Brevet FR2557174A1 — publié le 19850628

Fondation profonde de compactage, procédé et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne les fondations profondes de compactage telles que pieux, pieux de fort diamètre et parois moulées sur place ou constituées d'élé- ments préfabriqués d'une part, et, d'autre part, les pro- cédés et dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention a pour but de former une structure de fondation profonde, son procédé de réalisation et le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de manière à pouvoir augmenter la résistance du sol de fondation par précompactage, réduire des tassements sous l'ouvrage et améliorer la force portante de cette fondation par sa mise en précharge. Lors du creusement des trous de forage, des tran- chées ou puits destinés à recevoir une fondation profonde, les terrains deviennent lâches et instables sous l'action du dispositif de forage ou de creusement et éventuellement sous l'action de l'écoulement d'eau souterraine. En fond de trou, de tranchée ou de puits, il se crée une couche compressible de particules de terrains qui se déposent dans l'eau ou coulis, ou une couche filtrante compressible. Cette couche compressible ne se laisse compacter ni par les blocs préfabriqués constituant la fondation profonde ni par remplissage du trou, de la tranchée ou du puits avec du mortier de ciment. Elle subsiste sans changer ses proprié- tés entre le terrain de fondation et la fondation profonde jusqu'au moment o cette dernière est chargée par la super- structure. Sa présence, conjointement avec la décompression et la faible compacité d'origine des terrains, entraîne une lente mobilisation de la résistance du terrain au-dessous de la fondation profonde, qui est disproportionnée avec la mobilisation du frottement latéral. Cette disproportion est responsable du fait que la résistance du terrain au- dessous de la fondation profonde par rapport aux déforma- tions admissibles n'intervient que partiellement et loca- lement. On connaît par le brevet DE 12 15 603 un pieu de compactage au cours de la construction duquel un accroisse- ment de la force portante par compactage des sols et par injections supplémentaires est possible. Dans une chambre en étoile située au pied de pieu et fermée par une plaque en acier est envoyé sous pression le mortier d'injection. En se déplaçant, la plaque comprime le terrain et au moment o elle se désolidarise du pieu, le mortier d'injection pénètre dans le terrain de fondation en le consolidant. L'inconvénient de ce procédé est qu'il ne donne qu'une faible résistance du sol de fondation. Dans le cas des sols présentant une structure poreuse et des cassures, la plaque en acier se désolidarise du pieu même sous une fai- ble pression et le mortier d'injection fuit par les pores et cassures. En cas de terrains plus compacts, la compres- sion est limitée par la masse de pieu et le frottement la- téral. Dans le cas d'un autre pieu de compactage connu par le brevet DE 26 13 993, la plaque en acier est rempla- cée par un piston en béton. Ce piston étanche est situé dans un tuyau cloisonné en acier dont la paroi interne est enduite d'une matière lubrifiante tandis que la paroi ex- térieure est entourée par du mortier de ciment. Ce mortier une fois durci, on introduit sous pression dans le tube du nouveau mortier de ciment qui exerce une pression sur le piston en l'enfonçant dans le terrain de fondation. L'in- convénient de ce procédé est son coût élevé, la nécessité de fixer le piston par injections supplémentaires et l'ef- fet restreint du compactage. La mise en oeuvre de ce pro- cédé suppose une préfabrication de plusieurs types de pis- ton distincts l'un de l'autre par le diamètre, la forme et la hauteur, suivant le type de fondation profonde et la compressibilité prévue des terrains. En plus, le piston n'est pas réutilisable et c'est aussi le cas du tube cloi- sonné en acier et des trois tubes qui y-débouchent. Du fait que le matériau amené sous pression ultérieurement n'adhère pas à la paroi intérieure lubrifiée du tuyau en acier et qu'après l'enlèvement du piston un espace vide annulaire ou bien une poche annulaire de sol non compacté reste sous la base de pieu, il faut effectuer une injec- tion de la partie en pied de pieu. C'est à cet effet que le piston en béton comporte des canaux disposés en étoile dont l'entrée centrale est reliée au tube d'injection au moyen d'un tuyau souple, ce dernier étant renfermé dans l'espace à pression surmontant le piston. Lesdits canaux contribuent au coût élevé de production, le tuyau flexible donne lieu à la naissance de pannes imprévisibles. Le taux de compactage du terrain est limité par le niveau auquel se trouvent les sorties des canaux, par la