LU85733A1 - Perfectionnement aux constructions verticales - Google Patents

Description

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La présente invention concerne les constructions verticales, notamment de hauteur élevée, et de préférence, bien que non exclusivement, les silos pour le stockage et le chargement des céréales, ou d'autres produits en vrac, tels que l'ami-don, le talc, la chaux et analogues.

Jusqu'à ce jour ces constructions étaient réalisées sur le chantier, soit en béton, soit en tôle pliée. Un silo en béton est coûteux et très long à réaliser. Un silo en tôle pliée et soudée également, et il comporte au surplus des inconvénients propres liés à la forme même des éléments constitutifs : la paroi intérieure présentant des creux et des reliefs, l'existence de ces creux entraîne des zones de frottement différentiel avec d'une part la formation de dépôts de matières organiques tendant à pourrir sur place, et d'autre part la formation de voûtes dë-^ terminant des efforts dynamiques importants.

L'invention remédie à tous ces inconvénients, grâce à un procédé et un matériel simples, peu coûteux, et commodes à mettre en oeuvre.

Selon l'invention, la construction est réalisée au 20 moyen d'éléments modulaires standards, réalisés à l'avance en usine, et assemblés sur place par simple boulonnage ou soudure sur des poteaux verticaux, ces éléments consistant en des panneaux plans, demeurant lisses sur leur face interne, et sur la face externe desquels sont soudées des nervures horizontales de 25 renfort et de rigidification, formant avec les panneaux plans des caissons fermés.

Selon une variante intéressante de réalisation, les-dites nervures sont elles-mêmes complétées par des pièces en forme de profilés ou de cornières de diverses sections, répar-30 ties de chant sur la face externe du panneau recouverte par la » nervure et sur tout ou partie de la longueur de celle-ci, c'est-à-dire à l'intérieur dudit caisson, leur nombre et leur • fréquence étant déterminées par les contraintes exercées sur ledit panneau.

35 On obtient ainsi, à partir d'éléments petits et faciles à réaliser et à transporter, des constructions de toutes formes et de toutes dimensions, lisses à l'intérieur, et dont la solidité et la rigidité sont garanties par lesdites nervures. Selon l'invention la dimension des nervures, et notamment leur épais-40 seur, est proportionnelle à celle de chaque panneau ; de même 2 ¥ leur espacement est progressif en direction verticale, en fonction de la hauteur de la construction, conformément au diagramme de poussée usuel, dépendant lui-même de la hauteur de la construction et de la nature et de la quantité des 5 matières qu’elle contient.

La mise en oeuvre de ce procédé peut donner lieu ä de nombreuses variantes de réalisation des éléments modulables de base.

Ainsi, bien que, fondamentalement, les nervures 10 soient de section trapézoïdale, il faut considérer que, selon la nature et les dimensions des constructions considérées, il est souhaitable d’adapter cette section, aussi bien en i raison des considérations économiques, que pour tenir compte de contraintes mécaniques.

15 Ainsi, dans le cas de parois minces, on pourra monter des nervures beaucoup plus hautes, équivalentes à plusieurs nervures standard rapprochées ou réunies en une seule, en économisant ainsi le métal et les lignes de soudure correspondant à la zone de réunion, qui se réduit alors â une 20 simple empreinte longitudinale.

De même, pour réaliser le fond curvo-pyramidal d'une construction polygonale, on utilisera des nervures à section triangulaire, dont un côté est horizontal et l'autre vertical, avec pour résultat de ne ramener aux pieds de support de la 25 construction que des efforts verticaux, aisés à reprendre.

Les pièces de renfort montées à l'intérieur des nervures peuvent également prendre des formes particulières, fonction des dimensions de la nervure.

Ainsi, dans le cas le plus fréquent, une telle pièce 30 de renfort sera en forme de U, posé de chant sur la tôle lisse , avec ses ailes parallèles a la longueur de la nervure. Tou tefois, dans le cas d'une nervure haute correspondant à la • réunion de deux ou plusieurs nervures trapézoïdales standart, la pièce de renfort en forme de U comportera avantageusement 35 une aile repliée vers l'arrière de la base du U, assurant une meilleure assise de la pièce sur la tôle lisse de la paroi, ce qui assure une meilleure protection contre les déformations, alors que cette pièce de renfort est en tôle très mince.

Selon une variante simplifiée, la portion de tôle 40 « 3 lisse située sous une nervure située dans une zone susceptible de subir des déformations locales sera renforcée par une série de simples cornières verticales soudées à intervalles convenables sur ladite tôle.

