Brevet FR2317422A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne les procédés d'exécution de pieux moulés à base élargie, utilisés dans la construction des fondations sur pieux d'une grande force portante, y compris ceux destinés à supporter des charges considérables dites wponctuelles * Comme on le sait, les fondations sur pieux d'une grande force portante sont utilisées dans la construction des ouvrages hydrotechniques, industriels, de transport êt de travaux publics, et sont un moyen très efficace permettant d'obtenir une diminution des frais de fabrication et une réduction des délais de construction des grands ouvrages, surtout sur des terrains relativement ébouleux et instables, en comparaison d'autres fondations, telles que 2 semelles filantes, semelles isolées, etc. Il existe actuellement des procédés d'exécution de pieux moulés à base élargie, qui consistent à former dans le sol un trou où l'on introduit une colonne de tubes de cuvelage, on nettoie de la terre l'enceinte intérieure de la colonne de cuvelage, on remplit cette enceinte d'un matériau destiné à constituer le pieu et on retire ensuite la colonne du trou. Le moulage de l'élargissement de la partie inférieure du pieu peut s'effectuer de différentes manières selon les particularités de chaque procédé concret. En tant que matériau pour le pieu on utilise généralement un mélange de béton coulé. Cependant, on peut employer des mélanges de sable ou de gravier ou bien d'autres matériaux similaires suivant la résistance du sol et les charges agissant sur les pieux. Aux procédés largements connus de réalisation de pieux moulds à base élargie se rapporte, par exemple, le procédé "?ranci" (ou ses modifications Wibro-!rankit ou "ibro-Rapid"). Ce procédé consiste à créer un bouchon de béton fortement comprimé dans la partie inférieure de la colonne de cuvetage. Ensuite, on enfonce la colonne avec ledit bouchon dans le sol à la profondeur prescrite par battage ou par vibration. On chasse le bouchon de béton de la colonne de - cuvelage dans le sol en formant de cette façon un élargissement fortement comprimé (appui gu pieu). Ceci fait, on remplit de -matériau de pieu l'enceinte intérieure de la colonne par portions. Pendant l'extraction de la colonne à l'aide d'un trou ou par vibration, on fait sortir successivelent par portions ce matériau de la colonne, en créant ainsi le fat du pieu. Ces derniers temps, le procédé indiqué a trouve une large application. Cependant, du fait que l'enfoncement de la colonne de cuvelage avec, à sa base, le tampon de béton fortement comprimé, ainsi que l'expulsion de ce tampon dans le gol, nécessitent de surmonter une résistance frontale assez importante, le diamètre des pieux et, par conséquent, leur force portante sont limités. En règle générale, le diamètre de te-ls pieux ne dépasse pas 250 à 300 mm. Pour la même raison, ce procédé ne peut titre employé que sur des terrains très tendres. Au point de vue de l'augmentation de la force portante, le procédé selon le brevet français no 2135992 "procédé et dispositif pour la réalisation des pieux d'appui", ol, E 0t d. 27/00 est un procédé plus perfectionné pour la réalisation des pieux moulés à base élargie. Selon ce procédé, l'élargissement de la partie inférieure du pieu est obtenu par application, à l'extrémité inférieure de la colonne de cuvelage, de puissantes impulsions d'air comprimé, sous l'action desquelles il se produit une expulsion de l'eau libre des pores du sol et une déformation de ce dernier, ainsi qu'une projection du matériau du pieu, amené par portions, vers les parois du pieu. Par ce procédé, il est possible d'exécuter des pieux dont le diamètre peut aller jusqu'd 1000 mm et qui sont caractérisés par une force portante notable. Toutefois, comme dans le cas précédent, l'emploi efficace de ce procédé est limité par les terrains très ébouleux, fortement ennoyés et qui sont susceptibles de se détériorer et de se comprimer sous l'action du "canon d'air" spécialement conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé et décrit dans les documents du brevet en question. Un autre procédé, largement connu, d'exécution des pieux moulés à base élargie est fondé sur l'emploi de sondeuses des types "Benoto" et "Koto". A la différence des procédés décrits ci-dessus, ce procédé permet de construire des pieux plus massifs et consiste en ce qui suit. On exécute lé trou par enfoncement de la colonne de cuvetage dans le sol, on évacue périodiquement la terre de son enceinte à l'aide d'outils de forage faisant partie des fournitures de la sondeuse et abaissés dans le trou au moyen d'un cible. Ensuite on fait descendre un élargisseur't à l'aide de tubes de forage dans l'enceinte intérieure de la colonne de cuvelage au fond du trou. Cet "largisseur" est doté d'éléments de coupe sortant sous l'action de la pression hydraulique. En créant la pression du liquide à l'intérieur des tubes de forage et en tournant en mème temps l'élargisseur, on crée une caverne (élargissement) dans la partie inférieure du trou. Au fur et à mesure du remplissage de l'élargisseur avec de la terre, on le retire sur la surface, on le libère de la terre et on le descend de nouveau dans le trou. Ensuite on remplit l'élargissement créé et l'enceinte intérieure du trou avec le matériau du pieu déversé depuis un container et on retire la colonne de cuvelage. Pendant l'extraction de la colonne de cuvelage, on la tourne périodiquement de 10 à 15 tout en la levant simultanément à l'aide de vérins hydrauliques. A cet effet, pour éviter la suspension du matériau du pieu à llintérieur de la colonne de cuvelage, ainsi que pour son tassement, on refoule l'air comprimé dans la colonne de cuvelage fermée d'en haut d'une maniere étanche. L'exécution des pieux moulés par ce procédé, gracie à l'emploi de ltélargisseur formant la caverne dans la partie inférieure du trou, permet de construire des pieux à base élargie massifs dans des terrains plus durs. Cependant, comme il est conditionné par les particularités de création de l'élargissemEnt dans la partie inférieure du pieu, 14 éalisation de ce procédé n'est possible que dans des sols capables de maintenir les parois de la caverne formée à l'aide de ltélargisseur -jusqu'à son remplissage avec le matériau du pieu. En outre, liformation de la caverne à l'aide de l'élargisseur tourn > ztdevient difficile ou tout à fait impossible en présence, dans le sol, de grandes inclusions dures, principalement marainiques. Du fait que le matériau du pieu est tassé prineipalement par l'air comprime et partiellement gr & e à la rotation de la colonne, l'adhérence du pieu au sol dans la zone proche de la partie élargie et dans la zone du fût du pieu s'avère insuffisante. I1 en résulte qu'une force portante de valeur suffisante des pieux n'est pas assurée et on en est obligé d'augmenter leur diamètre pour supporter les charges élevées et par conséquent d'accroftre le volume des travaux et la consommation de matériau. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé d'exécution de pieux moulés à base élargie, en utilisant des opérations technologiques assurant une adhérence parfaite des pieux au sol et une grande force portante des pieux moulés dans des terrains compacts comme dans des terains meubles. Ce problème est résolu du fait que lors de l'exécution de pieux (à bulles) moulés à base élargie,-par formation d'un trou dans le sol, enfoncement d'une colonne de cuvelage dans ce trou, amenée du matériau du pieu dans l'enceinte de la colonne de cuvelage préalablement débarrassée de son contenu de terre, et tassement du matériau du pieu dans le trou à l'aide d'air comprimé au cours de l'extraction de la colonne de cuvelage fermée d'une manière étanche à son extrémité supérieure, suivant l'invention l'amenée du matériau du pieu s'effectue en deux étapes: d'abord on amène un volume de matériau suffisant pour réaliser l'élargissement du pieu, après quoi on soulève la colonne de cuvelage à une hauteur correspondant à celle du matériau amené, on la remplit avec le reste du matériau, de volume suffisant pour créer le fût du pieu, l'élargissement du pieu étant obtenu par enfoncement forcé de la colonne de cuvelage remplie du matériau du pieu, et à laquelle on communique simultanément des oscillations vibratoires, tandis que la formation du fût du pieu s'effectuendant le déplacement de va-et-vient forcé de la colonne de cuvelage suivant son axe longitudinal, en lui