Brevet FR2491108A1 — publié le 19820402

Ia présente invention concerne un procédé et un dispositif de fahrication d'un corps de fondation en béton danc le sol. Dans les travaux intervenant dans le domaine de la construction industrielle, il existe une tendance générale à la mécanisation et à la préfabrication en vue de réduire au minimum les travaux de montage et les frais de main d'oeuvre. En ce qui concerne les travaux de montage ou de construction proprement dits, ces tentatives ont été évidemment couronnées de succès mais par contre dans le domaine des travaux d'exécution de fondations, l'évolution a été relativement faible.Une (4es raisons expliquant ce résultat consiste en ce qu'on ne peut utiliser n31'à un degré limité la préfabrication pour les composants à introduire dans le sol ; en ce qui concerne la mécanisation, on ne peut obtenir une adaptation aux conditions existantes ou bien aux éléments géologiques, ou'en utilisant, dans la plupart des cas, des machines spéciales de haute qualité ou bien des chatnes de machines. Pour la plupart des fondations qui doivent être réalisées à faible et grande profondeur, on peut diviser les processus technologiques de corstruc- tion, de la façon suivante, en opérations (fonctions) qui sont généralement ben délimitées les unes par rapport aux autres - enlèvement de la terre (avec le cas nchéant assche- ment par excavation, forage, avec des machines spéciales, - soutènement de l'excavation par étaiement, coffrage, en utilisant des tabes de cuvelage, des tubes de protection, contre la boue de forage et l'eau boueuse. - bétonnage d'une manière classique ou bien bétonnage sous l'eau. Lors de la mise en pratique des procédés com portant les opérations décrites ci-dessus, l'enlèvement de la terre et le soutènement sont effectués simultané ment (en parallèle), d'un cas à l'autre, ces deux onrations peuvent Etre permutées entre elles, mais dens to1s les cas le bétonnage est effectué après enlèvement de la terre et après soutènement. J,'invention a pour but de permettre la fa bric?tion de corps de fondation en béton dans le sol a l'aide d'un procédé et d'un dispositif à l'aide desquels, pour le soutènement des parois, il n'est pas nécessaire de faire intervenir des dispositifs et ma fériaux accessoires, par exemple des étais et des organes de drainage de la boue, il est superflu, lors de la préparation du corps de fondation, d'effectuer un assèchement préalable, les besoins en main d'oeuvre sont réduits au minimum et il est possible de réaliser une structure de fondation de bonne qualité d'une manière rapide et économique. L'invention est basée sur le principe que, à l'endroit du corps de fondation à réaliser, on a ameubli ou désagrégé la terre et on ne l'a pas évacuée, la masse de terre ameublie soutient la paroi de sol non-perturbée jusqu'à ce que cette masse de terre ameublie soit enlevée et il est alors possible d'effectuer l'opération cotée en dernier en injectant le béton brut servant de matériau dans le corps de fondation, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, dans la masse de terre ameublie de sorte que le sol est ainsi comprimé en surface. L'injection du béton doit évidement commencer par le bas et être poursuivie vers le haut.En outre, l'invention est basée sur un autre nrincipe consistant en ce que, pour la dé sagrégation du sol, on utilise un disque hélicoïdal dont l'axe de rotation sert simultanément de tube d'alimentation en béton qui débouche dans le plan inférieur ou sur sa partie inférieure de manière que, après achèvement de la désagrégation, l'injection du béton et le compactage du sol puissent être effectués avec le mEme outil. Le problème posé a été résolu en utilisant un procédé qui est caractérisé en ce que, à l'en- droit du corps de fondation à réaliser, le sol est ameubli ou désagrégé et du béton est injecté en dessous de la masse de terre ameublie, en ce que le béton monolithique ainsi formé refoule la terre ameublie hors du volume contenant initialement cette terre ameublie et/ou la terre est enlevée d'une autre manière et simultandment le corps de fondation est formé en achevant le remplissage dudit volume avec du béton. Le dispositif selon l'invention comporte un outil de forage et une pompe à béton, la caractéristique essentielle du dispositif consistant en ce que l'outil de forage est constitué par un disque hélicoTdal dont la barre de liaison peut être reliée au dispositif d'entratnement en rotation et à la pompe à béton et est agencée sous forme d'un tube pour assurer l'alimentation en beton brut. Les avantages obtenus gracie à