5 Par ailleurs, les poteaux délimitant verticalement les éléments et qui, dans le cas général, sont à section rectangulaire, peuvent également donner lieu à plusieurs variantes, notamment dans le cas des constructions polygonales.

Ainsi, il est possible de conserver des nervures de 10 rigidification selon l’invention entièrement parallélépipédiques, au lieu de les échancrer à leurs extrémités sur un angle ·<. égal à la moitié de l’angle au sommet du polygone, si, au lieu de poteaux à section droite rectangulaire on utilise des poteaux à section droite trapézoïdale, la petite base étant vers l'intérieur 15 de la construction et les côtés non parallèles étant inclinés sur les bases du meme angle σ( .

Dans le même cas, et dans l'hypothèse où, en vue du stockage de matériaux particulièrement corrosifs, la tôle lisse de l'élément est rendue inoxydable a l'intérieur de la construc-20 tion, il est normalement nécessaire que cette tôle lisse soit continue et jointive à l'emplacement du raccordement de deux éléments voisins. A cet effet le bord vertical de chaque tôle est replié vers l'intérieur, et il est avantageux de remplacer lesdits poteaux par des plaques épaisses, ce qui ä la fois sim-25 plifie la fabrication, et exige deux fois moins de soudure.

Ces diverses variantes ainsi que d'autres sont illustrée par le dessin annexé sur lequel : - les figures 1 et la sont des vues en perspective et partiellement coupées d'une paroi de silo en tôle pliée conforme 30 à la technique antérieure.

- - les figures 2 et 2a sont des vues semblables en pers pective et partiellement coupées, d'un élément modulaire selon ” l'invention, - les figures 3 et 3a sont semblables aux figures 2 et 35 2a, mais comportent les pièces complémentaires de renfort des nervures, selon l'invention.

- les figures 4,4a et 4b illustrent la constitution d'une paroi plane et son appui sur le sol, de face, en coupe verticale et en coupe horizontale.

40 “ la figure 5 illustre la constitution d'un angle 4 dans une construction à section polygonale, - la figure 6 est une vue partielle d'une construction en cours de réalisation au moyen de ces éléments.

- la figure 7 représente, en perspective, une nervure 5 de rigification de grande hauteur pour paroi mince.

- la figure 8 représente, en perspective, une pièce de renfort utilisable notamment avec une nervure du type de celle représentée à la figure 7.

- la figure 9 représente en perspective une autre JO variante des moyens de renfort de la tôle lisse sous une ner vure , - la figure 10 représente en coupe axiale, un fond * curvo-pyramidal pour une construction polygonale selon l'invention, 15 - la figure 11 illustre le remplacement de poteaux par des fers pleins dans une construction polygonale dont la surface interne est rendue inoxydable.

- et la figure 12 est une vue semblable à la figure 5 mais avec des poteaux à section trapézoïdale.

20 En se référant tout d'abord aux figures 1 et la, on voit que la paroi d'un silo construit suivant les techniques antérieures, se compose d'une tôle unique 1, repliée alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur, de manière à former des nervures alternativement en creux 2, et en relief 3. De telles 25 tôles repliées sont généralement fixées par points sur des poteaux verticaux comme il est représenté par exemple au brevet français 79 00159 du 4 Janvier 1979.

Bien que cette construction, et ce repliage en nervures assurent une certaine rigidité à la construction, elle présente 30 les inconvénients de laisser subsister des zones telles que 4 dans lesquelles le matériau stocké dans le silo peut venir s'accumuler sans s'écouler au moment de la vidange du silo. Ce matériau étant généralement d'origine organique, il risque de pourrir sur place et de contaminer le remplissage suivant du silo. Au 35 surplus, l'écoulement des voûtes se formant au moment de la vidange du silo crée des contraintes dynamiques importantes sur . les parois.

Par ailleurs, les poteaux sur lesquels viennent s'appli quer ces tôles, et ces tôles elles-mêmes, sont généralement de 40 très grande dimension, réalisées sur le chantier même et assem- 5 blées sur place au prix de dépenses et d'efforts considérables.

Si l'on se réfère maintenant aux figures 2 et 2a, on constate qu'un résultat semblable mais très amélioré est obtenu grâce à l'invention, selon laquelle, la paroi du silo est consti-5 tuée par une tôle plate 5, sur la face externe de laquelle sont fixés, par exemple par soudure, des nervures horizontales, telles que 6, en formant une succession de caissons fermés horizontaux.

On obtient ainsi le double résultat suivant : - d'une part la surface interne de la paroi est complè- 10 tement lisse, - et d'autre part cette paroi est rendue rigide par les nervures qui peuvent être de profondeur et d'espacement corres pondant aux contraintes mécaniques de la paroi constituée de cette façon.

