Brevet FR2283996A1 — publié le 19760402

La présente invention concerne un procédé permettant d'augmenter localement la force portante d'un sol peu consistant, en particulier pour l'exécution de fondations destinées à recevoir de fortes charges. Ce procédé permet également de compenser, de façon simple, les tassements éventuels du terrain sous les fondations. Quand il s'agit d'établir des fondations sur un sol inconsistant, le procédé le plus courant jusqu'à présent pour obtenir la force portante acquise consiste à battre des pieux dans la partie du sol où l'on doit construire les fondations - mais le battage de pieux est relativement couteux et il en est ainsi surtout lorsque les fondations n'ont qu'une destination provisoire - test, par exemple, ce qui se présente lorsqu'il s'agit de monter des grues de grande taille dans un port ou un chantier naval, car, pour un tel montage, on fait appel à des points de support provisoire destinés à résister au poids total de la structure, qui peut atteindre plusieurs milliers de tonnes.Les charges sont donc extremement concentrées et, de plus, un travail de montage de ce type est en général effectué tout près de l'eau, et même, parfois, dans l'eau, là où le sol est souvent sans consistance et consiste, par exemple, jusqu'a une grande profondeur, en sable fin. I1 en résulte de grands inconvénients pour l'exécution de fondations sûres destinées à recevoir de telles charges, car, en outre, les fondations doivent etre réalisées à un prix assez faible étant donné qu'elles ne servent, en général, qu'une seule fois. Si l'on coule une dalle de béton directement sur le sol, il faut qu'elle soit très grande pour fournir la surface nécessaire à la répartition des charges. L' autre procédé connu est le battage de pieux - mais, comme on vient de le signaler, c'est un procédé très coûteux. Conformément à l'invention, on remédie à ces divers inconvénients en augmentant localement la force portante naturelle du sol, de façon que les zones à force portante plus grande puissent servir de points d'appui, par exemple pour la coulée d'une plaque ou dalle de béton destinée à supporter les charges voulues. On peut donner à cette plaque des dimensions nettement plus faibles que lorsqu'on la pose â même le sol, et il nty a pas à foncer de pieux. On assure l'augmentation locale de la force portante, selon l'invention, en isolant des volumes déterminés de sol, des couches de terrain environnantes, de façon que les déplacements latéraux dans ces volumes soient réduits au minimum. On obtient l'isolement des volumes en enfonçant dans le sol des caissons, de forme allongée, ouverts aux deux bouts et ayant, de préférence, la forme de cylindres ou de troncs de cône de section circulaire. L'opération de fonçage peut s'effectuer par vibrations, éventuellement avec apport d'eau sous pression. Pour faciliter l'enfoncement, on peut appliquer, le long du bord extrême inférieur des caissons, au cours de l'opération, une substance servant de lubrifiant. Dans le cas de fondations d'utilisation uniquement provisoire, on peut réaliser les caissons en tôle métallique, mais le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à l'exécution de fondations définitives, à la condition que le matériau des parois des caissons puisse être traité ou choisi de manière à ne pas être exposé au risque de rupture. Un procédé de réalisation de parois définitives consiste, par exemple, à introduire de façon continue un produit, avantageusement du béton, le long du bord extrême inférieur du cylindre de tôle, pendant que l'on enfonce ce dernier dans le sol par vibrations. Dans ce cas, le béton, après avoir fait prise, constitue un mur définitif de forme cylindrique.Pour faciliter l'application de ce produit, on prévoit, de préférence, sur le cylindre en tôle métallique, un bord extrême inférieur en surépaisseur, et l'on injecte le produit dans le vide formé au-dessus de cette partie plus épaisse, pendant que l'on enfonce le cylindre dans le sol. Il est bon que les volumes de terrain enfermés dans les caissons, aient la plus grande capacité possible. On peut y parvenir, compte tenu des moyens de fonçage dont on dispose, par exemple en donnant aux caissons une forme conique et en les enfonçant par leur plus grande base. Un tel mode de fonçage n'est possible que si le volume de matériau contenu dans le caisson peut diminuer tandis qu'on enfonce ce dernier. Un autre avantage des caissons de forme conique tient au fait qu'on peut les enfiler les uns dans les autres sur