Brevet FR2519045A1 — publié le 19830701

PROCEDE DE FONDATION POUR TRAVAUX DE BATIMENTS, DE GENIE CIVIL OU ANALOGUES ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE L'invention est relative à un procédé de fondation pour travaux de bâtiments, de génie civil ou analogues, du genre de ceux selon lesquels on réalise dans lé sol, par une opération de battage d'un élément tel qu'un pieu, ou par une opération similaire,une cavité généralement verticale dont les parois sont formées par des zones de terrain compactées au cours de ladite opération. Les procédés de fondation de ce genre conduisent à des ancrages satisfaisants pour encaisser les efforts verticaux, mais présentant l'inconvénient de mal résister aux efforts horizontaux et aux moments de flexions transmis par les pieds de charpente, dans le cas d'ouvrages métalliques. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de fondation qui réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et qui, notamment pour les bâtiments légers à ossature métallique, permet d'obtenir une fondation susceptible d'encaisser des efforts horizontaux et d'encastrement importants. Un procédé de fondation du genre défini précédemment, conforme à l'invention, est caractérisé par le fait qu'on réalise un compactage d'une zone superficielle du sol entourant l'extrémité supérieure de la cavité verticale, de manière A former un logement dont la section transversale est plus grande que celle de la cavité et est suffisante pour que les forces portantes des couches superficielles soient mobilisées, et dont les parois sont formées par des zones de terrain compactées, propres a encaisser des efforts, ce logement se raccordant à la cavité, et que l'on remplit l'ensemble de la cavité et du logement, par des moyens de support d'un ouvrage ou analogue, prenant appui contre les parois de la cavité et celles du logement. De préférence, le compactage de la zone superficielle est effectué de telle sortesque le fond du logement forme, avec l'axe de la cavité verticale, un angle inférieur à 900, ce fond étant notamment constitué par une surface tronconique. Lorsque le sol en surface est de qualité médiocre, pouvant axiBire a une profondeur inportante du logement pour l'obtention d'un refus au battage, on remplit avantageusement, au fur et à mesure, le logement réalisé avec des matériaux d'apport, puis on poursuit le compactage, ces opérations étant répétées jusqu'à obtenir le refus au battage sans que le fond du logement se trouve à une profondeur trop importante. Les moyens de support destinés à remplir la cavité et le logement peuvent etre formés, soit par l'élément ayant servi à réaliser la cavité et le logement, et qui reste alors dans le sol, soit par des matériaux de remplissage de l'empreinte, après retra-it de l'élé- ment, tels que béton, gravier, etc. Selon une solution particulièrement avantageuse, on fait pénétrer dans le sol, par battage ou vibrofonçage, ou opération analogue, un appareil dont la forme générale est celle a d'un pieu et dont la partie supérieure présente une section transversale élargie, de telle sorte que l'enfoncement de cet appareil dans le sol permette de réaliser à la fois la cavité verticale et le compactage de la zone superficielle entourant la cavité verticale. L'invention concerne également l'appareil évoqué précédemment pour la mise en oeuvre du procédé. La partie supérieure à section transversale élargie de cet appareil peut être réalisée avec des bras faisant saillie radialement, notamment diamétralement opposés et inclinés par rapport à l'axe général de l'appareil. Dans ce cas, pour réaliser le compactage de toute la sone superficielle entourant la cavité verticale, on opère en plusieurs étapes : après avoir enfoncé l'appareil de manière à réaliser un compactage d'une fraction de la zone superficielle à l'aide des hras, on soulève l'appareil, puis on le fait tourner d'un angle déterminé autour de son axe pour effectuer un nouvel enfoncement et compacteur une nouvelle fraction de la zone superficielle on répète l'opération jusqu'à obtenir le compactage de toute la zone superficielle. Un tel appareil a sensiblement la forme d'un "Y". Selon une autre possibilité, la partie supérieure à section transversale élargie a la forme d'un cône à section droite elliptique. L'appareil peut être réalisé dans divers ma- tériaux, par exemple métal, béton, bois. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après,à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence au dessin ci-annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ce dessin, est un schéma illustrant le procédé de fondation selon l'invention. La figure 2 est une vue simplifiée, en plan par rapport à la figure 1. La figure 3 est une vue partielle illustrant une étape particulière du procédé. La figure 4, enfin, illustre une variante de réalisation. En se reportant au dessin, notamment aux figures 1 et 2, on peut voir l'illustration d'un procédé de fondation pour travaux de bâtiments, de génie civil ou analogues, selon lequel on réalise, dans le sol S, par une opération de battage d'un élément 1 tel qu'un pieu, ou par une opération similaire, telle que vibrofonçage, une cavité verticale 2 dont les parois 3 sont formées par des zones de terrain compactées au cours de ladite opération. Selon l'invention, on réalise, en outre, un compactage d'une zone superficielle A entourant ltextré- mité supérieure 2a de la cavité 2, de manière à former un logement L de plus grande section transversale que la cavité 2. Les parois 4 de ce logement sont formées par des zones de terrain compactées propres à encaisser des efforts. Ce logement L se raccorde à la cavité 2 et l'on remplit l'ensemble de la cavité 2 et du logement par des moyens de support tels que P (figure 4) prenant appui contre les parois de la cavité 2 du logement L. De préférence, le compactage de la zone superficielle A est effectué de telle sorte que le fond du logement, c'est-à-dire les parois 4, forme avec l'axe de la cavité verticale, un angle ff inférieur à 900, notamment voisin de d5 .C noralement,les parois 4 forment une surface tronoonique. Le battage de l'élément 1 est effectué par tout moyen classique tel qu'un marteau 5, schématiquement représenté, agencé pour venir frapper contre un chapeau 6 monté sur l'extrémité supérieure de l'élément 1. Le battage est effectué jusqu'à "refus", c'est-à-dire jusqu'à ce que, pour un nombre de coups de marteau déterminés, d'une énergie cinétique également déterminée, la profondeur d'enfoncement de l'élément 1,provoquée par ce nombre déterminé de coup; de marteau, reste sensiblement nulle ou inférieure à une limite prédéterminée. L'élément 1 peut être à section pleine ou à section creuse, comme c'est le cas de la figure 1 ; avec un tel élément 1 de forme tubulaire, on prévoit, à sa partie inférieure, un bouchon ?, éventuellement de forme conique, pour s opposer à la pénétration de matières à l'intérieur de l'élément 1. On peut chercher à obtenir un refus global au battage, ou analogue, auquel cas on prend en compte à la fois la résistance à l'enfoncement des parois compactées de la cavité verticale 2 et des parois compactées du logement L ; dans une telle hypothèse, l'énergie du marteau 5 considérée pour la détermination du refus alobal sera plus importante que dans la solution suivante. Selon cette autre solution, on réalise, tout d'abord, la cavité 2 en battant l'élément 1 jusqu'à obtenir un refus provoqué par cette seule cavité 2 ; puis on procède au compactage de la zone superficielle A jusqu'à obtenir un refus au battage, provoqué par cette seule zone A. Lorsque le sol en surface est de qualité médiocre, pouvant conduire à une profondeur importante du logement L en vue de l'obtention du refus au battage, on remplit avantageusement, au fur et à mesure, le logement réalisé, comme montré sur la figure 3, avec des matériaux d'apport m de bonne qualité, tels que tout-venant, cailloux, etc., puis on procède à un nouveau compactage jusqu'à obtenir le refus au battage sans que le fond du logement, déterminé par la couche superficielle 4a des matériaux d'apport, ne se trouve à une profondeur trop importante. Les moyens de support destinés à remplir la cavité 2 et le logement I. peuvent être formes soit par l'élément 1 ayant servi à réaliser la cavité et le logement (cas de la figure 4), soit par des matériaux de remplissage de l'empreinte laissee après retrait de cet élément. Ces matériaux de remplissage peuvent être constitués par du béton, du gravier, etc. Selon une solution avantageuse, on fait pénétrer dans le sol, par battage ou vibro-fonçage ou analogue, un appareil 9 (figures 1 et 3) dont la forme générale est celle d'un pieu et dont la partie supérieure C présente une section transversale élargie, de telle sorte que l'enfoncement de cet appareil dans le sol S permet de réaliser à la fois la cavité verticale 2 et le compas tage de la zone A. La partie supérieure C, à section transversale élargie, peut être formée par des bras faisant saillie radialement, notamment par deux bras 8 et 9, diamétrale ment opposés et inclinés suivant l'angle t par rapport l'axe général X-X de l'appareil. Ces bras 8 et 9 peuvent avoir une section, par un plan perpendiculaire à l'axe X-X, limitée par deux parois 10,11 parallèles entre elles et parallèles à un diamètre du pieu, et par une paroi convexe 12 d'extrémité reliant ces deux parois 10,11 (voir fig. 2). Ces bras 8, 9 sont consolidés notamment par des goussets 13 pour résister aux efforts auxquels ils sont soumis. Pour réaliser le compactage de la zone superficielle A avec un tel appareil muni de bras 8, 9 dont l'étendue angulaire, vue en plan, est limitée, on opère de préférence de la manière suivante. Après avoir enfoncé l'appareil B, de manière à réaliser un compactage de. la fraction de la zone superficielle correspondant à l'empreinte des bras 8, 9, on soulève l'appareil B,puis on le fait tourner d'un angle déterminé, par exemple de 900, autour de son axe X-X, pour