Brevet FR2852620A1 — publié le 20040924

DISPOSITIF DE REFUGE PARASISMIQUE La présente invention se rapporte au domaine des abris ou des refuges pour la protection des personnes. La 5 présente invention se rapporte plus particulièrement au domaine des dispositifs, cages ou abris, constituant des structures indépendantes de la structure habitable existante et apte à assurer une protection aux habitants et usagers en cas d'effondrement de ladite structure, en 10 particulier dans le cas d'un tremblement de terre. Beaucoup de bâtiments anciens destinés au public écoles, bâtiments administratifs, structures hospitalières, stations de transport, etc... sont considérés comme 15 incapables de résister à une sollicitation sismique dans les zones soumises à ce risque. Pour beaucoup d'entre eux, la solution d'un renforcement des structures est jugée inadaptée ou d'un coût trop important, entraînant la nécessité de l'abandon à terme du bâtiment et sa 20 reconstruction à neuf. Lorsque le coût de renforcement d'un bâtiment est trop élevé, une solution envisagée vis-à-vis des séismes consiste à aménager des refuges à proximité du bâtiment. 25 Ainsi, l'art antérieur connaît déjà le brevet anglais GB 2255988 qui décrit un abri se présentant sous forme d'une cage avec des barreaux parallèles, s'étendant à partir d'une base ou socle, sur tous les côtés et un toit, 30 ou une plaque formant toit, sans orifice, fixé au sommet desdits barreaux parallèles. La cage dispose en outre d'une ouverture (non obturable) permettant aux personnes de s'abriter sous le toit de cette cage, afin de se protéger contre d'éventuelles chutes de pierres ou de gravas. Cette cage sert éventuellement à protéger des personnes mais elle ne permet en aucun cas de protéger la structure existante pour l'empêcher de s'effondrer, et cette cage doit donc subir pleinement la masse des étages ou des débris du plafond s'effondrant. Il est proposé, dans la demande de brevet international WO 0156632 une capsule de sauvetage indépendante s'installant dans un bâtiment ou à proximité 10 immédiate. Ce refuge comporte une coquille protectrice extérieure assez solide pour résister aux charges résultant des dommages subits par le bâtiment lors d'événements graves ainsi qu'un revêtement intérieur rembourré et muni d'attaches de sûreté pour protéger les occupants en cas de 15 chute. Le dispositif se compose d'une structure externe faite de tube métallique rempli d'un matériau ignifuge. Les différentes faces de la structure comprennent des panneaux d'acier creux qui sont soudés les uns aux autres et remplis avec du ciment. Ces panneaux sont également soudés au toit 20 et au plancher, ce qui rend le dispositif non démontable. De la même manière que précédemment, dans ce système, les personnes qui cherchent à se protéger contre un effondrement éventuel de l'immeuble ou de l'habitation 25 dans laquelle il se trouve doivent se rendre jusqu'à l'abri. Or, il clair que dans l'état de panique dans lequel sont les personnes présentes et également en raison des secousses occasionnées par le tremblement de terre, il est très difficile et dangereux de se rendre jusqu'à cet abri. 30 La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un refuge parasismique installé à l'intérieur des pièces occupées, la structure du refuge étant capable de résister à l'effondrement du bâtiment, qu'il y ait un seul ou plusieurs étages, de telle sorte que les personnes présentes à l'intérieur de la pièce ainsi équipée ne soient ni ensevelies ni écrasées. En effet, étant donné que la 5 durée d'un séisme est généralement très courte, il est pratiquement impossible de marcher sans tituber pendant les secousses, et donc de se déplacer rapidement d'un endroit à un autre pour se mettre à l'abri ou sortir d'un bâtiment. Cette solution protège localement les occupants sans les 10 obliger à fuir en panique. Pour ce faire, la présente invention consiste en un dispositif de refuge parasismique, destiné à être installé dans une pièce, comprenant une pluralité de pieds formant 15 le piétement dudit refuge, une base reliant les extrémités inférieures des pieds du piétement, la structure du refuge occupant un espace légèrement inférieur au volume de la susdite pièce et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce que les extrémités supérieures des 20 susdits pieds sont reliées entre elles par une pluralité de poutres, une première fraction de la pluralité de poutres sont disposées parallèlement les unes aux autres tandis