15 De tels éléments peuvent être réalisés de diverses tail les, par soudage en continu et en automatique en usine, puis assemblés sur le chantier sous forme d'éléments modulaires adaptés à la forme de la construction.

Dans la variante de l'invention illustrée aux figures 20 3 et 3a, des pièces complémentaires 10 sont insérées entre le panneau 5 et chaque nervure 6. Grâce à l'arrachement partiel pratiqué sur la figure 3, on voit qu'une telle pièce 10 a la forme d'un ü posé de chant sur le panneau 5, et ayant l'épaisseur e_ de la nervure. Ces pièces 10 servent à compenser le flambage 25 éventuel de la tôle 5 derrière la nervure dans le cas de charges élevées. Leur nombre et leur disposition seront donc fonction de la dimension du silo et de l'emplacement du panneau considéré.

Dans le cas d'une construction complexe, ce nombre et cette répartition pourront être déterminés à partir d'un programme 30 informatique, ce qui permettra de construire, à partir de série d'éléments identiques entre eux toute une série de silos. Bien entendu, les pièces 10 pourraient avoir une section différente, par exemple en V, en Z, ou toute autre, leur rôle essentiel étant de former le long des nervures une série de cloisons de renfor-35 cernent supplémentaire.

Les figures 4 et 5 illustrent divers modes d'assemblage des éléments modulaires tels que représentés aux figures 2-2a ou 3-3a, c'est-à-dire constitués chacun d'un panneau 11 sur leque! sont soudées des nervures horizontales 12, pour former des cais-40 sons de rigidification, renforcés ou non par des pièces telles 6 que 10 (figures 3-3a) . Ces éléments modulaires sont bordés par des poteaux verticaux 13, permettant de les assembler de deux manières différentes :

Pour la constitution de panneaux plans de grandes 5 dimensions (figures 4,4a, 4b), on juxtapose plusieurs panneaux 11-12-13, pour former des sous-ensembles unitaires tels que S, et S2» et on juxtapose ces sous ensembles le long de deux poteaux 13'a-13'b pour former une paroi plane complète. C'est à l'emplacement des couples de poteaux 13'a-13'b que repose une telle pa-10 roi, par des pieds d'ancrage et de stabilisation assurant une assise suffisante à cette paroi. A cet effet, les poteaux 13'a et 13'b sont raccourcis, pour y permettre l'insertion de pieds 14a-14b, â section verticale trapézoïdale, et dont la grande base est fixée à une embase commune 15 de poids très élevé. Une 15 telle structure est particulièrement appropriée à une construc tion à base rectangulaire et de très grandes dimensions telle qu’un silo à grains.

Pour la construction de structures de plus petites dimensions, à section polygonale, on opère comme illustré à la 20 figure 5. Dans ce cas, chaque panneau comporte un module unique 11-12-13 complet, et aux angles de la structure, la nervure est échancrée comme indiqué en trait interrompu 11’ suivant un angle pour permettre le montage d'un poteau 13"a incliné, destiné à être accouplé à un autre poteau 13"b, présentant la même incli-25 naison, du panneau suivant. Les deux poteaux 13a et 13"b sont donc encastrés, ce qui assurera leur assistance mutuelle, et par suite des conditions de travail continues.

Selon une variante d'assemblage de deux poteaux 13 adjacents, au lieu d'une soudure assurant un tel encastrement, 30 on peut utiliser un boulonnage, ce qui élimine toute soudure sous le chantier, mais qui, impliquant un joint, défavorise la solidité des éléments ainsi assemblés, qui ne s'assistent plus mutuellement. Pour compenser une déformation éventuelle sous l'effet de la pression de remplissage, on peut alors renforcer 35 chaque boulon pour un fourreau de tubes.

La figure 6 illustre un tel assemblage, les éléments modulaires, tels que A et B, étant montés sur des poteaux tels que C, étant entendu que, bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin pour plus de clarté, l'épaisseur e_ de chaque 40 nervure et l'écartement E entre deux nervures successives varient 7 selon la taille des éléments utilisés, et selon l'altitude à laquelle cet élément est monté, le calcul de ces différentes dimensions relevant bien entendu des techniques usuelles de la construction.

Pour illustrer ce qui précède, on va maintenant se 5 référer à la figure 7, qui est semblable à la figure 2, mais dans laquelle, la paroi 105 étant mince, deux nervures sont fusionnées en une seule, 106, résultant en fait de la réunion de deux nervures telles que 6, assemblées le long d'une empreinte 107. On économise ainsi la matière des deux bords 108 et de leurs 10 deux soudures sur la tôle 105. Au surplus, on s'assure ainsi que toute la section du métal travaille. Le rendement énergétique de la paroi s'en trouve donc encore amélioré.

