'assemblage doi vent être interrompues tant que l'ouvrage, dans un stade intermédiaire; n'a pas atteint une résistance suffisante pour permettre la poursuite des opérations d'assemblage (opérations de séchage, durcissement par exemple). - altération des caractéristiques géométriques ou mécaniques des produits assemblés du fait du mode d'assemblage mis en oeuvre (retraits ou con traintes résiduelles consécutifs aux opérations de soudage par exemple). - limitation du champ d'application de la procédure d'assemblage envisagée du fait des contraintes techniques résultant de sa mise en oeuvre ou du fait de son coût, ce qui conduit à multiplier le nombre de techniques d'assemblage mises en oeuvre pour la réalisation d'un ouvrage déterminé, même lorsqu'il est fait appel à des éléments modulaires. La présente invention apporte une solution technique pour remédier à ces inconvénients. Ses objectifs techniques et économiques sont les suivants - développer des éléments de construction spécialement conçus pour les opérations d'assemblage (la partie fonctionnelle du composant ne se distinguant pas ou peu de celles utilisées pour les assemblages). - permettre à tout élément de construction de s'assembler avec un élément de construction identique ou de la même famille. - dans une famille d'éléments de construction compatibles entre eux, limiter le nombre de types différents d'éléments de construction. - faire en sorte que tout nouvel élément de construction apporté à l'ou vrage en cours de réalisation puisse s'assembler avec le plus grand nombre possible d'éléments de construction déjà mis en place, ceci afin d'obtenir la mailleure rigidité possible pour l'ouvrage final, si cela est souhaité. - assurer un verrouillage efficace des éléments de construction après assemblage. - transmettre correctement les efforts auxquels est soumis l'assemblage sans provoquer des concentrations de contraintes mécaniques excessives du fait de la forme d'assemblage. - rendre l'opération d'assemblage simple. - rendre l'opération d'assemblage rapide. - éviter autant que possible des altérations des caractéristiques géomé triques de l'ouvrage pouvant résulter de la procédure d'assemblage. - éviter autant que possible l'utilisation de produits annexes pour réali ser l'assemblage. - économiser autant que possible l'énergie mise en oeuvre pour la réalisa tion des assemblages. - supprimer autant que possible l'utilisation d'outillages spéciaux pour la réalisation des assemblages. - supprimer autant que possible la mise en oeuvre de techniques spéciali sées ou de procédures spécifiques pour la réalisation des assemblages. - supprimer autant que possible les temps morts entre deux opérations suc cessives d'assemblage. - supprimer autant que possible les opérations annexes à la réalisation de l'assemblage. - supprimer autant que possible les opérations de lignage. - limiter le nombre de techniques d'assemblage différentes nécessaires à la réalisation d'un ouvrage. Suivant l'utilisation qui en est faite, l'élément de construction selon l'invention permet d'atteindre ces objectifs en totalité ou en partie. Ces avantages résultent des propriétés générales de l'élément de construction selon l'invention, telles qu'elles sont exposées dans la présente description. Cette description se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre illustratif de l'invention, et sur lesquels - la figure 1 représente en perspective un exemple d'élément de construc tion selon la conception préférentielle, - la figure 2 représente en perspective certains détails de l'élément de construction selon la conception préférentielle et n'apparaissant pas sur la figure 1, - la figure 3 représente en perspective deux éléments de construction selon la conception préférentielle, de même module, et assemblés suivant une emboiture commune en forme de parabololde hyperbolique, - la figure 4 représente en perspective trois éléments de construction selon la conception préférentielle, de meme module, et assemblés deux à deux suivant des emboitures communes, - la figure 5 représente en perspective plusieurs éléments de construction