leur lieu de stockage et les maintenir ainsi au cours de leur transport, ce qui diminue l'encombrement de façon sensible. Quand on enfonce ces caissons dans le sol par vibrations, il se produit également un compactage du matériau contenu dans les caissons. On peut améliorer ce compactage en chassant, par aspiration, l'eau que renferme le matériau, une fois que le traitement par vibrations est termine. En vue d'augmenter encore la force portante des volumes de terrain isolés, on peut, après que les caissons ont été enfoncés à la profondeur voulue, compacter davantage ces volumes isolés en appliquant des procédés connus, par exemple des vibrations continues, un compactage par vibro-flottation, ltélectro-osmose, le battage de pieux, une injection, ou une combinaison de ces procédés. Si, malgré tout, il se produit des tassements du terrain audessous d'une fondation ainsi réalisée, l'invention permet de redonner, à cette dernière, sans difficultés, le niveau et/ou l'assiette voulus. On obtient ce résultat en injectant, dans la masse de terrain isolée par un caisson et qui supporte la fondation, un matériau fluide sous une pression telle que la fondation se soulève, la hauteur dont elle remonte étant fonction de la quantité de matériau injecté A cette fin, on dispose, dans le sol au-dessous de la fondation, une ou plusieurs couches, placées les unes au-dessus des autres en des positions déterminées, en un matériau qui laisse des passages d'écoulement et l'on met en place des tuyaux d'injection qui traversent la fondation et descendent dans la couche ou dans les couches. On peut donc, en cas de tassement du matériau que contient le caisson, injecter une masse dans la couche unique, ou dans l'une des couches, de manière que cette masse ainsi injectée s'étale sur toute la section transversale du caisson et joue le rôle d'un piston hydraulique qui fait remonter la fondation de la hauteur voulue. Comme masse à injecter, on peut avantageusement utiliser un mortier de béton du type béton flottant, étant donné-que, si l'on a à effectuer plusieurs corrections, on peut utiliser une couche distincte pour chaque correction. On peut, à titre de variante, employer un mortier dont le ciment est remplacé par de l'argile, éventuellement additionnée de bentonite. Les couches peuvent, par exemple, renfermer des galets qui laissent des vides et des passages permettant la répartition de la masse injectée. Entre la masse injectée et la surface intérieure du caisson, on dispose un élément en matériau approprié qui empêche cette masse de coller à la paroi du caisson. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la b description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif, une forme de réalisation, avec des variantes. Sur ces dessins, - la Fig. 1 représente une fondation en béton, établie conformément à l'invention; - la Fig. 2 est une coupe faite dans la dalle de la fondation de la Fig. 1 et dans la fondation elle-même. - la Fig. 3 est une coupe d'une fondation, sous laquelle une couche prévue pour recevoir une injection permet d'effectuer des corrections de hauteur; - la Fig. 4 une coupe analogue, mais correspondant au cas de trois couches. La fondation en béton telle que représentée sur la Fig.l est destinée à recevoir des charges importantes et concentrées. Elle se compose d'une plaque, ou dalle, supérieure 1, en béton, reposant sur quatre cylindres en béton homogène 2. Ces cylindres de béton sont posés à même le sol qui, par exemple, est en sable meuble et qui, à l'endroit de ces cylindres, a été préparé pour assurer une force portante bien supérieure à celle du terrain environnant. Comme le montre la Fig. 2, les cylindres 2 de béton reposent sur des volumes de sol 3 qui, en ce qui concerne les déplacements latéraux du terrain, sont isolés du sol environnant au moyen de cylindres 4 en tôle métallique enfoncés dans le sol. Dans le cas d'un sol inconsistant, il se produirait, dans le sol, en l'absence de ces cylindres 4, des déplacements latéraux, quand les cylindres 2 en béton subissent des charges, ce qui rendrait impossible l'exécution d'une fondation stable, à moins que la charge exercée ne soit répartie sur une surface importante. Mais, grâce à l'isolement de faibles volumes de terrain assuré par l'invention, en enfonçant dans le sol les caissons 4 en tôle métallique, ouverts à leurs deux extrémités, on supprime le risque que, lorsqu'ils sont soumis à une charge, les volumes de terrain que contiennent les cylindres soient sollicités à se déplacer