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Matériaux de Construction
La présente invention est relative à des matériaux de con- struction comprenant des éléments tels que poutres, dalles,etc. dans lesquels sont logées des armatures métalliques munies de crochets d'ancrage et dont une partie au moins est constituée d' armatures repliées vers les extrémités de ces éléments.
Les constructions modernes employant le béton armé à gran- de échelle, présentent toutes les mêmes inconvénients, abstrac- tion faite de la solidité du béton et de la facilité de sa mise en oeuvre.
En effet, présentant des éléments rigides, ces oonstruc- > tions sont,,très sonores et de plus ont un coefficient de trans- mission thermique élevé. l'objet de la présente invention consiste à créer des ma- tériaux de construction ne présentant pas les inconvénients pré- cités tout en ayant une résistance suffisante pour réaliser les différents éléments portants de la construction dans laquelle ils sont employés.
Si l'on fait usage d'un matériau de résistance minime à la compression, et que l'on dispose les armatures métalliques
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de façon telle qu'il est d'usage de 1. faire dans les construc- tions en béton armé, les tensions provenant des moments dus aux forces extérieures sont absorbées par des armatures disposées dans la zone des sections droites des éléments soumise à la traction, par rapport à la ligne neutre.
Le fait de disposer les armatures droites d'appui à appui ne pare qu'aux efforts dus aux moments, les efforts tranchants seront absorbés en prévoyant des barres d'armature recourbées vers les appuis en question.
Cependant, dans le béton armé, certaines zones soumises à la traction ne présentent pas d'armatures, le béton étant suffisam- ment résistant pour absorber la différence entre les efforts qui échoient au métal et les efforts totaux.
Pour un matériau de résiatance faible la quasi totalité des efforts devra être supportée par le métal. Il faudra donc, pour y arriver, armer l'élément de construction, poutre ou dalle, de tel- le sorte que l'armaturage joue seul le rôle d'élément portant.
A cet effet, les armatures susdites ont la forme de la ligne funiculaire des forces extérieures sollicitant l'élément corres- pondant.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'objet de 1' invention, les crochets des armatures métalliques sont ancrés dans au moins une pdutre de rive.
D'autres détails et particularités dé l'invention ressor- tiront de la description d'un matériau de construction donnée ci- après à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux des- sins ci-annexés.
La figure 1 représente un élément de construction réalisé selon l'invention et montrant la disposition des armatures pour des charges extérieures uniformément réparties.
La figure 2 représente un exemple de réalisation pour des charges concentrées.
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La figure 3 représente la ligne funiculaire d'une poutre sous l'action de charges concentres.
La figure 4 représente le polygone des forces relatif à la sollicitation donnée à la figure 3.
La figure 5 donne un détail de réalisation.
Selon l'invention, pour réaliser les matériaux de construc- tion on dispose dans un coffrage correspondant à l'élément que l'on désire réaliser, les armatures pliées au préalable sur le chantier à la forme de la ligne funiculaire des forces exté- rieures sollicitant l'élément.
La forme de ces armatures s'obtient lors de la détermina- tion graphique des moments : on trace la ligne funiculaire de chaque élément soumis à l'action des charges données et on plie les armatures suivant une ligne semblable. Il se présentera ain- si deux cas généraux: éléments de construction sollicités par: 1 des charges uniformément réparties et 2 par des charges con- centrées.
Dans le premier cas entreront les éléments tels que les planchers ordinaires où l'on noient compte comme charge mobile que d'une charge uniformément répartie variable d'après le type de constructbn dans laquelle l'élément considéré est à réaliser tels que habitation, école,bibliothèque,etc.. A cette charge s' ajoutent les charges uniformément réparties provenant du poids propre de l'élément, des isolations, du revêtement,etc.. Toutes ces charges additionnées,donneront donc une charge uniformément répartie unique, laquelle servira au tracé de la ligne funicu- laire correspondant à cette charge.
On obtiendra ainsi (fig 1) la ligne 1. Celle-ci servira @ de type à la fabrication des armatures 2 qui auront l'allure de cette ligne 1.
Pour le cas des charges concentrées, le pliage des barres métalliques de l'armature se fait suivant l'allure de la ligne
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funiculaire, dans ce cas; polygonale.
Comme les armatures doivent se trouver suffisamment profon- dément logées dans la matière d'enrobage pour ne pas être sujettes à la rouille due aux infiltrations d'eau toujours possibles, on pliera les barres de telle sorte que la plus grande ordonnée de la ligne funiculaire soit au plus égale à la hauteur totale de l'élé- ment, dalle ou poutre, diminuée de l'épaisseur d'enrobage comptée à partir du nu de l'élément.
