Brevet FR2468696A1 — publié le 19810508

Procédé pour enfoncer des pieux hélicoïdaux en béton précon- traint par pénétration par torsion? et pieux hélicoïdaux en béton précontraint pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne un procédé pour enfoncer-des pieux hélicoïdaux en béton précontraint par pénétration par torsion et des pieux hélicoïdaux en béton précontraint pour la mise en oeuvre dudit procédé. En général les chantiers de génie civil et de construction des bâtiments et immeubles en agglomération sont souvent situés près des zones résidentielles. Les bruits et vibrations divers produits par ces constructions bien que temporaires, influent souvent sur les conditions de vie des habitants de cette zone et les maisons et constructions voisines de la cité en cons- truction sont souvent endommagées. De ce fait, ce problème est devenu actuellement un des grands problèmes sociaux. En conséquence, certains travaux de construction dans les zones urbaines ou à leur périphérie demandent souvent de longs délais à cause des limitations en ce qui concerne les heures de travail et les coûts de construction tendent à s'accroître en raison des modifications dans les méthodes et modes de construction et ces facteurs entraînent des difficultés pour le développement de la construction et la réduction des coûts. En particulier, à cause des règlements sur le bruit et les vibrations, il est en pratique difficile d'utiliser des outils faisant du bruit tels que des moutons à moteurs diesel ou des moutons vibrants pour l'enfoncement des pieux néces- saires à la construction des fondations des immeubles et constructions similaires dans les zones urbaines. Ainsi, en vue de la nécessité sociale d'assurer une réduction impor- tante des bruits et des vibrations produits par les procédés de fonçage de pieux conventionnels, un procédé de-construc- tion du type dit sans bruit et sans vibration a été développé à la place des procédés de battage des pieux conventionnels. De plus avec l'augmentation des travaux de construction en zone urbaine de nombreuses méthodes de construction différen- tes utilisant la méthode sans bruit et sans vibration ont été proposées. Cependant une telle méthode de construction sans bruit et sans vibration conventionnelle comporte diverses étapes et ses coûts augmentent beaucoup plus que ceux des procédés bruyants de fonçage des pieux conventionnels. Ces nouvelles méthodes de construction décrites ci-dessus sont basées sur l'excavation du sol de sorte qu'il y a une possi- bilitê accrue de réduction de la force portante par suite d'une désintégration et d'un ameublissement des sols. La présente invention concerne un procédé pour enfoncer des pieux hélicoïdaux en béton précontraint par pénétration par torsion et des pieux hélicoïdaux en béton précontraint pour la mise en oeuvre du procédé. - Un des buts principaux de la présente invention est de four- nir un nouveau procédé de construction dans lequel les incon- vénients mentionnés ci-dessus sont éliminés. Un autre but de la présente invention est de fournir un pro- cédé de construction sans bruit et sans vibration qui est économique et assure une force portante élevée du pieu et avec lequel la construction des fondations peut être effec- tuée plus simplement. Un autre but encore de la présente invention est.de fournir un nouveau procédé de construction sans bruit et sans vibra- tion utilisant un procédé d'enfoncement d'un pieu hélicoïdal en béton précontraint par pénétration par torsion et un pieu hélicoïdal en béton précontraint pour la mise en oeuvre du procédé dans lequel le travail de base d'enfoncement du pieu peut être effectué en un seul stade en faisant pénétrer di- rectement le pieu en béton dans le sol sans évacuation de terre. Selon une caractéristique de la présente invention, le pro- cédé de construction-par enfoncement d'un pieu hélicoïdal en béton précontraint par pénétration par torsion est caracté- risé en ce qu'un pieu en béton avec un flasque hélicoïdal est engagé dans le sol en le faisant tourner par application d'un couple et sans évacuer la terre de sorte que le pieu en béton en lui-même peut avoir une force portante analogue à celle d'un pieu à frottement ou d'un pieu porteur. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le pieu hélicoïdal en béton précontraint est caractérisé en ce que le pieu en béton avec une partie en forme de flasque hélicoïdal sur toute la longueur du pieu ou une partie de celui-ci est réalisé de manière à assurer un béton à très haute résistance par mélange à celui-ci de fibres d'acier. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaî- tront à la lecture de la description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation d'une partie importante d'un pieu hélicoïdal en béton pré- contraint-conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation et coupe par- tielle d'une partie importante du pieu hélicoïdal en béton précontraint de figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe de la partie formant flasque du pieu. Les figures 1 et 2 représentent un pieu hélicoïdal en béton précontraint conforme à la-présente invention dans lequel des barres d'acier 5, des barres de renfort 5a et des barres de renfort hélicoïdales 5b sont assemblées et sont placées dans un châssis pour formage par la force centrifuge (non repré- senté). Du béton à haute résistance 4 mélangé avec des fibres d'acier 3 est injecté dans le châssis et un pieu en béton a présentant un flasque hélicoïdal 1 est finalement obtenu par moulage par centrifugation. Le pieu en lui-même présentera une force portante analogue à celle d'un pieu à frottement ou d'un pieu porteur en lui assurant une rotation par un couple-et en le faisant pénétrer dans le sol sans évacuer les terres. Dans-ce cas cependant il n'était pas pos- sible de réaliser sur un pieu en béton conventionnel un. - flasque présentant une capacité de pénétration suffisante en raison des fissures et des ruptures produites dans le béton conventionnel par une pénétration en porte-à-faux et une rencontre avec les rochers se trouvant dans le sol. Afin de remédier à ces problèmes, on a mis au point un béton' avec fibres d'acier qui est beaucoup plus renforcé que le béton conventionnel. Par exemple, un béton renforcé avec des fibres d'acier ayant un diamètre de 0, 3 à 0,5 mm et une longueur d'environ de 25 à 30 mm, les fibres d'acier 3 étant mélangées uniformément dans le-béton, présente les caracté- ristiques suivantes qui n'ont jamais été constatées dans le béton conventionnel. (a) Il a une rigidité suffisante et une caractéristique de résistance élevée; (b) Il a une résistance à la traction élevée et une résistan- ce à la flexion élevée; (c) Il est moins sujet à des fissures et ruptures dans ses parties d'extrémité et parties de coin; (d) Il a une caractéristique de résistance à la fatique élevée,et, (e) Il a une caractéristique de résistance à la chaleur et une résistance au froid et à la fusion élevées. En utilisant un tel béton renforcé par des fibres d'acier, on peut réaliser une partie formant flasque 1 qui n'est pas sujette à des fissures et à des ruptures et qui présente une résistance suffisante. Selon l'éprouvette pour essai de com- pression du béton qui est utilisée dans le pieu hélicoïdal en béton précontraint a de l'invention, la résistance normale après 28 jours était a28 = 750 kg/cm2 ou plus et elle avait été fabriquée à partir du mélange suivant: *(par mélange,on entend une substance qui protège le ciment, qui accélère la prise et qui augmente les propriétés de résis- tance du ciment à l'eau de mer ou aux solutions salines et d'étanchéité telle que le pozzolane). - La résistance à la compression à 28 jours du béton armé aux fibres d'acier présentant cette composition était a28 = 767 kg/cm2. Elle était presque égale à la résistance à la compression a28 = 753 kg/cm2 d'un béton sans mélange avec les fibres d'acier.2Toutefois la résistance à la traction était at = 83 kg/cm contre 59 kg/cm, ce qui correspond à Quantité de Dimension maximale Eau/ciment Aggrégat fibres de l'aggrégat(e/c) s/A) d'acier grossier (Vol. %) (mm) (%) (%) 1,0 15 45,0 50,0 Q.uantité.unitaire (kg/m) Eau Ciment Aggrégat fin Aggrégat Fibres grossier d'acier 194 460 780 881 78 Mélange * (Total 1000) Agent de réduction d'eau (fort) % 1,0% (par rapport au poids de (par rapport au poids de ciment) ciment) --,. . _ ,.,,,.,._,,....... un accroissement de la résistance à la traction d'environ 1,4 fois dans le cas d'un mélange avec des fibres d'acier. De plus, pour comparer la résistance aux fissures et aux ruptures sous l'effet d'un choc ou d'un impact entre le béton armé de fibres d'acier conforme à la présente invention et le béton conventionnel ne contenant aucune fibre d'acier en mélange, on a essayé et contrôlé la fréquence de produc- tion des fissures et le nombre de destructions en supportant simplement l'échantillon pour essai de flexion, avec une por- tée de 45 cm, pendant 28 jours, et en faisant tomber de manière répétée une bille d'acier d'un poids de 7,5 kg au milieu de la portée depuis une hauteur de 30 cm. Comme résul- tat, les fissures se produisaient avec un nombre de chocs de l'ordre de trois dans le béton qui ne contenait pas de fibres d'acier et la destruction se produisait presque simultanément Par contre, dans le béton contenant des fibres d'acier, con- forme à la présente