que les autres poutres, formant la seconde fraction des poutres, sont disposées parallèlement entre elles et 25 sensiblement perpendiculaires aux poutres de la première fraction; les deux fractions formant la toiture du refuge. De préférence, ce dispositif comprendra une structure couvrante disposée sur la susdite toiture. Selon un mode d'exécution de l'invention, la structure couvrante pourra consister en un grillage présentant un maillage inférieur à environ 5 x 5 centimètres (cm). Le grillage pourra être en matériau carbone-époxy ou en acier. Selon un second mode d'exécution de l'invention, la 5 structure couvrante pourra consister en des plaques solidaires des susdites poutres. Dans ce cas, les plaques solidaires des poutres seront en plâtre armé, en matériau composite, en métal, en bois ou en béton armé avec une armature soit métallique soit en composite. 10 Avantageusement, la base pourra consister en un grillage, par exemple réalisé en matériau composite ou métallique. De la même manière, la base pourra également consister en un treillis en matériau métallique ou composite dans une matrice, par exemple du béton; la base étant alors éventuellement surmontée d'un faux plancher. Avantageusement, les poutres et les susdits pieds de la structure seront en métal, par exemple en acier ou en aluminium, ou en matériau composite, à base d'un renfort en fibres synthétiques par exemple en carbone, aramide ou en fibres de verre, et d'une matrice en résine 25 thermodurcissable ou thermoplastique, en bois ou en béton armé, éventuellement en une matière naturel résistante tels que par exemple le bambou. Selon une possibilité offerte par l'invention, les 30 poutres et/ou les pieds de la structure seront assemblés par soudure, rivetage ou par boulonnage lorsque ces dernières sont en métal, en composite ou en bois et collées entre elles dans les autres cas. Les poutres et les pieds de la structure pourront consister en un matériau composite; les poutres et les pieds étant fixées entre elles par l'intermédiaire de dispositifs de jonction, tels que des sphères. Dans ce cas, 5 les poutres et les pieds de la structure pourront consister en des tubes creux, éventuellement remplis de béton; la liaison entre les dispositifs de jonction et chacune des poutres étant assurée par une tige, éventuellement filetées à l'une de ses extrémités. Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, le piétement sera distant des murs latéraux de la pièce d'une distance comprise entre 2 et 5 centimètres. De la même manière, la susdite toiture du refuge sera distante du plafond de la pièce d'une distance comprise environ entre 0,5 et 5 centimètres, de préférence entre 1 et 2 centimètres. Grâce à ces particularités, l'invention permet donc de réduire à la fois la durée des travaux et de ne pas perturber l'exploitation de ce bâtiment. Par ailleurs, la fonction première de ce dispositif offre un refuge apte à 25 protéger très efficacement les personnes présentes dans une pièce, de par sa structure qui soutient les murs et le plafond de la pièce et protège également les personnes contre les effondrements desdits murs ou plafonds. Ce dispositif est également remarquable de par le simple fait 30 que les personnes sont protégées in situ et n'ont pas la nécessité de se déplacer, dans la panique, vers un abri distant. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: - La figure 1 est une représentation tridimensionnelle schématique du dispositif selon l'invention; - La figure 2 illustre une vue schématique en coupe du dispositif selon l'invention installée dans une 10 pièce d'habitation, en position de " repos " ou d'oscillations faibles et lors d'oscillations fortes au court d'un tremblement de terre; - La figure 3 illustre une vue en coupe d'un mode de réalisation et de fixation des tubes de la structure du 15 dispositif. Comme cela est représenté sur la figure 1, le dispositif de refuge 1 selon l'invention se compose d'une pluralité de poutres formant vue de dessus un ensemble de 20 forme rectangulaire ou carré. Aux quatre angles droits 2 de la structure se trouvent respectivement quatre poutre de soutènement 3, ou pieds, s'étendant verticalement depuis la base 4 jusqu'à la partie formant toiture 5. À partir de chaque extrémité inférieure des poutres de soutènement 3 25 s'étendent obliquement deux poutres 6, 6' reliées à leurs extrémités supérieures par une poutre 7 disposée horizontalement; cette structure 3, 6, 6', 7 formant un trièdre particulièrement