latéralement.Même un sol qui n'est que faiblement consistant peut ainsi assurer une force portante suffisante pour absorber des charges élevées et concentrées, si celles-ci sont réparties sur pratiquement toute la surface supérieure de chaque volume isolé 3. Selon la Fig. 2, on parvient à ce résultat à l'aide des cylindres 2 en béton, dont la section transversale correspond à celle des cylindres en tôle métallique, mais qui peuvent se déplacer verticalement par rapport à ces derniers. On peut indiquer, comme exemple de force portante, que, dans un cas oll le sable est recouvert d'eau, l'enfoncement d'un cylindre d'un diamètre de 2,7 m jusqu'à une profondeur de 16 m assure une force portante de 1*250 tonnes environ. Pour l'exécution d'une fondation, on enfonce des cylindres 4 de tôle métallique dont le nombre est fonction de l'importance de la charge à supporter, puis, dans chacun d'eux, on place un cylindre 2 en béton, pour supporter la plaque, ou dalle, 1 en béton qui répartit la charge. On peut réaliser les cylindres 4 en tôle métallique avec des parois assez minces, étant donné qu'ils ne sont pas soumis à des forces importantes du fait que les forces horizontales dues aux forces verticales ne sont pas grandes. En exécutant les caissons en un matériau ayant une limite élastique propre, on peut mettre à profit la butée des terres s'exerçant sur l'extérieur des caissons pour provoquer un meilleur compactage du contenu de ces caissons. De préférence, c'est par vibrations que l'on enfonce les cylindres. De plus, on donne aux cylindres en béton une hauteur telle que la plaque de béton 1 ne touche pas les cylindres 4 en tôle métallique, même si un certain tassement vient à se produire. Dans la forme de réalisation représentée, les cylindres de béton 2 pénètrent dans les cylindres 4 en descendant au-dessous du niveau général du sol, ce qui diminue les efforts à leur partie supérieure. Quand on enfonce les cylindres 4 en tôle métallique au moyen de vibrations dans le sol, par exemple dans du sable, les vibrations provoquent un compactage du sable et modifient l'agencement des grains. On peut réaliser un nouveau compactage du sable que contiennent les cylindres en extrayant l'eau de ce sable, éventuellement au moyen de tuyaux perforés introduits dans le sable contenu dans les cylindres. Une certaine partie de cette eau revient plus tard, bien entendu, mais elle pénètre alors dans des cavités plus petites, entre les grains de sable. On peut tasser davantage le sable en appliquant, par exemple, les procédés connus décrits plus haut qui contribuent également à augmenter la force portante des volumes de sol enfermés dans les cylindres. En donnant une certaine conicité aux caissons en tôle métalli que et en les enfonçant par leur extrémité la plus large, on obtient automatiquement un compactage complémentaire du sol pendant le fon cagne. Le procédé que l'on vient de décrire convient particulièrement aux fondations provisoires, car il est simple et d'une application peu coûteuse. En outre, il permet de retirer facilement la fondation et la plaque, ou dalle, après utilisation. Bien entendu, on peut appliquer ce procédé à des fondations définitives, à la condition de pouvoir réaliser les parois du coffrage en un matériau durable. Un procédé pour réaliser un caisson définitif, dans un sol comme celui qui est décrit plus haut, consiste, pendant l'enfoncement par vibrations par exemple d'un cylindre en tôle métallique, à introduire sur son bord extrême inférieur un produit, avantageusement du béton, qui, après avoir fait prise, constitue une seconde paroi définitive sur l'une des faces, ou sur les deux faces, de la paroi en tôle métallique qui est foncée. Pour faciliter une telle injection de béton, on peut prévoir, sur le bord extrême inférieur du cylindre en tôle métallique, une partie en surépaisseur, obtenue par exemple par soudage d'une cornie- re, de manière que le béton remplisse l'espace vide qui existe, momentanément, juste au-dessus de cette partie plus épaisse, quand on enfonce le cylindre en tôle métallique. On a décrit ci-dessus l'invention dans son application à l'établissement d'une fondation en béton, mais, bien entendu, l'invention couvre tous les cas où l'on veut augmenter la force portante de certaines zones d'un sol peu consistant. L'augmentation de la force portante est l'objet d'une forte demande, par exemple dans l'industrie du bâtiment et des travaux publics. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on peut modifier la forme de réalisation décrite ci-dessus de diverses manièressans sortir du cadre de l'invention. La seule caractéristique essentielle à respecter est de pouvoir augmenter localement la force portante d'un sol peu consistant en protégeant, contre les déplacements latéraux du terrain environnant, des volumes déterminés de sol. Les figures 3 et 4 montrent comment on peut régler le niveau supérieur d'une fondation exécutée conformément à l'invention, dans le cas d'un tassement du sol. Si, dans les divers cylindres en tôle métallique qui portent une seule et unique dalle 1 en béton, se produisent des tassements différentiels, cette dalle et la structure qu'elle porte se penchent et subissent éventuellement des efforts indésirables. Afin de compenser de tels tassements d'amplitude différente, on peut, selon l'invention, disposer une ou plusieurs couches 9 au-dessous des cylindres de béton 2 dans chaque cylindre 4 en tôle métallique. Ces couches sont en un matériau qui laisse des passages pour la circulation d'un produit à injecter; ce matériau est, avantageusement, à gros grains, et est constitué par exemple par des galets. D'après la figure 3, le cylindre 2 en béton repose sur une couche de galets 9 qui est isolée du terrain sous-jacent dans les cylindres 4 au moyen d'une tôle métallique 5. Une partie supérieure 6 du cylindre 4 en tôle métallique, d'une hauteur correspondant au moins à l'épaisseur de la couche 9 de galets, est renforcée, normalement en lui donnant une épaisseur de paroi supérieure à celle de l'ensemble du cylindre. On maintient également la couche 9 de galets isolée de la paroi du cylindre, grâce à une chemise 7 qui recouvre la surface intérieure du cylindre, le long de la partie supérieure 6. On fixe, dans le cylindre 2 en béton, un tuyau d'injection 8 qui débouche dans la partie inférieure de la couche 9 de galets. Si, dans le matériau que contient le cylindre 4 de la figure 1, se produit un tassement et que, par suite, la dalle 1 en béton s'abaisse en s'inclinant éventuellement de façon fâcheuse, on peut relever la dalle 1, ctest- & dire rétablir son niveau initial au moyen de la couche 9 de galets. A cette fin, on procède à une injection sous pression dans la couche de galets par le tuyau d'injection 8. En raison de la perméabilité de la couche 9, la masse ainsi injectée se répartit de façon à peu près régulière sur toute la surface du cylindre 4 et constitue un piston hydraulique qui, sous une pression suffisante,fait monter le cylindre de béton 2 et la dalle 1 jusqu'à la hauteur voulue. La masse injectée qui est, par exemple, un mortier de ciment, constitue pratiquement, après avoir fait prise, un prolongement du cylindre initial 2 en béton. A cet égard, il est important que la masse injectée ne puisse pas coller à la paroi du cylindre.C'est à cette fin qu'est prévue la chemise 7, car, en son absence, des forces impor- tantes risqueraient de se transmettre au cylindre 4 en tôle métallique, qui n'a pas des dimensions prévues pour résister à de telles forces. Mais, pour pouvoir résister à la pression hydraulique liée à l'injection, on donne, comme indiqué plus haut, une plus grande épaisseur à la partie supérieure 6 du cylindre 4. Si, par exemple, la charge qui s'exerce sur la dalle 1 en béton augmente progressivement, par exemple, dans le cas où l'on construit un bâtiment, il peut être bon, et même nécessaire, de pouvoir procéder à plusieurs réglages successifs de la hauteur de la fondation, par exemple pour compenser les variations de niveau dues à des tassements successifs du terrain à l'intérieur des cylindres 4 en tôle métallique. Pour qu'il soit possible d'effectuer une telle compensation, on peut disposer une série de couches 9 des galets, du type de la couche de la figure 3, les unes au-dessus des autres, en les isolant les unes des autres à l'aide de tôles 5 intermédiaires (Fig 4) Dans chacune de ces couches est disposé un tuyau d'injection 8 distinct, et chacun débouche dans la partie inférieure de la couche de galets correspondante.Quand s'est produit un affaissement d'une ampleur telle qu'il y a lieu de procéder à un rattrapage de niveau, on procède à une injection dans la plus basse des couches 9, de la fa çon décrite à propos de la figure 3. Si, ultérieurement, se produit un autre tassement, on peut utiliser, de la même façon, la couche centrale de galets pour effectuer une correction de hauteur. Il convient de garder en réserve la couche de galets 9 la plus haute avant que tout l'ensemble du bâtiment et, avec lui, la