selon la conception préférentielle, de même module, et assemblés deux à deux suivant des emboitures communes, - la figure 6 représente en perspective un exemple d'élément de construc tion dérivé de la conception préférentielle. Selon une conception préférentielle, l'élément de construction selon l'invention, et dont le principe est l'objet de la figure 1, se caractérise par - des sommets (1) qui se définissent dans un système d'axes trirectangu laires ox, oy, oz, comme appartenant à la famille de points dont les coordonnées sont x t na n y n + a cos n2 2 z = + a sin n - 2 n étant un entier variable quelconque nul ou positif, a ayant une valeur fixe quelconque. - des arêtes (2), segments de droite reliant les sommets (1) de rang n (x , y zn) aux sommets (1) de rang n+l (xn+i, 5'n+1' Zon+1 Toutes les arêtes (2) sont égales entre elles. Leurs longueur commune est de a 4 - des faces (3) portions de paraboloIde hyperbolique, chaque face (3) étant définie par le parabololde hyperbolique passant par quatre arêtes (2) consécutives formant un quadrilatère gauche fermé et délimitée par ces quatres arêtes (2). Deux arêtes (2) distinctes ayant un sommet (1) commun et délimitant la même face (3) font entre elles un angle de deux arcsin (1/ soit environ 70,50 ou environ 78,4 grade. Toutes les faces (3) sont égales sauf les demi-faces (4) des extrémités.Ces faces (3) ou demi-faces (4), sont les emboitures utilisées pour assembler entre eux des éléments de construction selon l'invention. - les plans perpendiculaires à l'axe de symétrie (5) (l'axe ox) et passant par les sommets (1) qui coupent les faces (3) suivant des arcs de para boles transversaux (6) tous égaux. - les deux plans passant par l'axe de symétrie (5) de l'élément de cons truction et les sommets (1) qui coupent les faces (3) suivant des arcs de parabole longitudinaux (7) égaux aux arcs de parabole transversaux (6). Ces deux mêmes plans coupent les demi-faces (4) suivant des arcs de parabole (8). - chaque face (3) qui a un centre (9), intersection des arcs de parabole (6) et (7) de la face concernée. Toute face (3) a un axe de symétrie (10) qui est la perpendiculaire à l'axe de symétrie (5) de l'élément de construction passant par son centre (9). - deux faces planes d'extrémité (11), chacune étant délimitée par des arcs de parabole transversaux (6) assurent la jonction entre les demi-faces (4). - le volume intérieur ou l'élément de construction (12) considéré, qui est délimité par l'ensemble des faces (3), des demi-faces (4) et des faces planes d'extrémité (11). - le volume (12) qui se caractérise par son "modules' (13) (la valeur a mentionné ci-dessus), soit la moitié de la distance entre deux sommets (1) opposés-d'une même face (3). Il se caractérise aussi par la distance entre les deux faces planes d'extrémité, appelée longueur (14), qui est un multiple entier (supérieur ou égal à 1) du module (13) (sur la figu re 1, donnée uniquement à titre illustratif, ce multiple est égal à 6). Ce multiple peut être quelconque. Quand il est égal à 1, le volume (12) ne comporte pas de faces (3) mais seulement des demi-faces (4). La figure 2 visualise des exemples de génératrices rectilignes (15) appartenant aux faces (3), aux demi-faces (4) et limitées aux arêtes (2) ou aux arcs de parabole transversaux (6). Selon la conception préférentielle, l'élément de construction selon l'invention jouit des propriétés générales suivantes - deux éléments de construction- (16) et (17), de même module (13), chacun de longueur (14) supérieure ou égale à 2 modules (13) (voir figure 3), peuvent s'assembler selon une emboiture qui est une face commune (3) ca ractérisée par les sommets (1), les arêtes (2), le centre (9) et l'axe de symétrie (10) de la face (3) commune, tous confondus. Les axes de sy métrie (5) des deux éléments de construction (16) et (17) sont perpendi culaires entre eux et la distance (19) entre leurs axes de symétrie (5) est égale au module (13). - la forme de paraboloïde hyperbolique de la face commune (3) contribue au verrouillage des deux éléments de construction (16) et (17). - les efforts auxquels est soumis