De même, si l'on se réfère maintenant à la figure 8, on y a représenté la même nervure 106, mais complétée par une pièce 15 de renfort 109, semblable à la pièce 10 de la figure 3, mais d'une conception encore plus efficace : la pièce conserve une section générale en U, la base 110 de l'ü étant échancrée en 111 pour le passage de l'empreinte 107, et cette base est au surplus repliée vers l'arrière en 112, ce qui assure une meilleure 20 assise de la pièce sur la tôle 105 et permet éventuellement de raccourcir les branches 113 de l'U.

Conformément a une autre variante, sur la figure 9, on a représenté, sur une tôle lisse 200, une nervure conforme à l'invention, 201, dont la portion avant 202 est arrachée pour 25 permettre d'apercevoir les moyens de renforcement de la tôle, qui, ici, consistent en des cornières verticales en L 203, soudées sur la tôle 200 par une de leurs ailes. Les bords de l'autre aile sont naturellement découpés en 204 pour s'adapter à l'inclinaison des parois latérales de la nervure, avec lesquels 3o ils ne sont cependant pas nécessairement en contact.

Ces cornières 203 permettent de compenser les efforts locaux tendant à déformer la tôle lisse 200. Leur fréquence et même leur présence est donc fonction de ces efforts et de leur répartition.

35 Sur la figure 10, on a représenté une construction polygonale 114 formée de panneaux verticaux selon l'invention, se terminant par une trémie 115 de forme curvo-pyramidale, c'est-à-dire résultant de la réunion de triangles isocèles le long de leurs côtés égaux par courbure vers un sommet commun 8 116. Toute section horizontale de cette trémie sera donc un polygone homothétique du polygone de base de la construction 114, et des nervures de renforcement rectilignes 117 seront réparties tout autour d'un certain nombre de ces sections. Selon 5 l’invention, ces nervures seront à section triangulaire, l'une de leurs faces étant verticale et l'autre étant horizontale, comme il est représenté. On peut ainsi calculer une trémie 115 telle que l'on ne rapporte pas d'efforts horizontaux : la progressivité de la courbure ne ramène aux pieds 118 des panneaux 10 que des efforts verticaux, que l'on sait très bien reprendre.

La solidité de la construction s'en trouve donc encore accrue.

Enfin, en se référant aux figures 11 et 12, on voit que l'on peut, dans certains cas, modifier la forme des poteaux 13. Ainsi, sur la figure 11, on a remplacé les poteaux 13 par des 15 fers pleins 119, qui permettent plus aisément le raccord des tôles 120, s'il est nécessaire de replier ces dernières comme représenté en 121 pour assurer la continuité de la paroi, par exemple quand la construction est destinée à recevoir des matériaux corrosifs tels que du soufre, du sel ou analogue. Dans 20 ce cas, une cale 122 est nécessaire pour rattraper le jeu égal à deux fois l'épaisseur d'une tôle entre les deux fers pleins 119, et la soudure se fait au-dessus de cette cale au point de rencontre des deux plis 121. La fabrication s'en trouve simplifiée et moins coûteuse, bien que cette variante ne s'adresse 25 de préférence qu'aux constructions polygonales.

Sur la figure 12, semblable à la figure 5, on a montré comment, grâce à des poteaux 113" à section trapézoïdale qui sont obtenus au moyen d'un outillage spécifique, il est possible d'utiliser des nervures standards rectangulaires 112 30 pour réaliser des structures polygonales, au lieu de devoir, avec des poteaux à section rectangulaire, échancrer les nervures sur un angle correspondant à chaque polygone, comme représenté en traits interrompus 11' sur la figure 5. Il en résulte une économie importante en main d'oeuvre et en matière.

. 35 II apparaît ainsi que les différents éléments standards utilisables selon l'invention peuvent être réalisés suivants des variantes spécifiques appropriées selon la destination des diverses constructions, le nombre de ces variantes demeurant toutefois très limité par rapport à celui des applications de 40 ces constructions.

9 L'intérêt de ce nouveau type de construction par rapport aux silos métalliques classiques se situe dans la rapidité de réalisation, l'absence d'encrassage de la paroi interne, la réduction des effets dynamiques à la vidange, un meilleur "rendement 5 énergétique", c'est-à-dire un accroissement de la pression interne admissible pour une quantité donnée de matériaux stockés, et surtout la possibilité de l'automatisation de la fabrication en usine des modules standards qu'il suffit ensuite d'assembler sur le chantier avec un minimum de matériel et de personnel.

