Brevet FR3129161A1 — publié le 20230519

L’invention concerne une structure porteuse en treillis comprenant deux longerons (L1, L2) espacés l’un de l’autre et reliés l’un à l’autre par des paires de poutres agencées en croix (C1-C5). Chaque poutre comporte deux skis s’étendant en vis-à-vis l’un de l’autre de part et d’autre de deux entretoises qui sont distantes le long de ces skis, ainsi que deux moyens de fixation tels que des boulons traversant chacun une entretoise et les deux skis pour les enserrer. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Structure porteuse en treillis constituée de skis usagés L’invention concerne un élément de structure formé de poutres en treillis, destiné par exemple à constituer une partie d’une charpente supportant une toiture. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L’invention concerne la fabrication d’une structure porteuse dite en treillis, c’est-à-dire formée de plusieurs poutres agencées selon un motif s’apparentant à celui d’un treillis pour présenter une tenue mécanique appropriée. Une telle structure peut faire partie d’une charpente portant une toiture, en étant en appui par chacune de ses extrémités sur un mur porteur, et en supportant une portion de toiture au niveau de sa partie supérieure. De telles structures peuvent être fabriquées par assemblage de poutres en bois, par assemblage de poutres métalliques mécano-soudées, et elles peuvent aussi être fabriquées en béton. Malgré l’optimisation des processus de fabrication, il s’avère que le coût de fabrication de telles structures reste malgré tout important. Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant de fabriquer une telle structure à moindre coût. A cet effet, l’invention a pour objet une structure porteuse en treillis comprenant deux longerons espacés l’un de l’autre et reliés l’un à l’autre par des paires de poutres agencées en croix, caractérisé en ce que chaque poutre comporte deux skis s’étendant en vis-à-vis l’un de l’autre de part et d’autre de deux entretoises qui sont distantes le long de ces skis, ainsi que deux moyens de fixation tels que des boulons traversant chacun une entretoise et les deux skis pour les enserrer. L’invention permet ainsi de créer une structure en treillis à très faible coût puisqu’elle intègre des skis usagés pour former ses poutres, au lieu d’utiliser des poutres en bois ou en béton nécessitant d’être fabriquées spécifiquement pour la structure. L’invention permet ainsi de réutiliser des skis usagés au lieu de les jeter ou de tenter de les recycler, et elle permet de plus d’utiliser des skis de dimensions différentes, de sorte qu’elle est adaptable à tout stock de skis usagés de façon à réduire encore le coût de fabrication, tant financier que environnemental. L’invention concerne également une structure ainsi définie, dans laquelle les moyens de fixation sont des tiges filetées avec écrous ou des boulons. L’invention concerne également une structure ainsi définie, dans laquelle chaque longeron est formé de plusieurs poutres raccordées par leurs extrémités, deux poutres raccordées comportant une entretoise commune avec un moyen de fixation traversant cette entretoise et quatre skis. L’invention concerne également une structure ainsi définie, comprenant un nombre impair de paires de poutres agencées en croix. L’invention concerne également une structure ainsi définie, comprenant plusieurs paires de poutres agencées en croix, et dans laquelle chaque paire de poutres agencée en croix comporte des poutres présentant une inclinaison par rapport aux longerons qui est d’autant plus élevée que cette paire de poutres agencée en croix est plus proche d’une extrémité de longeron. L’invention concerne également une structure ainsi définie, dans laquelle les intersections de deux paires de poutres agencées en croix consécutives sont espacées d’une distance d’autant plus faible que ces deux paires de croix consécutives sont plus proches d’une extrémité de longeron. L’invention concerne également une structure ainsi définie, comprenant au moins une poutre additionnelle