l'un quelconque des deux éléments de construction (16) ou (17) peuvent se transmettre à l'autre par l'inter médiaire de la face (3) assurant le contact entre les deux éléments de construction (16) et (17), la forme de parabolode hyperbolique de cette face (3) n'étant pas une cause d'augmentation anormale des contraintes mécaniques résultant de l'effort transmis. - toute paire de deux éléments de construction (16) et (17) chacun de longueur (14) supérieure ou égale à 3 modules (13) déjà assemblés entre eux, peut s'assembler de la , me manière à un troisième élément de cons truction (18) de même module (13) et de longueur (14) supérieure ou égale à 3 modules (13) (voir figure 4). L'axe de symétrie (5) de ce troisième élément de construction (18) est perpendiculaire à chacun des axes de symétrie (5) des deux autres éléments de construction (16) et (17). Chacune des paires d'éléments de construction (18) et (16) d'une part et (18) et (17) d'autre part, jouit des mêmes propriétés que la paire (16) et (17). Il résulte des propriétés précédentes que des éléments de construction de même module (13) peuvent faire l'objet de combinaisons multiples dans deux directions perpendiculaires ou- trois directions trirectangulaires, permettant de réaliser des assemblages variés caractérisés par l'utilisation (en totalité ou en partie) d'éléments de construction selon l'invention, de même module (13). Voir figure 5 à titre d'exemple. Il peut aussi etre envisagé de combiner des assemblages réalisés comme indiqués ci-dessus sans que le module (13) commun à chaque assemblage individuel soit forcément le meme pour la combinaison globale réalisée à partir de ces assemblages individuels. Ces propriétés générales, qui resultent de la conception de l'élément de construction selon l'invention, caractérisent les résultats attendus du concept inventif général relatif à l'élément de construction selon l'invention. L'invention couvre également les variantes de conception apportées à l'élément de construction selon la conception préférentielle et qui ne remettent pas en cause ces propriétés générales. Le plus souvent (voir figure 6), ces variantes se caractérisent par des raccordements (24) entre les emboitures (20), ces emboitures (20) assurant aux assemblages la conformité aux propriétés générales du concept inventif général, alors que les raccordements (24) se caractérisent par le fait qu'ils n'empêchent pas ces emboitures (20) de satisfaire aux propriétés générales du concept inventif général tout en les reliant entre elles. Parmi les possibilités de variantes, on peut citer à titre d'exemples - limiter la surface extérieure de l'élément de construction à un ou plu sieurs plans quelconque coupant cette surface extérieure, pouvant passer ou non par l'axe de symétrie (5) de l'élément de construction, de maniè re à assurer, par exemple, un plan de pose ou rendre plane la surface extérieure de l'assemblage réalisé ; le ou les plans peuvent aussi être remplaces par des surfaces quelconques. - raccorder la surface extérieure à des plans non secants par des plans passant par les arêtes dans le but d'obtenir un plan de pose ou rendre plane la surface extérieure de l'assemblage realisé. Le ou les plans peuvent aussi être remplacés par des surfaces quelconques. - le fait que l'élément de construction peut être creux, partiellement creux, comporter des orifices connectés ou non entre eux, ces orifices débouchant ou ne débouchant pas sur les faces (3), les demi-faces (4) ou les faces planes d'extrémité (11). - arrondis des sommets (1), des arêtes (2), des arcs de parabole transver saux (6) délimitant les faces planes d'extrémité (11) ou autres faces planes ou en forme délimitant l'élément de construction. En définitive, un élément de construction dérive (voir figure 6) d'un élément de construction de référence selon la conception préférentielle se caractérise par - un axe rectiligne (5), qui n'est pas nécessairement un axe de symétrie, - son module (13), - des emboitures (20) en forme de paraboloide hyperbolique de même forme que les emboitures (3) ou (4) de l'élément de construction de