10 Par ailleurs, l'intérêt de ce type de construction par rapport au béton qui est quelquefois également utilisé, est son coût toujours inférieur, et surtout la rapidité du chantier par rapport à un chantier béton, qui est forcément très long et qui se fait sur place, alors que dans le cas de la présente invention, 15 le produit est entièrement réalisé en usine, sous forme d'éléments modulaires simplement montés sur le chantier au moyen d'un système de boulonnage ou de soudage approprié.

De même, par rapport aux constructions traditionnelles, l'avantage de l'invention est une souplesse considérable quelque 20 soit le gabarit de la construction, et au surplus on peut considé rer que plus cette construction est de grande dimension, plus l'intérêt de ce système est grand également, dans la mesure où les constructions telles que les silos traditionnels comportent des éléments de très grande taille, ce qui pose des problèmes 25 de transport,ainsi que des problèmes d'intempéries et de person nel pour l'ensemble de la finition sur le chantier.

Ces problèmes sont éliminés grâce à l'invention, qui ne fait intervenir qu'un ensemble d'éléments faciles à construire en usine, et à transporter et assembler facilement sur un chan-30 tier.

Il doit être bien entendu que, bien que s'adaptant particulièrement à la construction des silos, l'invention n'est pas limitée à cette application et permet au contraire la réalisation de toute construction, notamment de grandes dimensions 35 verticales, ou polygonale, pour le stockage, le chargement et le déchargement de toutes matières en vrac.

Claims (18)

1. Procédé pour la réalisation de constructions verticales caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser à l'avance en usine des éléments standardisés modulaires, que l'on assemble ensuite sur le chantier, chaque élément se composant d'une tôle lisse 5 sur la face externe de laquelle sont soudées des nervures de rigidification et de renfort.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de chaque nervure est proportionnelle aux dimensions du panneau.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'écartement entre deux nervures successives varie en fonction del'altitude à laquelle est monté ledit panneau.

4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérise en ce que les nervures sont horizontales.

5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les panneaux sont assemblés sur des poteaux verticaux ä section rectangulaire.

6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des pièces complémentaires de renfort sont insérées le 20 long des nervures entre le panneau et le dessus de la nervure.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites pièces ont la forme de U posés de chant contre le panneau.

8. Eléments de construction et constructions telles que 25 des silos, obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

9. Eléments de construction selon la revendication 8, caractérisés en ce que, à la base d'un couple desdits poteaux sont insérés des pieds à section verticale trapézoïdale et 30 réunis à une embase d'ancrage au sol.

10. Constructions selon la revendication 8, caractérisées en ce que deux panneaux adjacents sont assemblés par soudage de leurs poteaux respectifs.

11. Construction selon la revendication 8, caractérisée 35 en ce que deux panneaux adjacents sont assemblés par boulonnage de leurs poteaux successifs, avec interposition d’un joint.

12. Eléments de construction selon la revendication 8, caractérisés en ce qu'en vue de la rigidification d'une paroi 1 1 η mince, on utilise une nervure plus haute résultant de la réunion de plusieurs nervures le long d'une empreinte longitudinale, avec élimination des ailes communes et de leurs lignes de soudure sur la tôle lisse.

13. Eléments selon la revendication 12, caractérisés en ce que la pièce de renfort comporte une aile repliée vers l'arrière de la base du U, dont le bord opposé présente une encoche pour recevoir l'empreinte de la nervure de rigidification.

14. Eléments selon la revendication 8, caractérisé en ce 10 que, chaque élément ayant la forme d'un triangle isocèle galbé parallèlement à sa base, les nervures de rigidification sont réparties également parallèlement à la base et à section triangulaire, une face étant horizontale et l'autre face verticale.

15. Eléments selon la revendication 12, caractérisés en ce 15 que la pièce de renfort est au moins une cornière en L soudée ver ticalement par une de ses ailes sur la tôle lisse au dessous de 1< nervure.

16. Eléments selon la revendication 15, caractérisés en ce que lesdites cornières sont réparties en fonction de la poussée 20 subie localement par la zone de tôle concernée.

17. Eléments selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisés en ce que dans le cas d’une construction polygonale, les poteaux sont constitués par des fers pleins autour de l'arête extérieure desquels est replié le bord verti- 25 cal de chaque tôle, le jeu subsistant entre les deux fers pleins d'un angle étant garni par une cale.

18. Eléments selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisés en ce que, dans le cas d'une construction polygonale, les poteaux ont une section trapézoïdale, permettant 30 l'utilisation de nervures standards rectangulaires.