charge totale puissent agir sur la fondation, après quoi on peut procéder à un réglage final. Si, pour l'injection dans cette dernière couche, on utilise un matériau qui, en faisant prise, ne donne pas une masse vraiment solide, on peut éventuellement faire ultérieurement de nouvelles injections dans cette couche. On a cité, plus haut, des exemples de tels matériaux (en particulier, un mortier d'argile, éventuellement additionné de bentonite). Pour des matériaux à prise lente, il peut être avantageux de munir le tuyau d'injection 8 d'un moyen de fermeture à son extrémité extérieure. Le procédé selon l'invention est susceptible de diverses modifications. C'est ainsi que l'on peut remplacer les couches de galets des figures 3 et 4 par un autre matériau, et éventuellement les rem placer ou les compléter par un système de tuyaux disposés dans les couches et dont les ouvertures sont réparties régulièrement sur toute la section.transversale du cylindre. De plus, on peut choisir à volonté le nombre des couches de galets et la nature du produit à injecter. Enfin, on peut appliquer le procédé sans couche de répartition, auquel cas le produit injecté s'étale sur la couche de terrain naturelle. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter localement la force portante d'un sol peu consistant, en particulier pour l'exécution de fondations destinées à recevoir des charges importantes, caractériséspar le fait que l'on fait descendre verticalement dans le sol un caisson, ouvert aux deux extrémités et de forme allongée, en vue d'isoler du terrain environnant à l'égard des déplacements latéraux du sol, un volume donné de sol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise un caisson de section transversale circulaire. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on utilise un caisson en forme de tronc de cône que l'on enfonce par son extrémité la plus large. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pendant que l'on enfonce le caisson, on introduit sur le bord extrême inférieur de ce caisson une substance qui joue le rôle de lubrifiant. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, pendant que l'on enfonce le caisson, on introduit de façon continue sur le bord extrême inférieur de ce caisson, sur une face de sa paroi ou sur les deux, une substance qui fait prise et constitue une paroi qui épouse le caisson et qui résiste à la rupture. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait qu'on utilise un caisson dont le bord extrême inférieur présente une partie plus épaisse, et par le fait que les dites substances pénétrent dans le ou les creux formés par cette partie plus épaisse pendant le fonçage du caisson. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que, pendant sa descente, le caisson est soumis à des vibrations. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on soumet la masse de sol contenue dans le caisson à un compactage par compression et/ou injection, afin d'augmenter sa force portante. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on utilise un caisson, à paroi assez mince,en un matériau ayant une limite élastique propre, et par le fait que l'on exécute la dite compression ou injection jusqu'à un point tel que la butée des terres s'exerçant de l'extérieur coopère avec le matériau que contient le caisson pour s'opposer à une expansion de ce dernier. 10. Procédé pour corriger le niveau et/ou l'inclinaison d'une fondation en béton ou construction analogue reposant sur un sol peu consistant mais dont la force portante a été augmentée conformément à la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on injecte sous la fondation un matériau fluide sous une pression telle que la fondation est astreinte à se soulever. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il est prévu, sous la fondation, au moins une couche en un matériau qui laisse des passages de circulation, et par le fait que ctest dans cette couche que l'on fait l'injection. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il est prévu plusieurs couches disposées les unes au dessus des autres, et par le fait que l'on procède à l'injection dans ces couches à raison d'une seule à la fois, en commençant par celle qui est située le plus bas. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que l'on isole ces couches de la paroi du caisson à l'aide d'une matière appropriée. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractéN risé par le fait que le matériau constituant les couches est à grain relativement gros.