communiqu;adtaussi des oscillations et en employant de l'air comprimé pour refouler la matière de pieu. l'essentiel de l'invention proposée consiste en ce qui. suit. Comme on le sait, parmi les matériaux utilisés pour l'exécution des pieux moulés, te sont les mélanges de béton qui assurent la plus haute résistance de ces derniers. Grâce au fait que la formation de l'élargissement du pieu s'opère par enfoncement forcé de la colonne de cuvelage remplie de béton, à laquelle on imprime, en mEme temps, des oscillations vibratoires, la possibilité apparaît d'utiliser, pour l'exécution du pieu, du béton see moins cher que le béton coulé. Du fait que l'amenée du mange de béton dans l'enceinte de la colonne de cuvelage s'accomplit en deux étapes, qu'au cours de la première étape le volume de mélange amené est suffisant seulement pour la création de l1élargissement du pieu, il n'y a pas de danger de suspension du béton dans la colonne, ce qui facilite la montée de cette dernière A-la hauteur du béton coulé. la coulée du béton, pour la formation de l'élargissement, dans l'enceinte de la colonne de cuvelage, exclut, au cours de la coulée du mélange, ltélimination du béton de ce dernier par les eaux souterraines. GrSce à l'action simultanée de trois facteurs s déplacement de va-et-vient forcé de la colonne de cuvelage suivant son axe longitudinal, vibration de la colonne et action del'air comprimé, sur le mélange de béton, il se produit une pénétration du mé2' de béton dans les parois du trou. Ceci permet d'obtenir un pieu dont la surface est rugueuse et présente des saillies incorporées dans le sol aux endroits de sa résistance minimale, ce qui accroSt l'adhésion du pieu au sol en comparaison des pieux ayant une surface relativement lisse. En outre, la pénétration forcée du béton dans les parois du trou aboutit au tassement et à 1 ; ompression du sol autour du pieu, aussi bien que du mélange de béton. Ces circonstances confèrent au pieu une grande force portante. L'exécution de l'élargissement dans la partie inférieure du pieu par refoulement à force du mélange de béton exclut la nécessité de réaliser préalablement une caverne pour l'élargisse- ment et permet d'exécuter les pieux m8me dans les terrains relativement bouseux, tels que les terrains limoneux ou analogues. Pour bien illustrer l'invention, une description d'un mode de réalisation non limitatif est donnés ci-dessous avec référence au dessin unique annexé sur lequel : - la figure 1 montre schématiquement le début du processus d'exécution du pieu jnoulé à base élargie ; - la figure 2 représente l'étape du remplissage de l'enceinte intérieure de la colonne de cuvelage avec le mélange de béton nécessaire pour la formation de l'élargissement du pieu ; - la figure 3 illustre l'étape du levage de la colonne de cuvelage à la hauteur nécessaire pour la réalisation de l'élargissement et le remplissage de son enceinte avec le reste du béton ;; - la figure 4, illustre l'étape de la formation de l'élargissement i lotie inférieure du pieu 3 - la figure 5, montre la formation du !tt du pieu. Le procédé de l'invention est réalisé dans l'ordre ci-après : D'abord on forme le trou par enfoncement de la colonne de cuvelage 1 (figure 1) dans le sol, à l'aide d'un mécanisme de force (non représenté sur le dessin), et par vibration créée au moyen d'un vibrateur 2. Au fur et à mesure de l'enfoncement de la colonne t, son enceinte intérieure est débarrassée de son contenu de terre à l'aide d'une benne-preneuse 3. Après l'enfoncement de la colonne à la profondeur requise et nettoyage de son enceinte intérieure de son contenu de terre, on place sur le fond du trou formé, d'environ 1,5 mm de diamètre, un appui monolithe 4 (figure 2) préparé au préalable. Basuite, on met en place dans le trou, à l'aide d'une bétonneuse, le volume de béton rêche (cône d'affaissement de 10 à 20 mm) nécessaire pour la formation de l'élargissement à la partie inférieure du pieu, la hauteur h1 duquel constitue environ 5 m. Puis, on soulève lalcolonne de cuvelage 1 (figure 3) à la hauteur v égale à h1 après quoi on descend dans le trou, un cône 6 et on l'assemble provisoirement d'une manière rigide à l'extrémité inférieure de la colonne de cuvelage 1. On remplit