l'invention sont les suivants Le corps de fondation peut être réalisé avec une qualité supérieure à celle obtenue par le passé car le plan inférieur du corps de fondation est coulé sur un terrain non-ameubli ("naturel") ; une matière étrangère (par exemple de la boue de forage) ne ner turbe pas la liaison entre la surface de béton et le sol. Sur a surface latdrale le sol n'est pas perturbé de sorte qu'on n eut éviter la contamination et ainsi la surface latérale n'est pas désagrégée. En tenant compte du fait que l'injection du béton est effectue à une pression supérieure à la pression atmosphérique, on obtient d'une part un nom- pactage du béton sans faire intervenir des opérations accessoires (vibration, damage) et on obtient une plus brande résistance, ce qui permet d'économiser du ciment, et d'autre part le béton injecté sous pression assure un compactage de la masse de terre aussi bien dans la semelle que dans les surfaces périphériques. De cette manière, le corps de fondation réalisé en utilisant le procédé selon l'invention présente une plus grande résistance que les corps de fondation classiques, ce qui se traduit à nouveau par une économie de matière et d'énergie.On peut éliminer les résultats défectueux imputables aux facteurs humains et à une non-observation d'une discipline technologique car la mécanisation de tous les processus peut être résolue et les frais de main d'oeuvre sont réduits au minimum. Les machines spéciales ou chatnes de machines servant à la réalisation des fondations ne sont pas nécessaires et les outils sont montés sur des machines classiques de l'industrie de la construction ou bien on peut utiliser les machines généralement employées dans l'industrie de la construction (pompe à béton, mélangeur, etc.), sans aucune modification pour la mise en oeuvre de la technologie conforme à l'invention. En tenant compte du fait que les travaux de soutènement et d'assèchement sont supprimés et qu'il est possible d'effectuer une mécanisation à un haut degré, on réduit la durée des travaux et simultanément on augmente la productivité et le rendement ; il en résulte qu'il est possible de réaliser une forte économie de dépenses. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, et sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue latérale d'un exemple avantageux de réalisation d'une chaîne de machines nécessaire pour la mise en pratique du procédé selon l'invention, immédiatement avant la terminaison du corps de fondation - la figure 2 montre les différentes n hases de désagrégation du sol ; et - la figure 3 montre le n-. processus de béton- nage et de compactage de sol. Pour a mise en pratique du procédé selon l'invention, il est nécessaire d'utiliser une machine hydraulique désignée dans son ensemble par la référence 1 et constituée par exemple par une grue à chenilles. la flèche de cette grue porte un dispositif d'entratnement en rotation 3 dont lextré- mité supérieure est adaptée à la barre de liaison 4. Le disque hélicoïdal 5, réalisé en acier, est fixé rigidement à l'extrémité inférieure de la barre de liaison 4. La barre de liaison 4 est constituée par un tube de l'extrémité supérieure duquel fait saillie la tubulure 6, en dessous du dispositif d'entratnement en rotation 3. I,'extrémité inférieure du tube formant la barre de liaison 4 est ouverte, l'embouchure étant située dans le plan inférielar du disque hélicoSdal 5. Ive niveau de travail (niveau de terrain) a été désigné par la lettre t. La pompe à béton, désignée dans son ensemble par la référence 7, fnit partie de la channe de machines, qui est alimentée en béton à partir du camion de transport 8 (malaxeur). Le tube de refoulement 9 de la pompe à béton peut être relié d'une manière connue à la tubulure 6 de la barre de liait son 4. 4 l'aide de la machine hydraulique -comme cela est mis en évidence sur la figure 1 - une pression peut être exercée également dans la direction verticale sur la barre de liaison, c'est-à-dire que cette barre peut titre relevée verticalement vers le haut. Sur les figures 2 et 3, on a désigne des machines et dispositifs décrits ci-dessus par les mamies références que sur la figure 1. Sur la figure 2, on a mis en évidence la position dans laquelle le disque hélicoidal, entrarné en rotation à l'aide du dis positif 3 et de la barre de liaison 4 (ce disque étant pratinuement "vissé" dans le sol) assure le forare du volume 2 prévu nour le corps de fondation à former dans le sol 10 par la désagrégation de la terre existant dans cette zone jusqu'au plan de fondetion sl. La terre désagrégée dans le volume 12 a été