Brevet FR2522706A2 — publié le 19830909

FR 2522706 A2 19830909 FR 8217993 A 19821027 La présente invention concerne des perfectionnements à un procédé et à un dispositif de fabrication d'un corps de fondation en béton dans le sol, conformément à la demande de brevet principal déposée en France sous le No 8117 661 le 18 9 1981. 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 des raisons expliquant ce résultat consiste en ce qu'on ne peut utiliser qu'à un degré limité la préfabri- cation 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 qu'en utilisant, dans la plupart des cas, des machines spé- ciales de haute qualité, ou bien des chaînes de machines. Pour la plupart des fondations qui doivent être réa- lisées à faible et grande profondeur, on peut diviser les processus technologiques de construction, de la façon suivante, en opérations (fonctions) qui sont généralement bien délimitées les unes par rapport aux autres: enlèvement de la terre (avec, le cas échéant, assèchement), par excavation, forage, avec des machines spéciales; soutènement de l'excavation par étaiement, coffrage, en utilisant des cuves 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 procédé comportant les opérations décrites cidessus, l'enlèvement de la terre et le soutènement sont effectués simultanément (en parallèle); d'un cas à l'autre, ces deux opérations peuvent etre permutées entre elles, mais dans tous les cas, le bétonnage est effectué après enlèvement de la terre et après soutènement. L'invention a pour but de permettre la fabrication de corps de fondation en béton dans le sol à l'aide d'un procédé et d'un dispositif avec lesquels, pour le soutènement des parois, il n'est pas nécessaire de faire intervenir des dis- positifs et matériaux 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 assèche- ment préalable, les besoins en main d'oeuvre sont réduits au minimum et il est possible de réaliser une structure de fonda- tion de bonne qualité d'une manière rapide et économique. L'invention de la demande de brevet principal est basée sur le prin- cime que, à l'endroit du corps de fondation à réaliser, on a ameubli ou désa- grégé 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 citée 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 évidemment commencer par le bas et être poursuivie vers le haut En outre, l'invention est basée sur un autre principe consistant en ce que, pour la désagrégation 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 même outil. Le problème posé a été résolu dans la demande de brevet principal en utilisant un procédé qui est caractérisé en ce que, à l'endrôit 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; le béton monolithique ainsi formé refoule la terre ameubliehors du volume contenant initialement cette terre ameublie et/ou la terre est enlevée d'une autre manière et, simultanément, le corps de fondation est formé en achevant le remplissage dudit volume avec du béton Conformément à un perfectionnement de oe procédé conforme à la présente invention, le coros de fondation est pourvu d'un ferraillement en acier par incorporation de préférence oar enfoncenent d'une armature en acier à béton dans le béton monolothique non encore solidifié. Le dispositif conforme à la demande de brevet principal comporte un outil de forage et une pompie à béton, la caractéristique essentielle du dispositif consistant en ce que l'outil de forage est cons- titué par un disque hélicoïdal, dont la barre de liaison peut être reliée au dispositif d'entraînement en rotation et à la pompe à béton et est agencée sous la forme d'un tube pour assurer l'alimentation en béton brut Dans l'exemple de réalisation 0 du dispositif décrit dans la demande de brevet Drincipal, la liaison avec le dispositif d'entraînement en rotation est placée dans la zone de l'extrémité supérieure de la barre de forme tubu- laire, en dessous de laquelle il est prévu une tubulure pouvant être reliée au flexible de la pompe à béton. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'entraînement en rotation est en liaison d'en- trainement avec le système hydraulique d'une machine hydrau- lique de travail qui peut être la pompe à béton proprement dite, ou bien une autre machine, par exemple une grue, un 2 û excavateur ou une machine semblable Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention le dispositif d'entraînement en rotation comporte une tubulure, pouvant tourner et être reliée à la barre de liaison, disposée en bas dans la position de service, ainsi qu' une tubulure de préférence fixe associée à la barre de liaison et pouvant être reliée à un tuyau de refoulement (flexible) de la pompe à béton, cette tubulure étant disposée de préférence en haut dans la position de service. Avantageusement, le dispositif d'entraînement en rotation comporte un dispositif de suspension permettant d'accrocher le tuyau de refoulement de la pompe à béton à un bras porteur. Confornément à une autre caractéristique de la présente invention, au moins une ouverture de sortie de béton débouche en dessous du plan inférieur du disque hélicoldal à partir de la paroi latérale de l'embout de barre de liaison et cette ouverture de sortie de béton est délimitée par un bord incurvé vers l'extérieur L'ouverture de sortie de béton est en outre agencée avec une forme ovale Dans le cas de deux ouvertures de sortie de béton, celles-ci sont placées dans des positions opposées. Conformément à une autre caractéristique de la présente inven- tion, il est prévu-à l'extrémité inférieure de la barre de liaison un prédécoupeur de forme conique et l'ouverture de sortie de béton est disposée au-dessus de cette ex trémité de la barre de liaison Avantageusement, le prédécoupeur comporte des nervures placées dans des positions mutuellement opposées, faisant saillie de sa surface périphérique et se rétrécissant de préférence du haut vers le bas et/ou des griffes disposées dans la zone de pointe. Dans un autre exemple de réalisation du dispositif, le disque hélicoldal est formé de deux parties qui sont pourvues de bords de coupe horizontaux Le disque hélicoldal forme les trois-quarts d'une hélice, ou bien une hélice complète Les bords de coupe horizontaux sont situés sur la même ligne ou essentiellement sur la même ligne. Les bords de coupe peuvent être dentés et, en position de travail, ils peuvent être orientés horizontalement ou sensiblement horizontalement Les plaques reliées aux bords de coupe sont inclinées vers le bas. Selon une autre caractéristique de l'invention, des bords de coupe s'étendant vers le haut et placés, dans la position de travail, verticalement ou sensiblement verticalement, sont associés extérieurement à la partie inférieure du disque hélicoldal et sont situés sur son côté, en étant placés avantageusement dans des positions opposées dans la zone des bords de coupe horizontaux. La longueur de ces autres bords de coupe est égale au maximum à la longueur d'un pas d'hélice. Les avantages obtenus grâce à l'invention sont les suivants: Le corps de fondation peut être réalisé avec une qua- lité 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 perturbe pas la liaison entre la surface de béton et le sol Sur la surface latérale, le sol n'est pas perturbé, de sorte qu'on peut éviter la contamina- tion, et ainsi la surface latérale n'est pas désagrégée. En tenant compte du fait que l'injection du béton est effectuée à une pression supérieure à la pression atmosphérique, on obtient, d'une part, un compactage du béton sans faire intervenir des opérations accessoires (vibration, damage), et on obtient une plus grande 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 résis- tance 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 mdinimum Les machines spéciales ou chaînes de machines servant à la réalisation des fondations ne sont pas néces- saires 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 apparaîtront 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 représente un exemple avantageux de réalisation de la chaîne de machines nécessaire pour la mise en pratique du procédé selon l'invention dans une phase de bétonnage et de compactage du sol; la figure 2 est une vue en perspective d'un exem- ple avantageux de réalisation du disque hélicoïdal formant une partie du dispositif; la figure 3 est une coupe longitudinale faite par l'axe du disque hélicoïdal de la figure 2; et la figure 4 est une coupe des ouvertures de sor- tie de béton du disque hélicoïdal de la figure 2. Pour la bonne compréhension de la présente invention, on se reportera