ensuite l'enceinte intérieure de la colonne de cuvelage 1 avec le reste du mélange, dont le volume est suffisant pour l'obtention du fût du pieu, on bouche d'une manière étanche l'extrémité supérieure de la colonne 1 au moyen d'un couvercle 7 et on relie, par un raccord 8 et un flexible 9, enceinte de la colonne avec une source d'air comprimé (qui n'est pas représentée sur le dessin). Après les opérations mentionnées on procède à l'exécution de l'élargissement à la partie inférieure du pieu. A cet effet on met en marche le vibrateur 2 et on actionne en meme temps ledit mécanisme de force, qui agit sur la colonne de cuvelage (suivant la flèche "A"). De la sorte, la colonne de cuvelage descend tout en faisant pénétrer le béton dans les parois du trou. En même temps se produit une déformation et un tassement intenses du sol suivant toute sa surface de contact avec le mélange de béton introduit initialement , ainsi qu'un tassement aussi intense de ce dernier. Une fois obtenu, l'élargissement désiré on interrompt l'abaissement de la colonne 1 et on procède à la formatio*u fût du pieu. Dans ce but on refoule l'air comprimé dans l'enceinte intérieure de la colonne de cuvelage 1 (figure 5) à travers le flexible 9 et le raccord 8. Simultanément on imprime à la- colonne 1 des oscillations vibratoires au moyen du vibrateur 2 et on effectue le déplacement de va-et-vient forcé de ladite colonne le long de son axe au moyen du mécanisme de force précité. Gracie à l'action conjuguée de l'air comprimée, de la vibration et des déplacements de va-et-vient force's de la colonne sur le matériau du pieu au cours de la remontéde cette dernière du trou, il se produit un tassement du mélange de béton, sa pénétration dans le sol et le tassement du sol autour du pieu. Une. fois terminées la formation du fût du pieu et ltextráction de la- colonne de cuvelage 1, on interrompt l'amenée d'air dans la colonne de cuvelage 1 et on égalise la pression à l'intérieur de la colonne avec la pression atmosphérique; Ensuite l'équipement est transporté vers 19endroit d'exécution du pieu suivant. Pour augmenter la résistance du fût du pieu > après avoir placé le cône 6 (figure 3) on dispose généralement une carcasse d'armature 10 dans la colonne de cuvelage, avant son remplissage avec la deuxième portion de mélange de béton. Comme on le voit de la description qui précède, le procédé proposé assure l'exécution de pieux moulés d'une grande force portante, dans un large diapason de propriétés physicomécaniques des sols qui se rencontrent sur les chantiers de construction, y compris les pieux dd grand diamètre-prévus pour supporter des charges considérables dites "ponctuelles dans la fondation de l'ouvrage. Bien entendu, l'invention 'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exécution de pieux moulés à base élargie, par formation d'un trou danse sol, introductio4'une colonne delcuvelage dans ce trou, amenée du matériau, destiné~à constituer le pieu, dans l'enceinte de la colonne de cuvelage débarrassée préalablement de son contenu de terre, et tassement dudit matériau dans ledit trou à l'aide d'air comprimé au cours de l'extraction de la colonne de cuvelage fermée d'une manière étanche à son extrémité supérieure, caractérisé en ce que l'amenée dudit matériau dans l'enceinte de lacolonne de cuvelage s'effectue en deux étapes : initialement on amène dans le trou le volume de matériau nécessaire à formation de ladite base élargie du pieu, après quoi on soulève la colonne de cuvelage à une hauteur correspondant à la hauteur dudit volume de matériau amené initialement et on la remplit avec le reste du matériau nécessaire à la formation du fat du pieu, le moulage de la base élargie du pieu étant effectué par enfoncement à force de la colonne de cuvelage remplie de matériau et à laquelle on communique de3 oscillations vibratoires, tandis que la formation du fût du pieu s'effectue avec déplacement de va-et-vient forcé de la colonne de cuvelage suivant son axe longitudinal et, simultanément , avec vibration de la colonne et action sur le matériau dieu par l'air comprimé. 2. Pieu moulé à base élargie, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé faisant l'objet de la revendication 1.