effectuer un nouvel enfoncement. On réalise alors le compactage d'une nouvelle fraction telle que la fraction D, dont le contour est représenté par des traits mixtes sur la fig. 2, de la zone superficielle. On peut répéter l'opération en choisissant les angles successifs dont on fait tourner l'appareil autour de son axe, de manière à réaliser le compactage du reste de la zone superficielle. Par exemple, à partir des deux compactages réalisés en croix sur la fig. 2, on pourrait faire tourner l'appareil B de 450 autour de son axe, pour assurer un troisième compactage d'une fraction de la zone superficielle. située entre les deux premières fractions compactées. L'appareil B, comme visible sur les fig. 1 et 3, a sensiblement la forme d'un "Y". Naturellement, on pourrait utiliser un appareil-dans lequel la partie supérieure C serait formée par un cône entourant complètement le pieu 1, auquel cas "l'entonnoir" correspondant au logement L pourrait être compacté au cours d'une seule opération. Ce cône peut être de révolution, ou, de préférence, à section droite elliptique ayant un contour semblable au contour e représenté en tirets sur la fig. 2. Des ouvertures de communication peuvent être prévues entre le volume intérieur de ce cône et le volume intérieur du pieu tubulaire 1 ; on peut ainsi couler le béton en le versant dans.le cône qui sert d'entonnoir, l'extrémité inférieure du pieu 1 ayant été dégagée du bouchon 7. L'appareil B peut être réalisé en un matériau quelconque : métal, béton, bois, etc... pouvant être destiné à rester dans le sol ou à en être retiré. Sur la fig. 4, on a représenté un appareil B formé par un pieu à partie supérieure élargie conformément à l'invention et réalisé en béton. On a réalisé, par battage ou vibro-fonçage, l'enfoncement dans le sol de cet élément B en béton. Cet élément est destiné à rester en place pour recevoir ensuite une longrine telle que 14. La partie supérieure à section élargie de l'élément de la fig. 4 est formée par deux ailes dont la vue en plan est semblable à celle de la fig. 2. Les différentes dimensions de l'appareil B, en forme de "Y" ou d'entonnoir, la longueur de la partie verticale du pieu 1, l'inclinaison a sur la verticale et la longueur des ailes sont choisies en fonction de la nature des terrains rencontrés et des efforts transmis à la fondation On peut indiquer, cependant, que la distance r (fig. 2) entre l'axe de l'appareil et l'extrémité des ailes peut être de l'ordre de 50 cm à 2 m, tandis que le diamètre d (fig. 2) du pieu 1 peut être de l'ordre de 20 cm à 60 cm. La hauteur H (fig. 1) du pieu 1 audessous de la partie supérieure élargie C peut atteindre plusieurs mètres, notamment plus de 3 mètres. I1 est souhaitable que l'enfoncement de la partie supérieure élargie C, lorsque le refus au battage est obtenu, soit tel que la partie supérieure des bras tels que 8, 9, viennent sensiblement affleurer le niveau 15 (fig. 1) du sol ou soit légèrement enfoncée par rapport à ce niveau 15. La technique proposée peut être mise en oeuvre dans la plupart des terrains rencontrés. Elle utilise essentiellement la portance des couches superficielles qu'elle contribue à renforcer si elle est faible, mais également la portance des couches profondes. Elle permet de réaliser des appuis qui résistent remarquablement aux efforts verticaux, y compris d'arrachement, horizontaux ainsi qu'aux moments fléchissants. Lorsque, avec un appareil tel que B, on souhaite obtenir, comme expliqué précédemment au début de la page 5, un refus au battage provoqué par la seule cavité 2, puis un refus provoqué par le compactage de la zone superficielle A, on peut opérer de la sorte. Dans une première étape, on réalise la cavité 2 par enfoncement de l'élément 1, jusqu'à refus, mais sans que les bras 8 et 9 de la partie supérieure élargie n'interviennent dans l'opération de compactage. Autrement dit, à la fin de cette première étape, la cavité 2 est réalisée mais le logement L n'existe pas. Dans une deuxième étape, on raccourcit le pieu 1, par exemple par démontage d'un élément constitutif, et on réintroduit l'appareil B dans la cavité 2. On procède alors au compactage de la zone superficielle A par la partie supérieure élargie C, jusqu'à obtenir un refus. Du fait que la longueur du pieu I a été réduite, ce dernier ne vient plus en butée au fond de la cavité 2 et le refus sera bien dû essentiellement au compactage de la zone A. Avantageusement, pour obtenir les deux refus séparément comme exposé ci-dessus, on prévoit un montage coulissant, sur l'élément 1, de la partie supérieure élargie C (formée notamment par les bras 8, 9 ou par un cône), et-des moyens de blocage permettent d'arrêter cette partie C sur ledit élément 1 au niveau souhaité. Lors de la première étape, la partie C est maintenue vers l'extrémité supérieure de l'élément 1 qui est enfoncé jusqu'à refus. Lorsque ce refus a été obtenu, pour la deuxième étape, l'élément I est soulevé partiellement tandis que la partie C est descendue par