utilement au texte de la demande de brevet principal qui doit être considéré comme incorporé à la présente description, par la référence qui lui est faite ici. Sur la figure 1, on a représenté un exemple de réa- lisation du dispositif conforme à la présente invention qui se différencie du dispositif représenté sur les fig 1 à 3 de la demande de brevet principal en ce que le dispositif d'entraînement en rotation 15, au lieu d'être relié à une grue à chenilles, est raccordé au système hydraulique de la pompe à béton 7 et est ainsi entraîné On reconnaît sur la figure 1, un disque hélicoïdal 5, réalisé en acier, fixé rigidement à l'extrémité inférieure d'une barre de liaison 4 Le niveau de travail (niveau de terrain) a été désigné par la lettre t Une pompe à béton, désignée dans son ensem- ble par la référence 7, fait partie de la chaîne de machines, qui est alimentée en béton, à partir du camion de transport 8 (malaxeur) La terre désagrégée dans le vomume 12 a été désignée par 11. Le dispositif d'entraînement en rotation 15 est ac- couplé à l'aide d'un dispositif de suspension 17 à un bras porteur 16 sur lequel est monté un tuyau de refoulement 9 (flexible) de la pompe à béton 7 Le bétonnage est effectué avec le dispositif d'entraînement en rotation 15 de manière qu'une tubulure fixe 14 du dispositif d'entraînement en ro- tation soit reliée au tuyau de refoulement 9 de la pompe à béton 7, tandis qu'une tubulure tournante 15 a du dispositif est reliée à la barre de liaison 4 La position représen- tée sur la fig 1 correspond à la position de la fig 3 de la demande de brevet principal, c'est-à-dire que le volume 12 est rempli de béton monolithique 13 Le dispositif pré- sente l'avantage qu'aucune machine hydraulique de travail spéciale(par exemple une grue à chenilles) n'est nécessaire, car le dispositif d'entraînement en rotation 15 peut être actionné par le système hydraulique de la pompe à béton 7. Il est évident que le dispositif d'entraînement en rotation peut être accouplé à une grue à chenilles et être entraîné par son système hydraulique. Après que l'on soit arrivé à l'extrémité supérieure 52 du corps de fondation et que le disque hélicoïdal 5 a été sorti du volume 12, on peut mettre en place dans la masse de béton une armature en acier avant la solidification du béton monolithique 13 Avantageusement, les fers à béton sont assemblés au préalable, et l'armature est enfoncée, en correspondance à son poids, à l'aide d'une machine ou à la main dans le béton monolithique 13 encore mou Le ferraillage permet d'utiliser le corps de fondation dans des buts multi- ples. Sur les fig 2 à 4, on a représenté un exemple avan- tageux de réalisation du disque hélicoïdal raccordé à la bar- re de liaison 4 Le disque hélicoïdal 5 comporte deux parties, à savoir les parties 18 et 19, et il est pourvu à sa partie inférieure de bords de coupe 22, 23, mutuellement opposés. Le bord de coupe 22 est associé à la partie 18 du disque hélicoïdal, tandis que le bord de coupe 23 est associé à la partie 19 du disque hélicoïdal Les bords de coupe sont dentés, les dents étant désignées par la référence numérique 24 Les dents 24 sont agencées sous la forme de parties de plaques 25 dirigées en oblique vers le bas Le-disque héli- coldal 5 forme avantageusement les trois-quarts d'une hélice ou filetage ou bien une hélice ou filetage complet. Sur les parois extérieures des parties 18, 19 du disque hélicoïdal, il est prévu des bords de coupe 20 orientés vers le haut et avantageusement verticalement, lesdits bords de coupe étant fixés dans la zone de l'extrémité du bord de coupe horizontal 23 et leur longueur h pouvant être comprise entre quelques centimètres et le pas de l'hélice en fonction de la nature du terrain. A l'extrémité inférieure de la barre de liaison 4, il est prévu un prédécoupeur 26, qui comporte des nervures 26 a faisant saillie de sa surface périphérique, diminuant avantageusement de section du haut vers le bas et placées dans des positions mutuellement opposées et/ou des griffes 26 b disposées dans la zone-de pointe Le diamètre maximal D 1 du prédécoupeur 26 est supérieur au diamètre D 2 de l'embout 4 a de la barre de liaison, placé au-dessus du pré- découpeur 26, d'une valeur d'environ 1 à 10 cm pour définir l'ouverture