invention, des fissures se produisaient après 41 chocs et la destruction était obtenue à la 164ème fois. Cependant, il s'est avéré qu'avec un flasque 1 de -dimension appropriée pour assurer une pénétration suffisante, le pieu hélicoïdal présente une résistance suffisante contre les fissures et les ruptures lorsqu'il rencontre des pierres dans le sol ou lorsqu'une pénétration non appropriée de celui-ci est effectuée. Dans le pieu hélicoïdal en béton précontraint a conforme à la présente invention, une résistance très élevée du béton renforcé aux fibres-d'acier avec la résistan- ce normalisée à 28 jours de a28 750 kg/cm2 ou plus a été constatée pour l'échantillon-d'essai de compression standard. De plus, du fait que le pieu hélicoïdal en béton précontraint a est moulé en utilisant la force centrifuge, la résistance du pieu est augmentée d'environ 20% par un processus de compactage et de déshydratation. Dans ce béton à résistance élevée, la résistance à la traction augmente naturellement, ce qui produit une résistance à la traction égale au 1/5ème de la résistance à la compression. De plus, la résistance à la traction est augmentée de 1,5 fois par l'armement aux fibres d'acier. Lorsqu'on exerce un couple sur le pieu, une force de cisail- lement est produite dans la section du pieu et la contrainte de cisaillement la plus importante se produit à la périphérie du pieu. L'état dans lequel la contrainte de cisaillement est exercée sur la surface externe du pieu par le couple, se produit dans ce cas. En supposant que la contrainte de cisaillement est X, les contraintes principales a1 et a2 deviennent: - -a2 T La direction de la contrainte principale a, par rapport à l'axe du pieu devient tang 2= =450 et la contrainte de traction de a1 T est produite dans la direction faisant un angle de 45 avec l'axe du pieu et à son tour une contrainte de compression a2 -T est produite perpendiculairement à la contrainte de traction. Lorsque la contrainte a1 atteint la contrainte de traction a du béton, des fissures se produisent dans la direction per- pendiculaire à la contrainte de traction. A savoir la con- trainte de cisaillement, au moment de l'apparition des fis- sures est la suivante * = ci Donc la contrainte de cisaillement qui produit des fissures devient T = at Ensuite, lorsqu'on introduit une précontrainte correspondant à une force de compression ao dans le pieu, la condition de la contrainte sur la surface périphérique du pieu devient une combinaison de la contrainte de compression ao dans la direc- tîon de l'axe du pieu et de la contrainte de cisaillement T qui se produit en même temps. Dans ce cas, les contraintes principales a1 et a2 deviennent al C =__+ / O V2 + 2 Cr ao2 T Cr Cr (aO)2 +2 La direction de la contrainte principale al par rapport à l'axe du pieu devient tang 22 = _ 2 + T a0 La contrainte de traction a1 est produite dans une direction d'angle 4 par rapport à l'axe du pieu, tandis que la con- trainte de compression a2 se produit dans une direction per- pendiculaire à celle-ci. Lorsque la contrainte principale a atteint la résistance à la traction at du béton, des fissures-se produiront. De ce fait la contrainte de cisaillement Tcr qui produit des fissu- res devient Tcr t(at+ a0) et la direction des fissures par rapport à l'axe du pieu devient A -ttang- F at (% + a0) Dans le béton présentant une résistance normalisée a28 750 kg/cm. après 28 jours qui est utilisé pour le pieu en béton précontraint a conforme à la présente invention, la résistance de compression se trouve accrue de 20% et a. devient environ 900 kg/cm suite au moulage par centrifuga- tion. La résistance à la traction est environ 1/15ème de la résis- tance à la compression; a 60 kg/cm. Une résistance à la traction de at 78 kg/cm qui est 1,3 fois plus importante que les résistances conventionnelles peut être obtenue par renforcement en utilisant des fibres d'acier. Dans ce cas, la résistance au cisaillement au moment de l'apparition des fissures devient T-r = aC = 78 kg/cm2 sous la condition que la précontrainte ne soit pas introduite. Cependant lorsqu'une précontrainte de 100 kg/cm2 est introduite, la contrainte de cisaillement devient Tcr = 118 kg/cm2 avec a. = 100 kg/cm2 et la direction des fissures devient c' - 250 par rapport à l'axe du pieu. De plus lorsqu'on introduit une précontrainte de 200 kg/cm, la contrainte de cisaillement devient TCr = 147 kg/cm2 et la direction des fissures devient j' 18 . Cr 2 A savoir, lorsqu'une précontrainte de 100 kg/cm est introduite dans le pieu, le couple qui produit des fissures est environ 1,5 fois plus élevé que celui lorsqu'il n'y a pas introduc- tion de précontrainte dans le pieu et il est environ 1,9 fois plus