désignée par 11.La terre 10 est désagrégée par le disque hélicoldal 5 mais elle n'est cependant pas transportée jusqu'à la surface du sol. Après la désagrégation du sol à l'aide du disque hélicoudal 5 sur la largeur d et la hauteur m du corps de fondation à réaliser (effectivement sur une longueur plus grande jusqu'au niveau de terrain S1) et anrès que le disque hélicoïdal 5 soit parvenu dans sa position limite inférieure (figure 2), le dispositif d'entrainement en rotation 3 est arrêté et le flexible (le tube de refoulement) de la pompe à béton est relié à la tubulure 6 de la barre de liaison 4 de forme tubulaire. A partir de là, la barre de liaison 4 fonctionne comme un tube de bétonnage.La pompe à béton est enclenchée et le béton brut (figure 3) transporté par les malaxeurs 8 et introduit dans la pompe à béton s'écoule dans la tubulure 6 et dans le tube de bétonnage constitué par la barre de liaison 4 de façon à parvenir par l'intermédiaire de l'embouchure située à la partie inférieure du disque hélicoïdal 5 - oui est situé lors de l'injection du béton sur la semelle du volume 12 directement au-dessus du terrain naturel non-désagrégé - sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, en correspondance aux con disions existantes, et il fait déplacer le disque hé licoldal 5 verticarement vers le haut.Ce disque hé licoldal pousse la terre 11 désagrégée qui se trouve dans le volume 12 en avant de lui, c'est-à-dire vers le haut, pendant que le béton 13, qui remplit complè- tement le volte correspondant, est compacté sous l'ef fet de la pression exercée. De cette manière, le béton arrive jusqu'à la surface de riélimitation entre la nasse de terre désagrégée et le sol naturel (la semelle), de sorte que les deux types de terre sont sénarés l'un de l'autre par le disque hélicoIdal, ce oui empêche un mélange du béton avec la terre désa gréée. A partir du début du bétonnage, à un instant déterminé par la quantité de béton injecté, le tube de bétonnage constiti par la barre de liaison se soulève graduellement. Lorsque le diamètre d et/ou la hauteur m doivent avoir une valeur élevée ou bien lorsque les caractéristiques physiques du sol sont défavorables, on peut assurer l'évacuation de la terre désagrégée à partir du volume 12 en tirant vers le haut la barre de liaison 4. Lorsque l'extrémité supérieure du corps de fondation (désigné par s2 sur la figure 3) a atteint le niveau nécessaire la pompe à béton 7 est arrêtée et le corps de fondation est terminé. Cette condition est mise en évidence sur la figure 3 et montre également que la majeure partie de la masse de terre refoulée avec le béton brut 13 à partir du volume 12 est située au niveau de terrain t précité.La masse de terre subsistant au-dessus du corps de fondation terminé, dans le volume 12, peut être enlevée, soit à l'aide du disque hélicoïdal 5, soit en faisant intervenir une machine auxiliaire connue, par exemple une grue. Après nettoyage de ltextrémité supérieure du corps de fondation, on neut commencer la construction de la structure ? réaliser sur la fondation. Pour un bon ordonnancement des onérations, il est à noter que, aussi bien vendant l'opération de vissage ou de désagrégation cue pendant toute la durée du bétonnage, la naroi rstérale du volume 12 a été soutenue p?r la masse de terre désagrégée de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un étaiement séparé. Ta ro- tondeur et le iamtre du corps de fondation à réaliser conçormément à la présente invention sont déterminés d'une part par la puissance du dispositif d'entrat- nement en rotation 3 et de la pompe à béton 7 et d'autre part par les caractéristiques physiques du sol 10. ne la manière décrite ci-dessus, il est pos sible de réaliser des fondations séparées ayant un contour circulaire en pratiaue avec un diamètre d (largeur) et une hauteur m de valeurs quelconques, pour n'importe qel type de structure, c'est-à-dire aussi bien dans le cas d'une fondation peu profonde que dans le cas d'une fondation profonde ; en fonction des données géo-techniques et de la charge transmise par les murs à la fondation, il est possible de modifier la profondeur et la largeur du corps de fondation dans de larges limites. Le procédé peut être utilisé en pratique dans n'importe quel sol - à l1exception d'un sol rocheux ou d'un sol ayant une nature rocheuse (grès, tuff, marne, argile schisteuse, etc...). Les possibilités d'application du procédé ne sont limitées ni par la position ni par l'agressivité de l'eau de fond et simultanément l'utilisation du procédé selon l'invention est liée à des avantages particuliers