reliant l’intersection d’une paire de poutres agencées en croix à un longeron. L’invention concerne également une structure ainsi définie, comportant des poutres renforcées, chaque poutre renforcée comportant quatre skis agencés pour comprendre deux skis de chaque côté des entretoises. L’invention concerne également une structure ainsi définie, dans laquelle l’un des longerons comporte des poutres renforcées, et dans lequel chaque paire de poutres agencées en croix contiguë à une extrémité de longeron comporte une poutre renforcée liée à l’extrémité du longeron inférieur. La est une vue en perspective de la structure selon l’invention ; La est une vue de face de la structure selon l’invention ; La est une vue schématique d’une paire de skis utilisée pour la structure selon l’invention ; La est une vue en perspective d’une poutre de la structure selon l’invention ; La est une vue partielle de l’assemblage de deux extrémités de skis avec une entretoise ; La est une vue en perspective d’un longeron de la structure selon l’invention ; La est une vue partielle montrant l’assemblage de quatre extrémités de skis avec une entretoise ; La est une vue en perspective d’une paire de poutres agencées en croix conformément à l’invention ; La est une vue partielle montrant le raccordement d’une paire de poutres agencées en croix à une poutre du longeron inférieur ; La est une vue en perspective d’une structure selon l’invention ayant des croix se chevauchant ; La est une vue en perspective d’une structure selon l’invention ayant des croix espacées les unes des autres ; La est une vue en perspective d’une structure selon l’invention comportant une poutre additionnelle renforçant sa portion centrale ; La est une vue en perspective d’une poutre renforcée de la structure selon l’invention ; La est une vue en perspective d’une structure selon l’invention renforcée par doublement des skis de certaines poutres ; La est une vue en perspective d’une structure selon l’invention dans laquelle les longerons sont des poutres en bois. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur les figures 1 et 2, une structure porteuse en treillis 1 comporte un longeron supérieur L1, un longeron inférieur L2, reliés l’un à l’autre par cinq paires de poutres agencées en croix, repérées par C1-C5, et par deux montants latéraux M1 et M2. Les longerons L1 et L2 sont ici rectilignes et parallèlement l’un à l’autre, et chaque montant latéral est perpendiculaire à ces longerons, en étant situé à une extrémité de la structure, et en ayant chacune de ses extrémités reliée à une extrémité d’un longeron. L’ensemble formé par les deux longerons L1, L2 et les deux montants latéraux M1, M2 délimite ainsi un agencement rectangulaire. Cette structure est obtenue par l’assemblage de dix-huit poutres repérées par P, qui forment ses longerons, ainsi que ses montants latéraux M1, M2 et les croix C1-C5, et qui sont ici agencées pour constituer un treillis dit de Town (par opposition à un agencement de treillis dit de Pratt). Il s’agit ainsi d’une structure triangulée dans laquelle les poutres sont soumises essentiellement à des efforts normaux c’est-à-dire des efforts de traction ou de compression. Comme visible sur la , cette structure est adaptée à constituer par exemple une partie de charpente pour supporter une toiture, en étant destinée à être en appui sur ses deux extrémités pour porter un élément de toiture au niveau de son longeron supérieur. Chaque poutre P comporte une paire de skis usagés, tels que les skis repérés par 2 et 3 sur la , dont les spatules, c’est-à-dire les extrémités avant incurvées, sont préalablement coupées comme illustré en traits discontinus, de manière à constituer des éléments sensiblement plans pouvant s’apparenter géométriquement à des planches. Par paire de skis usagés, on entend ici une paire de ski considérée comme n’étant plus utilisable pour skier, destinée à être jetée ou détruite. Comme représenté schématiquement sur la , les deux skis 2 et 3 sont agencés en vis-à-vis l’un de l’autre de sorte que leurs semelles se font face, tout