En pratique il faudra limiter cette ordonnée à une valeur égale à la hauteur totale diminuée de 3 em. et plus.
Ayant obtenu l'armaturage à la forme désirée, on le place dans le coffrage et on coule la matière d'enrobage.
Celle-ci pourra être de résistance assez minime en elle-même mais devra simplement présenter une bonne cohérence, car de par la conception même de l'armaturegeil supporte à. lui seul les efforts.
En pratique on prend un béton de laitier, de pouzzolane, de bims, un aggloméré de bois,etc...
L'accrochage des barres funiculaires se fait à leurs extré- mités au moyen de crochets 3 analogues à ceux employés dans la con- struction en béton armé. La dimension de ces crochets 3 sera en rapport avec le diamètre des armatures. On pourrait ainsi adopter avec succès un diamètre de courbure compris entre 5 et 6 fois de diamètre de l'armature elle-même. Ces crochets 3 sont noyés dans deux poutres 5 de rive en béton ordinaire, lesquelles sont sollici- tées à se rapprocher l'une de l'autre avec une force égale à la force de traction existant dans les barres funiculaires, mais ces poutres, dont la surface supérieure est arasée au niveau de la sur- face du hourdis de matière de remplissage, transmettent à cette matière une poussée horizontale pratiquement uniformément répartie sur le hourdis.
Le calcul montre que cette compression horizontale est extrêmement faible et acceptable pour toute matière quelque peu cohérente.
Pour les efforts accidentels non absorbés par les armatures
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funiculaires, par exemple des charges concentrées autres que les charges uniformes prévues normalement ; barres 7 supplémentaires horizontales seront placées vers la face inférieure du hourdis, supposé à appui simple à ses extrémités. Ces barres ne devant sa- tisfaire qu'au moment créé par ses forces spéciales, seront d'im- portance minime, la sollicitation de la matière de remplissage tra- vaillant cette fois-ci à la compression comme du béton ordinaire.
Toutefois le calcul montre que les tensions dues à ces forces acci- dentelles ou anormales aussi bien en compresàon qu'au cisaillement et qu'au glissement sont peu importantes. Ces dernières barres se- ront continues dans le cas de poutres sur plusieurs appuis, elles ne doivent pas créer un encastrement réel.
Pour le cas des charges concentrées, telles que des murs, on munira les zones ne subissant pas l'action de la répartition de cette charge, d'épingles 6 munies également de crochets.
Une fois réalisé et décoffré, le plancher ou la poutre exécuté selon l'invention sera revêtu de couches 4 isolantes (fig.5).
Il doit êre entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme d'exécution décrite ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées, notamment quant à la forme, à la constitu- tion, au nombre et à la disposition des éléments intervenant dans sa réalisation, sans sortir du cadre de la présente demande de brevet, à condition que ces changements soient compatibles avec l'esprit des revendications énoncées ci-après.
On pourrait notamment concevoir que l'armature soit renversée et que les barres funiculaires travaillent en compression, car, en- robées dans une matière, même peu résitante, ces armatures ne peu- vent pas flamber.
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Construction materials
The present invention relates to building materials comprising elements such as beams, slabs, etc. in which are housed metal frames provided with anchoring hooks and at least part of which consists of frames folded towards the ends of these elements.
Modern constructions employing reinforced concrete on a large scale have all the same drawbacks, apart from the strength of the concrete and the ease of its implementation.
In fact, having rigid elements, these constructions are very sound and moreover have a high thermal transmission coefficient. the object of the present invention consists in creating construction materials which do not have the aforementioned drawbacks while having sufficient strength to produce the various load-bearing elements of the construction in which they are used.
If a material of minimal compressive strength is used, and the metal reinforcements are arranged
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in such a way that it is customary to 1. make in reinforced concrete constructions, the tensions resulting from the moments due to the external forces are absorbed by reinforcements arranged in the zone of the cross sections of the elements subjected to tension , relative to the neutral line.
The fact of having the straight reinforcements from support to support only counteracts the forces due to the moments, the shearing forces will be absorbed by providing reinforcing bars curved towards the supports in question.
However, in reinforced concrete, certain areas subjected to tension do not have reinforcement, the concrete being strong enough to absorb the difference between the forces due to the metal and the total forces.