correspondante de sortiedu béton Dans cet embout 4 a de la barre de liaison, il est prévu au moins une ouverture de sortie de béton 30 qui est disposée en dessous des bords de coupe 22, 23 et au-dessus du pré- découpeur 26 La forme ovale de l'ouverture de sortie de béton 30 permet de réduire au minimum la perte de charap dans le béton déversé: l'ouverture de sortie de béton 30 est délimitée par un bord incurvé vers l'extérieur (Fig 2 et 4) Le bord 31 empêche l'obstruction de l'ouverture de sortie de béton 30 par de la terre pendant l'enfoncement en rota- tion. La relation D 1 >D 2 permet d'établir une pression cor- respondante de béton en dessous du disque hélicoïdal 5 (Fig 2 et 4). De la manière décrite ci-dessus, il est possible de réaliser des fondations séparées ayant un contour circulaire en pratique avec un diamètre d (largeur) et une hauteur m de valeurs quelconques, pour n'importe quel 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 fonc- tion des données géo-techniques et de la charge transmise L 5 Z 2706 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 pra- tique dans n'importe quel sol à l'exception 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 li- mitées ni par la position ni par l'agressivité de l'eau de fond et simultanément l'utilisation du procédé se- lon 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 être 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 fon- dation se comporte comme un corps rigide et, sous l'in- fluence des charges complexes qui agit simultanément, il ne se produit pas d'effet de flexion dans le corps de fondation de sorte qu'il n'est pas nécessaire de faire intervenir une armature en fer et que la fonda- tion subit exclusivementune déviation angulaire. En tenant compte du fait que le béton conformément 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 hori- zontal 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 réali- sation de nouvelles installations en dehors de celles déjà existantes et également à l'agrandissement de bâtiments. a 5522706 Lors de la construction de structures qui sont sensibles à une adaptation ou à un décalage dans une direction hori- zontale (bâtiments en panneaux, halles à grandes portées, structures à toits suspendus), on peut empêcher, en utili- sant le procédé selon l'invention, que les forces résultant des décalages de la fondation soient transmises à la struc- ture En tenant compte du fait que le diamètre et la longueur (la profondeur) du corps de fondation peuvent être légè- rement modifiés il suffit de remplacer la barre de liai- son et/ou le disque hélicoldal il est possible de faire absorber exactement la grandeur des charges trans- mises par la structure et variant souvent dans de larges limites par la 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 résistance sont supérieures aux valeurs pouvant être obtenues avec des colonnes en béton ou des parois fabriquées sur chantier par la technologie traditionnelle, 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 outre, le procédé selon l'invention simplifie l'organisation du chantier et simultanément les problèmes de pollution de l'environnement qui sont associés à la réalisation de fondations avec fen- tes, 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 de fabrication d'un corps de fondation en béton dans le sol, suivant lequel, à l'endroit o le corps de fondation doit être réalisé, on effectue la désagrégation du sol et on injecte en pressant, en dessous de la masse de terrain désagrégé, du béton monolithique, de sorte que la masse de terre désagrégée est refoulée hors du volume conte- nant cette masse de terre désagrégée et/ou est enlevée d'une autre manière, et suivant lequel simultanément le corps de fondation est formé après achèvement du remplissage du volume avec du béton, selon l'une des revendications de la demande de brevet principal, caractérisé en ce le corps de fondation est pourvu d'un ferraillage par introduction et de préfé- rence par enfoncement d'une armature en acier à b Léon dans le béton monolithique encore non solidifié. 