en étant de part et d’autre de deux entretoises E. Ces deux entretoises E sont situées à distance l’une de l’autre le long des skis, l’une étant à leur extrémité avant et l’autre à leur extrémité arrière. Ces entretoises E sont par exemple des blocs parallélépipédiques de bois obtenus en tronçonnant une poutre en bois. La solidarisation de deux skis 2 et 3 à une entretoise E est assurée avec un moyen de fixation B qui traverse l’entretoise et les skis pour les enserrer. Comme illustré sur la , l’ensemble formé par les extrémités des skis 2 et 3 ainsi que l’entretoise E sont préalablement percés, pour être traversés par une tige filetée 4. Deux rondelles 6 sont ensuite engagées à chaque extrémité de la tige filetée 4 dépassant des faces externes des skis 2 et 3, après quoi deux écrous 7 sont vissés à chaque extrémité de la tige 4, puis serrés, de manière à enserrer fermement l’ensemble. Ainsi, dans l’exemple des figures, les moyens de fixation B sont des tiges filetées associées à des rondelles et des écrous, mais des boulons peuvent aussi bien être utilisés. Comme illustré sur la , le longeron L2 est formé de plusieurs poutres, ici trois poutres P1, P2 et P3, qui sont raccordées les unes aux autres par leurs extrémités. Comme visible sur la , les extrémités de deux poutres telles que les poutres P1 et P2 raccordées partagent une même entretoise E : les extrémités des quatre skis formant ces deux poutres s’étendent de part et d’autre de l’entretoise E, et la tige filetée 4 traverse l’entretoise E ainsi que les quatre extrémités de skis. De la même manière que dans l’exemple de la , une paire d’écrous et de rondelles sont utilisés pour enserrer l’ensemble. Ainsi, et comme visible sur la , la poutre centrale P2 du longeron L2 partage ses deux entretoises E avec les poutres P1 et P3 auxquelles elle est raccordée par ses extrémités. L’autre longeron, à savoir le longeron L1 est fabriqué de de la même façon que le longeron L2. Comme indiqué plus haut, les deux longerons L1 et L2 sont reliés l’un à l’autre par des paires de poutres agencées en croix C1-C5. Comme visible sur la , la paire de poutres agencée en croix C2 comporte deux poutres P4 et P5 du même type que la poutre P de la , c’est-à-dire formée de deux skis enserrant deux entretoises E situées à leurs extrémités. Ces deux poutres P4 et P5 sont disposées en croix, c’est-à-dire qu’elles se croisent en leurs centres. Optionnellement, une entretoise additionnelle E (non représentée) peut être ajoutée au niveau du croisement des quatre skis formant ces deux poutres, et traversée par un moyen de fixation selon une disposition du même type que celle de la . L’ajout d’une telle entretoise centrale permet d’accroitre la tenue au flambement de la structure 1. Comme illustré sur la , le raccordement de la paire de poutres agencée en croix C2 à la poutre P1 du longeron inférieur L2 consiste à placer les deux entretoises E des extrémités inférieures des poutres P4 et P5 entre les skis de la poutre P1, et à placer les extrémités inférieures des skis des poutres P4 et P5 de part et d’autre des skis de la poutre P1. Une fois que l’ensemble est positionné, une entretoise additionnelle et les deux paires de skis situés de part et d’autre de celle-ci sont percées. Un moyen de fixation tel qu’une tige filetée peut alors être engagé dans le perçage pour traverser l’entretoise et les deux paires de skis qui l’entourent. Les rondelles et les écrous correspondants sont alors engagés aux extrémités de cette tige filetée, avant de serrer l’ensemble pour solidariser l’extrémité de la poutre P4 à la poutre P1. Cet assemblage est ainsi du même type que celui de la , et l’on procède de la même manière avec l’entretoise de l’extrémité de la poutre P1 pour solidariser l’extrémité de la poutre P5 à la poutre P1. Il en va de même pour la fixation de la croix C1 à la poutre P1, et pour la fixation des croix C4 et C5 à la poutre P3. La fixation de la croix centrale C3 à la poutre P2 est assurée de façon analogue, mais sans ajout d’entretoises, en utilisant les entretoises par lesquelles cette