référence, et par conséquent de meme axe (10), et disposées de la meme manière que sur l'élément de construction de référence, pouvant etre limitées à leur périphérie par des lignes (21) autres que les arêtes (2) ou que les arcs de parabole (6), pouvant également comporter des lignes (22), extrémités d'orifices internes (23), le nombre des emboitures (20) étant inférieur ou égal au nombre d'emboitures (3) ou (4) de l'élément de construction de référence mais non nul, pouvant également comporter des raccordements (24) entre emboitures (20). Ainsi, toutes les modifications apportées à l'élément de construction de référence n'empêchent pas que l'assemblage constitué par un élément de construction dérivé- assemblé à un autre élé ment de construction (de référence ou dérivé), de même module (13), sa tisfasse la totalité des propriétés suivantes les deux éléments de construction ont une emboiture commune (20) dont les axes (10) sont confondus, les deux éléments de construction ont leurs axes (5) perpendiculaires, la distance (19) entre ces deux axes est égale au module (13). Il est donc possible, dans un assemblage constitué d'éléments de construction selon la conception préférentielle, de remplacer un ou plusieurs éléments de construction de référence par des éléments de construction dérivés, chaque élément de construction dérivé ayant le même module (13) que l'élément de construction de référence qu'il remplace et s' assemblant en totalité ou en partie aux éléments de construction auxquels était assemblé l'élément de construction de référence avant remplacement. L'élément de construction selon l'invention est réalisé avantageusement par moulage d'un béton, de composition appropriée (tant en ce qui concerne le ciment, les agrégats ou les adJuvants) à une fabrication par moulage comme a l'utilisation envisagée, introduit dans un moule en métal, centrifugé, étuvé, démoulé et séché pendant le temps nécessaire pour que le béton obtienne les caractéristiques mécaniques requises pour l'application envisagée.Selon l'utilisation envisagée, l'élément de construction selon l'invention peut être aussi réalisé par l'un des procédés ci-après - moulage en béton armé, - moulage en mortier, - moulage en beton léger, - moulage en béton de fibre de carbone, - moulage en béton de fibre de verre, - moulage en matière plastique rigide, - moulage en matière plastique souple, - moulage en matériau isolant, - usinage de toute matière solide, l'outil suivant les génératrices (15) des parabololdes hyperboliques ou encore suivant des paraboles intersec tions des faces (3) ou demi-faces (4) par des plans perpendiculaires à l'axe (5), - façonnage (par emboutissage, moulage, déformation thermopastique) de tôles ou plaques (renforcées intérieurement ou non, les renforts se fai sant de facon préférentielle le long des génératrices (15), pour obtenir des faces (3) ou demi-faces (4) raccordées entre elles par soudage, par agrafage, par rivets, par oeillets ou par vis et écrous, - réalisation d'un treillis assemblé par soudage ou boulons et vis, les éléments du treillis étant rectilignes et épousant les génératrices (15) des parabololdes hyperboliques, ou encore épousant les paraboles inter section des faces (3) et des demi-faces (4) avec des plans perpendicu laires à l'axe (5), - tissage en fil résistant épousant sensiblement les génératrices (15) des paraboloides hyperboliques, le fil (pouvant être enroulé sur un support intérieur de faible rigidité assurant éventuellement une fonction d'iso lant thermique) étant noyé dans une matrice en résine pour obtenir un plastique armé. Les éléments de construction selon l'invention, peuvent être utilisés pour réaliser - des piliers, - des poutres, - des linteaux, - des ossatures, - des charpentes, - des structures bi ou tridimensionnelles, - des murs, - des planchers, des dalles, - des habitations individuelles ou collectives, - des bâtiments à usages industriels ou commerciaux, - l'isolation thermique des habitations et des bâtiments, - des ouvrages d'art (ponts, tunnels, digues, barrages, etc...), - des ouvrages de travaux publics, - des ouvrages