For a material of low resistance, almost all of the forces must be supported by the metal. To achieve this, it will therefore be necessary to reinforce the construction element, beam or slab, in such a way that the reinforcement alone acts as a bearing element.
To this end, the aforementioned reinforcements have the shape of the funicular line of the external forces stressing the corresponding element.
In an advantageous embodiment of the object of the invention, the hooks of the metal reinforcements are anchored in at least one edge pdutre.
Other details and features of the invention will emerge from the description of a construction material given below by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 represents a construction element produced according to the invention and showing the arrangement of the reinforcements for uniformly distributed external loads.
FIG. 2 represents an exemplary embodiment for concentrated loads.
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Figure 3 shows the funicular line of a beam under the action of concentrated loads.
FIG. 4 represents the polygon of forces relating to the stress given in FIG. 3.
FIG. 5 gives an embodiment detail.
According to the invention, in order to produce the construction materials, the reinforcements bent beforehand on the site to the shape of the funicular line of the external forces are placed in a formwork corresponding to the element which is to be produced. requesting the item.
The shape of these reinforcements is obtained during the graphic determination of the moments: the funicular line of each element subjected to the action of the given loads is drawn and the reinforcements are folded along a similar line. There will therefore be two general cases: construction elements stressed by: 1 uniformly distributed loads and 2 by concentrated loads.
In the first case will enter elements such as ordinary floors where we drown as mobile load only a variable uniformly distributed load according to the type of construction in which the element considered is to be realized such as house, school , library, etc. To this load are added the uniformly distributed loads originating from the self-weight of the element, the insulations, the coating, etc. All these loads added together, will therefore give a single uniformly distributed load, which will be used for the route of the funicular line corresponding to this load.
We will thus obtain (fig 1) line 1. This will be used as a type for the manufacture of reinforcements 2 which will have the appearance of this line 1.
In the case of concentrated loads, the metal bars of the reinforcement are bent according to the shape of the line
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funicular, in this case; polygonal.
As the reinforcements must be sufficiently deep lodged in the coating material so as not to be subject to rust due to the always possible infiltration of water, we will bend the bars so that the largest ordinate of the funicular line or at most equal to the total height of the element, slab or beam, minus the cover thickness counted from the bare part of the element.
In practice, this ordinate must be limited to a value equal to the total height reduced by 3 em. and more.
Having obtained the reinforcement to the desired shape, it is placed in the formwork and the coating material is poured.
This one could be of rather minimal resistance in itself but will simply have to present a good coherence, because by the very design of the framegeil supports to. him alone the efforts.
In practice we take a concrete slag, pozzolan, bims, a chipboard, etc ...
The funicular bars are hooked up at their ends by means of hooks 3 similar to those used in reinforced concrete construction. The dimension of these hooks 3 will be related to the diameter of the reinforcements. One could thus successfully adopt a diameter of curvature of between 5 and 6 times the diameter of the reinforcement itself. These hooks 3 are embedded in two edge beams 5 of ordinary concrete, which are urged to approach each other with a force equal to the tensile force existing in the funicular bars, but these beams, of which the upper surface is leveled at the level of the surface of the filling material slab, imparting to this material a horizontal thrust practically uniformly distributed over the slab.
Calculation shows that this horizontal compression is extremely low and acceptable for any somewhat consistent material.
For accidental forces not absorbed by the reinforcements
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funiculars, for example concentrated loads other than the uniform loads normally expected; 7 additional horizontal bars will be placed towards the underside of the slab, assumed to have simple support at its ends. These bars, only having to satisfy the moment created by its special forces, will be of minimal importance, the load on the filling material working this time in compression like ordinary concrete.
However, the calculation shows that the stresses due to these accidental or abnormal forces both in compression and in shear and in sliding are not very important. These last bars will be continuous in the case of beams on several supports, they must not create a real embedding.
In the case of concentrated loads, such as walls, the areas not undergoing the action of the distribution of this load will be provided with pins 6 also provided with hooks.
Once completed and stripped, the floor or beam executed according to the invention will be coated with insulating layers 4 (fig.5).
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiment described above and that many modifications can be made to it, in particular as regards the form, the constitution, the number and the size. arrangement of the elements involved in its realization, without departing from the scope of the present patent application, provided that these changes are compatible with the spirit of the claims set out below.
It could in particular be conceivable for the reinforcement to be turned upside down and for the funicular bars to work in compression, since, encased in a material, even not very resistant, these reinforcements cannot buckle.
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