poutre P2 est raccordée aux poutres P1 et P3. Comme on l’aura compris, le longeron inférieur L2 est représenté sur la avec uniquement les entretoises E assurant le raccordement des poutres P1 à P3 qui le constituent, mais la fixation des croix C1-C5 à ce longeron L2 se traduit ici par l’ajout de deux autres entretoises. La fixation des croix C1-C5 au longeron supérieur L1 est assurée de la même manière. Comme visible sur les figures, les entretoises qui sont aux sommets du rectangle délimité par les longerons et les montants latéraux sont enserrées par deux paires de skis, et les autres par trois paires selon un montage du même type que celui de la . Dans les figures, la structure présentée comme exemple de mise en œuvre de l’invention est une structure rectangulaire, c’est-à-dire dont les longerons supérieur et inférieur sont rectilignes. Mais l’invention s’applique à d’autres formes de structures porteuses, comme par exemple une structure faîtière de charpente, dans laquelle le longeron supérieur est formé de deux tronçons rectilignes agencés selon un accent circonflexe, le longeron inférieur restant alors quant à lui rectiligne. Le longeron supérieur peut aussi avoir une forme arquée. Par ailleurs, dans l’exemple des figures, la structure comporte cinq croix, mais le nombre de croix est en pratique conditionné par le dimensionnement de la structure, c’est-à-dire la charge qu’elle doit supporter. Selon le dimensionnement, les croix peuvent être contiguës comme dans l’exemple des figures 1 et 2, mais elles peuvent aussi se chevaucher comme dans l’exemple de la qui comporte sept croix dont les extrémités se recouvrent partiellement, pour présenter une plus grande tenue mécanique. Les croix peuvent aussi être distantes les unes des autres, comme dans l’exemple de la montrant une structure à trois croix dont les extrémités sont distantes les unes des autres le long des longerons auxquels elles sont fixées, pour constituer une structure plus légère ayant une tenue mécanique moindre pouvant être adaptée à certaines situations. Dans ce cadre, il importe de souligner que des simulations mécaniques montrent qu’à masse comparable, une structure comportant un nombre impair de croix, c’est-à-dire comportant une croix centrale, présente une meilleure tenue mécanique qu’une structure comprenant un nombre pair de croix. En ce qui concerne l’espacement des croix et leur inclinaison, des simulations numériques montrent d’une part que la tenue mécanique est augmentée lorsque la distance séparant les croix augmente depuis les montants latéraux vers le centre de la structure, et d’autre part qu’elle augmente aussi lorsque l’inclinaison des croix par rapport au longeron inférieur diminue depuis les montants latéraux vers le centre de la structure. C’est le cas dans l’exemple des figures : en se reportant à la , la distance d1 séparant le centre de la croix C1 du centre de la croix C2 est inférieure à la distance d2 séparant la croix C2 de la croix C3. Il en va de même des distances séparant les croix C3-C5, attendu que la structure est symétrique par rapport à un plan médian qui est normal aux longerons L1 et L2 et situé à mi longueur de ceux-ci. De la même manière, en se reportant à la , l’inclinaison des poutres de chaque croix diminue depuis les montants latéraux vers le centre de la structure. L’inclinaison i1 des poutres de la croix C1 par rapport au longeron inférieur L2 est supérieure à l’inclinaison i2 des poutres de la croix C2, qui est supérieure à l’inclinaison i3 des poutres de la croix C3. Il en va de même des inclinaisons des croix C4-C5 compte tenu de la symétrie de la structure par rapport à son plan médian. En ce qui concerne l’augmentation de la tenue mécanique de la structure, il est également possible d’ajouter des poutres supplémentaires reliant les centres des croix au longeron supérieur. C’est le cas dans l’exemple de la , dans laquelle on a prévu une poutre additionnelle P6, qui relie le centre de la croix centrale C3 au milieu de la poutre centrale du longeron supérieur L1. Cette poutre P6 est là aussi formée de