offshore, - des éléments de navires, d'aéronefs, de véhicules automobiles, ferro viaires ou spaciaux, - des contenants, - des réservoirs, - des mobiliers, - des dispositifs de fixation, - des grilles, des barrières, des caillebotis, des filtres, - des dispositifs de fermeture, - des coffrages permanents restant en place après coulée du matériau de remplissage, - des échafaudages, - des accouplements, - des jouets, - des jeux de construction, - des modèles réduits, - des oeuvres d'art. REVENDICATIONS 1. Elément de construction pour réaliser des assemblages, caractérisé par - des sommets (1) qui se définissent dans un système d'axes trirectangulai res ox, oy, oz comme appartenant à la famille de points dont les coordon nées sont : Xn = na, l'axe des x coïncidant avec l'axe de symétrie (5) de l'élément de construction n etant un entier variable, quelconque, nul ou positif, a ayant une valeur fixe quelconque et appelé le module (13). - des arêtes (2), segments de droite reliant les sommets (1) de rang n (xn, yn, Zn) aux sommets (1) de rang n+l (x +1 Yn+ls Zn+l)' - des faces (3), portions de paraboloïde hyperbolique, chaque face (3) étant définie par le parabolofde hyperbolique passant par quatre arêtes (2) consécutives formant un quadrilatère gauche fermé et délimitée par ces quatre arêtes (2), toutes les faces (3) étant égales entre elles, sauf les demi-faces (4) aux extrémités qui se définissent de la même manière que les faces (3) sauf que chaque demi-face (4) est limitée par l'arc de parabole transversal (6) qui est son intersection avec la face plane d'extrémité (11) correspondante qui est un plan perpendiculaire à l'axe de symétrie (5) de l'élément de construction et passant par le sommet (1) définissant cette extrémité, la distance entre les deux faces planes d'extrémité (11), appelée longueur (14), étant un multiple entier, quelconque, supérieur ou égal à 1 du module (13), étant entendu que l'élément de construction ne comporte pas de faces (3) lorsque la lon gueur (14) est égale à un module (13). - une surface extérieure délimitée par l'ensemble des faces (3), des demi- faces (4) et des faces planes d'extrémité (11) et englobant un volume (12). - le fait que deux éléments de construction (16) et (17) de même module (13), chacun ayant une longueur (14) supérieure ou égale à 2 modules (13), assemblés suivant une emboiture constituée d'une face commune (3) ont leurs axes de symétrie (5) perpendiculaires, non concourants, la distance (19) entre ces deux axes de symétrie (5) étant égale au module (13). - le fait que trois éléments de construction (16), (17) et (18) de même module (13), chacun ayant une longueur (14) supérieure ou égale à 3 modules (13), peuvent s'assembler deux à deux suivant une emboiture commune constituée d'une face (3), l'axe de symétrie (5) de chacun des éléments de construction étant perpendiculaire à chacun des deux autres axes (5), la distance (19) entre deux axes de symétrie (5) étant égale au module (13). 2. Elément selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe (5) peut ne pas être de symétrie, qu il comprend des orifices internes (23) et qutas- semblé à un élément de même type, les emboitures sont communes, les axes (5) perpendiculaires séparés d'une distance (19) égale à un module (13). 3. Elément selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'axe (5) peut ne pas êytre de symétrie, qu'il comprend des raccordements (24) et qu'as semblé à un élément de même type, les emboitures sont communes, les axes (5) perpendiculaires séparés d'une distance (19) égale à un module (13). 4. Ensemble constitué d'un nombre quelconque d'éléments tels que définis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il s'étend suivant deux directions perpendiculaires ou trois directions trirectangu laires, ces éléments étant assemblés entre eux suivant des emboitures com munes, les faces (3) portions de paraboloide hyperbolique, et par le fait que tout élément de base tel que défini dans la revendication 1 peut être remplacé par un élément dérivé, de même module, tel que défini par la re vendication 2 ou par la revendication 3.