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 a béton, dans lequel l'outil de forage est cons- titué par un disque hélicoldal dont la barre de liaison peut être accouplée à un dispositif d'entraînement en rotation et à une pompe à béton, el qui est en outre agencée sous la forme d'un tube pour l'alimentation en béton brut, selon l'une des revendications de la demande de brevet principal, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement en rota- tion ( 15) comporte une tubulure ( 15 a) pouvant tourner et être accouplée à-la barre de liaison ( 4) disposée en bas dans la position de service, et une autre tubulure ( 14) associée à la barre de liaison ( 4) et pouvant être reliée à un tuyau de refoulement ( 9) (flexible) de la pompe à béton ( 7), cette autre tubulure ( 14) étant de préférence fixe et étant disposée avantageusement en haut dans la position de service (Figure 1) 3 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement en rotation ( 15) comporte un dispositif de suspension pour la suspension du tuyau de refoulement ( 9) de la pompe à béton ( 7) à un bras porteur ( 16). 2.522706 4 Dispositif selon l'une des revendications de la demande de brevet principal, et de préférence selon l'une des revendications 2 et 3 précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture de sortie de béton ( 30) débouche en des- sous du plan inférieur du disque hélicoïdal ( 5) sur la paroi latérale de l'embout de barre de liaison ( 4 a). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie de béton ( 30) est délimitée par un bord ( 31) incurvé vers l'extérieur. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie de béton ( 30) est pourvue d'une forme ovale. 7 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que deux ouvertures de sortie de béton ( 30) sont placées dans des positions mutuellement opposées. 8 Dispositif selon l'une des revendications de la demande de brevet principal et de préférence selon l'une des revendications 2 à 7 précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu à l'extrémité inférieure de la barre de liaison ( 4) un prédécoupeur de forme conique ( 26) et en ce que l'ouver- ture de sortie de béton ( 3) est disposée au-dessus du prédé- coupeur ( 26). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le prédécoupeur ( 26) comporte des nervures ( 26 a) faisant saillie de sa surface périphérique, diminuant avan- tageusement de section du haut vers le bas et placées dans des positions opposées, et/ou des griffes ( 26 b) placées dans la zone de pointe. Dispositif selon l'une des revendications de la demande de brevet principal et de préférence selon l'une des revendications 2 à 9 précédentes, caractérisé en ce que le disque hélicoïdal ( 5) est formé de deux parties qui sont pourvues de bords de coupe horizontaux ( 22, 23) (figure 2). 11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10 caractérisé en ce que le disque hélicoïdal ( 5) constitue les trois-quarts d'une hélice ou bien une hélice complète. :12 Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11 caractérisé en ce que les bords de coupe horizontaux ( 22, 23) sont agencés de manière à être placés sur une même ligne, ou essentiellement sur une même ligne. 13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que les bords de coupe ( 22, 23) sont pourvus de dents ( 24). 14 Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que les bords de coupe ( 22, 23) sont places dans la position de travail horizontalement ou sensiblement horizontalement. 15 Dispositif selon l'une des revendications 10 à 14 caractérisé en ce que des plaques ( 25) reliées aux bords de coupe sont orientés en oblique vers le bas. 1.6 Dispositif selon l'une des revendications IO à 15 caractérisé en ce que des bords de coupe ( 20) s'étendant vers le haut et placés, dans la position de travail, verticalement ou sensiblement verticalement, sont associés extérieurement à la partie inférieure du disque hélicoïdal ( 5) et sont situés sur son côté, en étant placés avantageusement dans des posi- tions opposées dans la zone des bords de coupe horizontaux ( 22, 23). 17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la longueur (h) des autres bords de coupe ( 20) est au maximum égale à la longueur (X) d'un pas d'hélice. 18 Dispositif selon l'une des revendicationsi 2 à i 7, caractérisé par le fait que le dispositif d'entraînement en rotation ( 15) est-en liaison de propulsion avec le système hydraulique d'une pompe à béton ( 7).