deux skis, une entretoise E étant ajoutée au centre de la croix, et une autre au centre du longeron supérieur L1. La poutre P6 peut être formée à partir de deux skis, mais il peut aussi s’agir d’une poutre en bois. L’augmentation de la tenue mécanique de la structure, peut aussi être obtenue en renforçant certaines de ses poutres constitutives en les constituant, comme dans l’exemple de la , de deux paires de skis 2, 3, 2’, 3’ enserrant deux entretoises E, au lieu d’une seule paire. Dans ce cadre, des simulations numériques montrent qu’il convient de renforcer les poutres du longeron supérieur L1, et les deux poutres des croix d’extrémité, à savoir les croix C1 et C5, qui sont reliées aux extrémités du longeron inférieur L2. A cet effet, la montre une structure de même type que celle des figures 1 et 2, mais dont le longeron supérieur L1 comporte uniquement des poutres doublées, et dont les poutres repérées par P7 et P8 des croix d’extrémités sont elles aussi doublées. Par ailleurs, dans les exemples des figures 1 à 10, les longerons sont formés de poutres constituées de skis, mais il est également possible comme illustré sur la de prévoir une structure dans laquelle les longerons, repérés par L1’ et L2’ sont en bois, et dans laquelle ce sont essentiellement les croix qui sont formées de skis usagers. Comme visible sur les figures, compte tenu notamment des inclinaisons des poutres en croix qui peuvent différer les unes des autres, l’invention permet d’utiliser des skis de longueurs différents, ce qui facilite encore la fabrication d’une structure puisqu’elle n’implique pas une exigence draconienne en ce qui concerne les longueurs de skis devant être utilisés. Structure porteuse en treillis (1) comprenant deux longerons (L1, L2) espacés l’un de l’autre et reliés l’un à l’autre par des paires de poutres agencées en croix (C1-C5), caractérisé en ce que chaque poutre (P, P1-P5) comporte deux skis (2, 3) s’étendant en vis-à-vis l’un de l’autre de part et d’autre de deux entretoises (E) qui sont distantes le long de ces skis (2, 3), ainsi que deux moyens de fixation (B) tels que des boulons traversant chacun une entretoise (E) et les deux skis (2, 3) pour les enserrer. Structure selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de fixation sont des tiges filetées (4) avec écrous (7) ou des boulons. Structure selon la revendication 1, dans laquelle chaque longeron (L1, L2) est formé de plusieurs poutres (P1-P3) raccordées par leurs extrémités, deux poutres raccordées comportant une entretoise (E) commune avec un moyen de fixation (B) traversant cette entretoise (E) et quatre skis. Structure selon la revendication 1, comprenant un nombre impair de paires de poutres agencées en croix (C1-C5). Structure selon la revendication 1, comprenant plusieurs paires de poutres agencées en croix (C1-C5), et dans laquelle chaque paire de poutres agencée en croix (C1-C5) comporte des poutres présentant une inclinaison (i1-i3) par rapport aux longerons (L1, L2) qui est d’autant plus élevée que cette paire de poutres agencée en croix (C1-C5) est plus proche d’une extrémité de longeron. Structure selon la revendication 1, dans laquelle les intersections de deux paires de poutres agencées en croix (C1-C5) consécutives sont espacées d’une distance (d1, d2) d’autant plus faible que ces deux paires de croix consécutives sont plus proches d’une extrémité de longeron. Structure selon la revendication 1, comprenant au moins une poutre additionnelle (P6) reliant l’intersection d’une paire de poutres agencées en croix (C3) à un longeron (L1). Structure selon la revendication 1, comportant des poutres renforcées (P7, P8), chaque poutre renforcée (P7, P8) comportant quatre skis agencés pour comprendre deux skis de chaque côté des entretoises (E). Structure selon la revendication 1, dans laquelle l’un des longerons (L1, L2) comporte des poutres renforcées, et dans lequel chaque paire de poutres agencées en croix (C1, C5) contiguë à une extrémité de longeron (L1, L2) comporte une poutre renforcée (P7, P8) liée à l’extrémité du longeron inférieur.