adapté pour la résistance à la rupture au niveau des quatre angles 2 de la structure du 30 dispositif de refuge 1. Les poutres 3, 6, 6' et 7 forment les pieds de la structure du refuge 1, c'est-à-dire le piétement. Dans l'exemple choisi pour représenter l'invention, la toiture 5 est formée de quatre poutres 8 parallèles et de quatre poutres 9 disposées perpendiculairement aux autres poutres. L'ensemble de la toiture 5 forme ainsi un 5 maillage sensiblement régulier, disposant de carrés ou de rectangles de dimensions égales. Les poutres 8, 9 de la toiture 5 s'étendent logiquement suivant un plan parallèle au sol de la pièce dans laquelle se trouve le dispositif de refuge 1. La base 4 du dispositif de refuge 1 est ici également constituée d'une pluralité de lamelles 10 disposées sensiblement à l'identique des poutres 8 et 9 de la toiture 5 et reliant respectivement les quatre 15 extrémités inférieures des poutres de soutènement 3, ou pieds. Ainsi, la structure du dispositif 1 consiste en un treillis de poutres encastrées de préférences entre elles 20 (éventuellement articulées) formant un cadre contreventé dans les trois plans. Les poutres encastrées permettent d'augmenter le degré d'hyperstaticité du système, de réduire sa souplesse donc de le rendre plus efficace. Les solutions sont soit à réaliser sur mesure, soit existantes pouvant être détournées de leur fonction initiale telles que: - Les échafaudages tubulaires, - Les systèmes appelés "structures tridimensionnelles" conçues pour réaliser des couvertures de grande portée notamment celles exploitant les noeuds sphériques, comme cela est représenté sur la figure 3. Les matériaux susceptibles de répondre à la problématique de la reprise de charge sismique en cas d'effondrement du bâti sont: * Les métaux comme l'acier ou l'aluminium en 5 profilés industriels sous forme de poutrelles ou de tubes carrés, rectangulaires ou cylindrique, * Les matériaux composites pultrudés de même forme que le profilés métalliques à base: d'un renfort en fibres synthétiques comme par 10 exemple le carbone, l'aramide, le PVA ou de fibres de verre, - d'une matrice en résine thermodurcissable (polyester, époxy..) ou thermoplastiques, * Le bambou qui est une herbe donc facile à se 15 procurer, notamment aux Antilles, mais qui doit subir un traitement par rapport aux attaques d'insectes xylophages afin de conserver ses qualités mécaniques dans le temps, * Le bois sous forme de poutres en bois massif, lamellé-collé ou mixte bois-composite. * Le béton à hautes et très hautes performances, armé, précontraint ou confiné. Étant donné les dimensions importantes du maillage de la toiture 5 (entre 1 m et 3 m), il pourra être 25 nécessaire de compléter le dispositif 1 par des éléments annexes dans le cas o les parois verticales et (ou) horizontales de la pièce dans laquelle se trouve le dispositif 1, sont de nature à se désintégrer lors des sollicitations comme c'est souvent le cas des maçonneries 30 et des planchers anciens constitués de solives et voûtains. Plusieurs solutions sont envisagées * un traitement par-dessus: renforcement en surface du plancher par le collage d'un grillage composite afin de conserver une intégrité du dallage. Il pourra être utilisé des lamelles (métalliques ou composite) de très faible épaisseur (quelques millimètres), - dans le cas o les risques seraient très élevés de voir le diaphragme se désintégrer, la structure pourra être complétée par un treillis de poutres similaires à celui du plafond au sol ce qui nécessitera de créer un faux 10 plancher pour couvrir les poutres. * un traitement par-dessous: - Renforcement en sous face du plancher par la fixation d'un grillage métallique ou le collage d'un grillage composite afin de conserver une intégrité du 15 plafond. * un traitement associé au treillis indépendant des parois, en disposant un habillage du treillis à l'aide de plaques minces solidaires des poutres, afin de bloquer les morceaux susceptibles de passer à travers le maillage. Ces 20 plaques pourront être de natures différentes suivant les charges à reprendre: - béton armé avec une armature soit métallique soit en composite, - plâtre armé, - composite (sandwich traditionnel, tissu tridimensionnel), - métallique (acier, zinc, aluminium, laiton...), - bois (contreplaqué, panneau de particules...). * une structure couvrante, non représenté sur les 30 figures annexées, disposée sur la susdite toiture: - selon un mode d'exécution de l'invention, la structure couvrante consiste en un grillage présentant un maillage inférieur à 5 x 5 centimètres (cm).Le grillage pourra être en matériau composite ou métallique, - selon un second mode d'exécution de l'invention, la structure couvrante consiste en des plaques solidaires 5 des susdites poutres. Dans ce cas, les plaques solidaires des poutres seront en plâtre armé, en matériau composite, en métal, en bois ou en béton armé avec une armature soit métallique soit en composite. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, un mode de réalisation et d'assemblage des poutres de la structure du dispositif de refuge est illustré. En effet, l'assemblage des éléments de la structure du dispositif pourra être: * soit démontable pour une réutilisation (déménagement, protection provisoire avant le renforcement), * soit définitif, par exemple par soudure des éléments métalliques, collage pour le bois ou les 20 composites. Ainsi, le dispositif selon l'invention pourra être installé de façon provisoire ou définitive. Dans l'exemple de la figure 3, les poutres 3, 6, 25 6', 7, 8, 9 consistent en des tubes pultrudés creux comportant soit du béton 11 soit uniquement un insert 12, par exemple en béton et collé en atelier au tube, dans lesquels une tige 13 pleine est fixée. Les tiges 13 utilisées comprennent à leur autre extrémité, opposée à 30 celle fixée dans une poutre, une partie filetée, non représentée sur les figures, de sorte que ces tiges 13 peuvent idéalement être fixées mécaniquement à des dispositifs de jonction 14, en l'occurrence des sphères pleines, aptes à permettre la fixation d'une pluralité de tiges 13, et donc de poutres 3, 6, 6', 7, 8, 9. Cette solution offre l'avantage d'un montage rapide, sec et réglable. Concernant les appuis de la structure du dispositif de refuge 1 vis-à-vis du sol, soit le système ne nécessite pas d'éléments poutres au sol ou ce dernier en nécessite. Dans le premier cas, la structure du dispositif 1, à savoir les pieds ou poutres de soutènement 3, repose sur le 10 plancher et est fixée grâce à des platines scellées mécaniquement par chevillage, dans le cas o le plancher est résistant et homogène. Dans le deuxième cas, la structure du dispositif de refuge 1 comporte des éléments de fixation mécanique classique pour l'homme du métier qui 15 doivent être recouverts par un faux plancher. Le dimensionnement des poutres 3, 6, 6', 7, 8, 9 de la structure est choisi suivant la résistance à la rupture en flexion et en cisaillement ainsi que la stabilité au 20 flambement. Ainsi, l'intérêt d'encastrer les poutres 3, 6, 6', 7, 8, 9 entre elles, est de diviser par deux leur longueur de flambement par rapport à des systèmes articulés. L'espace horizontal "e" entre le refuge 1 et les parois, murs 15 et plafond 16, de la pièce 15, 16 est de l'ordre de 2 à 5 cm suivant la composition desdites parois, il peut être plus faible en vertical entre le plafond 16 et la toiture 5 car généralement les accélérations verticales 30 sont nettement inférieures aux accélérations horizontales, de l'ordre de 1/10. Ainsi, du point de vue mécanique, le refuge est très rigide et très résistant; il laisse le bâtiment osciller librement pour une faible secousse. Il est donc construit à l'intérieur du volume à protéger constitué par la pièce d'habitation avec des écarts tout autour correspondant à l'amplitude des oscillations maximales 5 prévisibles dans le domaine élastique. Il n'entre en fonction que pour de fortes sollicitations entraînant des dommages importants à éviter, tels qu'un effondrement partiel ou total de la pièce. La figure 2 illustre schématiquement la place qu'occupe le dispositif de refuge 10 1 de l'invention dans une pièce 15, 16 avec la distance qui le sépare de ses murs 15 et plafond 16 ainsi que le cas o la pièce est sollicitée par de fortes oscillations, c'està-dire dans le domaine post-élastique. Le dispositif de refuge 1 selon l'invention est destiné à la fois aux ouvrages individuels tel qu'un pavillon et aux ouvrages recevant du public, tels que les bâtiments HLM (habitation à loyer modéré), les écoles, les cinémas.... Pour les maisons d'habitation, les espaces à 20 privilégier pour l'installation de ce dispositif de refuge 1 sont les chambres tandis que pour les groupes scolaires, la salle de classe sera à équiper en priorité. Ce système peut équiper une ou plusieurs pièces 25 d'un immeuble auquel cas il aurait un autre rôle indirect de renforcement en d'évitant l'effondrement global du bâti. Les étages de l'immeuble ne s'effondrent pas, les poteaux reprennent la descente de charge verticale. La solution la plus efficace consiste à superposer les systèmes les uns au 30 dessus des autres, les occupants n'étant pas écrasés par les planchers ou les murs. L'installation multiple du refuge parasismique 1 à des emplacements clés dans le bâti, notamment en rive et dans les angles pourrait éviter l'effondrement total d'un bâtiment comme cela se produit souvent pour les ossatures poteau-poutre avec un remplissage en maçonnerie. Ils joueraient alors un rôle de soutien des planchers qui empêcherait le phénomène de mille-feuilles de se produire. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour 10 autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refuge parasismique (1), destiné à être installé dans une pièce (15, 16), comprenant 5 une pluralité de pieds (3, 6, 6', 7) formant le piétement dudit refuge (1), une base (4) reliant les extrémités inférieures des pieds (3) du piétement, la structure"du refuge (1) occupant un espace légèrement inférieur au volume de la susdite pièce (15, 16), caractérisé en ce que 10 les extrémités supérieures des susdits pieds (3) sont reliées entre elles par une pluralité de poutres (8, 9), une première fraction (8) de la pluralité de poutres (8, 9) sont disposées parallèlement les unes aux autres tandis que les autres poutres (9), formant la seconde fraction (9) des 15 poutres (8, 9), sont disposées parallèlement entre elles et sensiblement perpendiculaires aux poutres (8) de la première fraction (8) ; les deux fractions (8) et (9) formant la toiture (5) du refuge (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une structure couvrante disposée sur la susdite toiture. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure couvrante consiste en un grillage présentant un maillage inférieur à environ 5 x 5 centimètres (cm). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le grillage est en matériau carboneépoxy ou métallique. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure couvrante consiste en des plaques solidaires des susdites poutres (8, 9). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite base (4) consiste en un grillage, par exemple réalisé en matériau composite ou métallique. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite base (4) consiste en un treillis en matériau métallique ou composite dans une matrice, par exemple du béton; la base (4) étant alors éventuellement surmontée d'un faux plancher. 15 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les susdites plaques solidaires des poutres (8, 9) sont en plâtre armé, en matériau composite, en métal, en bois ou en béton armé avec une armature soit 20 métallique soit en composite. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poutres (8, 9) et les pieds (3, 6, 6', 7) sont en métal, par exemple en acier ou en 25 aluminium, ou en matériau composite, à base d'un renfort en fibres synthétiques par exemple en carbone, aramide ou en fibres de verre, et d'une matrice en résine thermodurcissable ou thermoplastique, en bois ou en béton armé, éventuellement en une matière naturel résistante tels 30 que par exemple le bambou. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les poutres (8, 9) et/ou les pieds (3, 6, 6', 7) sont fixées par soudure, rivetage ou boulonnage lorsque ces dernières sont en métal et collées entre elles dans les autres cas. 11. Dispositif selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce que les poutres (8, 9) et les pieds (3, 6, 6', 7) consistent en un matériau composite ou métallique; les poutres (8, 9) et les pieds (3, 6, 6', 7) de la structure étant assemblées entre elles par l'intermédiaire de dispositifs de jonction (14), tels que 10 des sphères. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les poutres (8, 9) et les pieds (3, 6, 6', 7) de la structure consistent en des tubes creux, 15 éventuellement remplis de béton; la liaison entre les dispositifs de jonction et chacune des poutres étant assurée par une tige (13), éventuellement filetées à l'une de ses extrémités. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piétement (3, 6, 6') est distant des murs (15) latéraux de la pièce (15, 16) d'une distance comprise environ entre 2 et 5 centimètres. 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite toiture (5) du refuge (1) est distante du plafond (16) de la pièce (15, 16) d'une distance comprise environ entre 0,5 et 5 centimètres, de préférence entre 1 et 2 centimètres.