lorsque le niveau de l'eau de fond est trop haut et lorsque la terre située en-dessous du niveau de l'eau de fond a tendance à fluer ou à titre plastique ou bien lorsqu'il existe un pourcentage de cavités élevé ou bien une forte teneur en substances organiques. Par un choix approprié du rapport longueur/diamètre, la fondation se comporte comme un corps rigide et, sous l'influence des charges complexes qui agit simultanément, il ne se produit pas d'effet de flexion dans le corps de fondation de sorte qu'il test pas nécessaire de faire intervenir une armature en fer et que la fondation subit exclusivement une déviation angulaire. En tenant compte du fait que e béton conformement à une caractéristique du procédé - est relié d'une manière tout à fait correcte et étroitement avec les surfaces de sol aussi bien horizontales que verticales, qui délimitent la fondation et qui ne sont pas désagrégées, il est possible de réaliser un corps de fondation ayant un dimensionnement approprié et soumis seulement à un faible déplacement horizontal et vertical. Au cours de la mise en oeuvre du procédé, il ne se produit pas d'effets dynamiques ni de désagrégation du sol - indépendamment de la désagrégation qui est provoquée par le disque hélicoïdal cette technologie convient pour être appliquée à des travaux de reconstruction, à la réalisation de nouvelles installations en dehors de celles déjà existantes et également à l'agrandissement de bâtiments. Lors de la construction de structures qui sont sensibles à une adaptation ou à un décalage dans une direction horizontale (bStiments en panneaux, halles à grandes portées, structures à toits suspendus), on peut enpêcher, e n utilisant le procédé selon l'invention, que les forces résultant des décalages de la fondation soient transmises à la structure. En tenant copte du fait que le diamètre et la longueur (la profondeur) du corps de fondation peuvent être légèrement modifiés - il suffit. de remplacer la barre de liaison et/ou le disque hélicoSdal -, il est possible de faire absorber exactement la grandeur des charges transmises par la structure et variant souvent dans de larves limites par le fondation auquel cas on peut également satisfaire dans une large mesure aux impératifs concernant les économies de matière et d'énergie. Un autre avantage du procédé consiste en ce que la valeur de la résistance des semelles et du frottement périphérique et également - dans le cas d'une composition constante du béton - les valeurs de r- sistance sont sun-rieures aux valeurs pouvant être obtenues avec des colonnes en béton ou des parois fabriquées sur chantier par la technologie tradition nelle, il est possible de réaliser, avec les mêmes dépenses en matière, en temps et en main d'oeuvre, les corps de fondation ayant une plus grande capacité d'absorption de charge. En outré le procédé selon l'invention simplifie l'organisation du chantier et simultanément les problèmes de pollution de l'environnement qui sot associés à la réalisation de fondations avec fentes, il est possible de réaliser des économies de matières premières importantes comme par exemple du bois, de l'acier, des palplanches, des tubes de cuvelage, etc... REVENDICATIONS 1 - Procédé nour réaliser un corps de fondation en béton dans le sol, caractérisé en ce que, à l'endroit où le corps de fondation doit être réalisé, on effectue la désagrégation du sol (10) et on injecte en pressant, en-dessous de la masse de terre ainsi désagrégée (11), du béton monolithique (13), de sorte oue la masse de terre désagrégée (11) est refoulée hors du volume (12) contenant cette masse de terre désagrégée et/ou est enlevee d'une autre manière et en ce que simultanément le corps de fondation est formé après achèvement du remplissage du volume (12) avec du béton (13). 2 - Dispositif de fabrication d'un corps de fondation en béton dans le sol, du type pourvu d'un outil de forage et d'une pompe à béton, caractérisé en ce que l'outil de forage est constitué par un disque hélicoïdal (5), dont la barre de liaison (4) peut hêtre accouplée à un dispositif d'entratnement en rotation (3) et à une pompe à béton (7), et qui est en outre agencée soiis la forme d'un tube pour l'alimentation en béton brut. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le raccordement de la barre de liaison de l'outil de forage avec le dispositif d'entratnement en rotation (3) est fait dans la zone de l'extrémité supérieure de la barre de liaison (4) de forme tubulaire, en dessous de laquelle il est prdvu une tubulure (6) pouvant être raccordée au flexible (9) de la pomne a béton (7).