coulissement jusqu'au contact du sol, puis est bloquée sur l'élément 1 ; le compactage de la couche superficielle peut alors avoir lieu. I1 est à noter que la section transversale de l'appareil B présente, selon les modes de réalisation représentés sur les fig. 1, 3 et 4, un point anguleux correspondant à la jonction de la partie de la section élargie C avec la partie centrale en forme de pieu 1. Selon une variante, on pourrait prévoir un appareil B dont la section transversale passerait progressivement de la section réduite de la partie centrale à la section élargie de la partie C, sans point anguleux. La section transversale du logement L étant suffisante pour que les forces portantes des couches superficielles soient mobilisées, la fondation selon l'invention ne nécessite pas la présence de semelle ou tout autre ouvrage couvrant la tête du pieu. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fondation pour travaux de bâtiments, de génie civil ou analogues, selon lequel on réalise dans le sol, par une opération de battage d'un élément tel qu'un pieu, ou par une opération similaire, une cavité, généralement verticale, dont les parois sont formées par des zones de terrain compactées au cours de ladite opération, caractérisé par le fait qu'on réalise, en outre, un compactage d'une zone superficielle (A) du sol (S) entourant l'extrémité supérieure (2a) de la cavité (2), de manière à former un logement (L), dont la section transversale est plus grande que celle de la cavité et est suffisante pour que les forces portantes des couches superficielles soient mobilisées, et dont les parois (4) sont formées par des zones de terrain compactées, propres à encaisser des efforts, ce logement (L) se raccordant à la cavité, et que l'on remplit l'ensemble de la cavité et du logement, par des moyens de support d'un ouvrage ou analogue, prenant appui contre les parois de la cavité et celles du logement. 2.- Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que le compactage de la zone superficielle (A) est effectué de telle sorte que le fond du logement forme, avec l'axe de la cavité (2), un angle (a) inférieur à 900, en particulier de l'ordre de 450, ce fond étant notamment constitué par une surface tronconique. 3.- Procédé selon la revendication I ou 2, pour fondation dans un sol de qualité médiocre en surface pouvant conduire à une profondeur importante du logement pour l'obtention d'un refus au battage, caractérisé par le fait qu'on remplit, au fur et à mesure, le logement (L) réalisé avec des matériaux d'apport (m), puis on poursuit le compactage, ces opérations étant répétées jusqu'à obtenirvle refus au battage sans que le fond du logement se trouve à une profondeur trop importante. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on réalise tout d'abord la cavité (2) jusqu'à obtention d'un refus au battage provoqué par cette seule cavité, puis on procède au compactage de la zone superficielle (A) jusqu'à obtenir un refus au battage provoqué par cette seule zone (A). 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on fait pénétrer dans le sol, par battage ou vibro-fonçage, ou opération analogue, un appareil (B) dont la forme générale est celle d'un pieu et dont la partie supérieure (C) présente une section transversale élargie, de telle sorte que l'enfoncement de cet appareil dans le sol permette de réaliser à la fois la cavité (2) et le compactage de la zone superficielle (A) entourant la cavité. 6.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, notamment selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit appareil (B) a la forme générale d'un pieu (1) et comporte une partie supérieure (C) à section transversale élargie. 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la partie supérieure (C) est réalisée avec des bras (8,9) faisant saillie radialement, notamment diamétralement opposés, inclinés par rapport à l'axe général de l'appareil et à surface d'extrémité (12) convexe. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et selon lequel on utilise un appareil con- forme à la revendication 7, caractérisé par le fait que, pour réaliser le compactage de la zone superficielle (A) entourant la cavité (2), on opère en plusieurs étapes, à savoir après avoir enfoncé l'appareil de manière à réaliser un compactage d'une fraction de la zone superficielle à l'aide des bras (8,9), on soulève l'appareil, puis on le fait tourner d'un angle déterminé autour de son axe pour effectuer un nouvel effoncement et compacter une nouvelle fraction (D) de la zone superficielle on répète l'opération jusqu'à obtenir le compactage de toute la zone superficielle. 9.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la partie supérieure (C) à section transversale élargie a la forme d'un cône à section droite elliptique. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 6, 7 ou 9, caractérisé par le fait que la distance (r) entre l'axe de appareil et l'extrémité de la section élargie est comprise entre 50 cm et 2 m.