élevé pour une précontrainte de 200 kg/cm2. De plus, la direction des fissures est à À' = 450 par rap- port à l'axe du pieu lorsqu'une précontrainte n'est pas in- troduite tandis que cette direction s'incline dans la direc- tion du pieu par l'introduction de la précontrainte et l'an- gle des fissures devient petit. En conséquence, plus la force de la précontrainte croit plus le couple qui produit des fissures augmente et ainsi l'angle formé par les fissu- res avec l'axe du pieu peut être rendu petit. On notera en conséquence que dans un pieu hélicoïdal en béton précontraint qui est engagé dans le sol par rotation sous l'action d'un couple, le béton à résistance élevée avec une précontrainte élevée est plus avantageux que les bétons conventionnels. Lorsque les barres de renfort hélicoïdales 5b sont disposées sensiblement perpendiculairement à la direction des fissures, le couple qui produit l'apparition de fissures peut être augmenté. Le Tableau suivant présente le résultat d'un essai de torsion sur un pieu en béton précontraint conventionnel avec un diamètre de 300 mm et une épaisseur de 60 mm et un pieu hélicoïdal en béton précontraint a avec une longueur de 1,2 m. Si un. pieu en béton a sensiblement le même moment de torsion qu'un pieu qui peut être obtenu avec un béton renforcé aux fibres d'acier, la pénétration des pieux en béton par torsion dans le sol nécessaire pour établir la fondation du pieu deviendra suffisante en prenant en considération un coeffi- cient de sécurité. Le pieu hélicoïdal en béton précontraint conforme à la pré- sente invention peut être enfoncé dans le sol en le faisant tourner sous l'effet d'un couple sans évacuer les terres de sorte qu'une désagrégation et un ameublissement du sol peu- vent être évités contrairement aux autres procédés de cons- Types de béton Précontrainte Moment de torsion Remarques (kg/cm 2 produisant des fissures (tonne-M) Béton à haute 47,0 3,19 Moyenne pou résistance quatre pieu ,0 4,08 Moyenne pou deux pieux ,0 4,23 Moyenne pou -deux pieux Béton avec 100,0 4,82 Moyenne pour fibres d'acier trois pieux ,0 5,58 Moyenne pou trois pieux il truction sans bruit et sans vibration. De plus une force por- tante importante peut être obtenue du fait que le sol sera fortement consolidé et que le flasque est solidaire du pieu lui-même et que de même le frottement entre le béton et les fondations peut être beaucoup augmenté. De plus il est aussi possible d'améliorer un sol mou en faisant pénétrer un pieu hélicoïdal en béton précontraint a dans un sol mou sans produire de bruit et de vibration. Le pieu hélicoïdal en béton précontraint conforme à la pré- sente invention est plus économique que le pieu en béton pré- contraint conventionnel pour le procédé de fonçage par batta- ge et une force portante plus importante peut être obtenue, garantissant ainsi une meilleure sécurité des constructions tout en assurant les autres effets industriel du battage. Un pieu hélicoïdal en béton précontraint conforme à la pré- sente invention est de préférence fabriqué sous les condi- tions suivantes: Quantité de fibres d'acier: -0,6 à 1,2% en volume Dimension maximale de l'agrégat grossier: 13 à 20 mm Rapport eau/béton 30 à 45% Taux de l'agrégat fin, s/A: 45 à 55% Dosage du ciment: 460 à 500 kg/m3 Taux du mélange par rapport au poids du ciment 7 à 12% Taux de l'agent de réduction d'eau par rapport au poids du ciment: 1,0 à 1,4%. Revendications 1. Un procédé pour enfoncer des pieux hélicoïdaux en béton précontraint par pénétration par torsion caractérisé en ce qu'on munit un pieu en béton d'un flasque hélicoïdal, on fait pénétrer ledit pieu en béton dans le sol en le faisant tourner avec un certain couple sans évacuer les terres et on confère une force portante audit pieu en béton de sorte que le pieu en béton en lui-même présente une force portante telle que celle des pieux à frottement ou des pieux porteurs. 2. Un pieu hélicoïdal en béton précontraint pour pénétration par torsion dans lequel la partie à flasque hélicoïdal est prévue sur la surface du pieu sur une partie ou la totalité de la longueur du pieu et des fibres d'acier sont mélangés dans le pieu en béton de manière à mouler un pieu en béton présentant une résistance élevée. 3. Un pieu hélicoïdal en béton précontraint selon la reven- dication 2, caractérisé en ce qu'il présente: une teneur en fibres d'acier de 0,6 à 1,2% en volume une dimension maximale de l'agrégat grossier de 13 à 20 mm un rapport eau/ciment de 30 à 45% un rapport d'agrégat fin s/A de 45 à 55% un dosage en ciment de 460 à 500 kg/m3 un taux de mélange par rapport au poids du.ciment de 7 à 12% un taux d'agent de réduction d'eau par rapport au poids du ciment de 1,0 à 1,4%.