masse du pieu et par le frottement latéral. En plus, dans le cas des pieux de ce genre, il est impossible de mesurer correcte- ment les forces exercées sur le pied de pieu au moyen des mesures de la pression exercée par le mortier injecté, puisqu'il est impossible d'éviter le risque de coincements ou de grippage du piston en béton, d'engorgement des canaux d'alimentation, de durcissement du mortier, etc. Il est connu aussi par le brevet DE 2 017 737 un pieu de compactage avec lequel le compactage du terrain de fondation est assuré non seulement par la masse du pieu et par le frottement latéral, mais aussi par le terrain laté- ral. Au cours du bétonnage, un coussin souple et fermé disposé sous le pied élargi du pieu se remplit de fluide de soutènement. Lorsque le béton a durci, le fluide-de soutènement est remplacé par une masse durcissante. Au cours du remplissage du coussin, le terrain de fondation se compacte, les forces de réaction étant reprises par la masse du pieu, le frottement latéral et aussi par le ter- tain latéral surmontant le pied élargi'. L'inconvénient de ce procédé est la présence du coussin souple. Pour qu'il puisse résister à une forte pression et à la perforation, il faut que ses parois soient épaisses et rigides, ce qui entraîne une faible extensibilité et, en conséquence, une faible compacité. Dans le cas contraire, on court le risque d'une perforation prématurée du coussin avant qu'on puisse obtenir une compression des terrains et qu'on puisse s'in- former, à partir des mesures de la pression de la masse durcissante, si le taux de compactage voulu a été obtenu. La présente invention permet d'éviter les incon- vénients cités ci-dessus. Elle se caractérise en ce que la fondation profonde comporte deux éléments, dont l'un infé- rieur, est enfoncé dans le terrain de fondation, et dont l'autre, superieur, est séparé du premier par un joint ou fente et contient intérieurement au moins un passage lon- gitudinal pour contre-fiche. Selon le type des sols rencontrés et le but de la fondation profonde, on peut remplir le joint d'une masse durcissante et faire descendre la contre-fiche par le pas- sage longitudinal jusqu'au niveau de l'élément inférieur et/ou remplir le passage longitudinal d'une matière durcis- sante. L'invention vise également un procédé de cons- truction de ladite fondation profonde de compactage, carac- térisé en ce que l'élément inférieur disjoint est poussé vers le bas, à l'état durci, en s'appuyant contre l'élément S7 4 supérieur de fondation. Pour rendre possible le transfert d'une force de réaction plus forte à l'élément supérieur de fondation lors de l'enfoncement de l'élément inférieur de fondation et pour améliorer la force portante de la fondation, il est avantageux de procéder, précédemment à l'opération d'enfon- cement, à la consolidation, par une matière durcissante, du terrain entourant l'élément supérieur de fondation et/ou le terrain entourant l'élément inférieur de fondation, ainsi que le terrain surmontant celuici, ou éventuellement, de soumettre la contre-fiche à des vibrations ou chocs. Au cas o le joint est rempli d'une matière dur- cissante, il est utile de le laver, précédemment à son rem- plissage, avec de l'eau sous pression. On peut aussi le remplir de cette matière au cours de la phase d'enfonce- ment de l'élément inférieur de fondation sans qu'un lavage soit nécessaire. L'invention vise également un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Il s'agit d'une contre-fiche surmon- tée d'un moteur linéaire qui lui-même porte une pièce de répartition, celle-ci étant ancrée dans le corps de l'élé- ment supérieur de fondation. Dans le cas d'une fondation profonde à construire à faible profondeur ou dans le cas de sols présentant un faible frottement, le moteur rectiligne est avantageusement lesté et/ou fixé au moyen d'ancrages provisoires dans le sol. Selon une variante, des tubes d'injection peuvent être disposés à l'intérieur de l'élément supérieur de fon- dation et descendant jusqu'au niveau du joint et sous la base de l'élément inférieur de fondation. S'il est besoin d'une seconde injection, le tube d'injection mené à l'intérieur de l'élément supérieur de fondation et/ou à l'intérieur de l'élément inférieur de fondation coulisse avantageusement dans un tube de pro- tection. Précédemment à son remplissage d'une matière durcissante, le joint peut être lavé lorsque le tube d'in- jection est muni d'un clapet anti-retour et est relié au tube de lavage débouchant au-dessus de l'élément supérieur de fondation. Les avantages de la fondation- profonde de com- pactage et du procédé de construction selon la présente invention résident dans son large domaine d'emploi, dans le taux de compactage des sols et dans le coût de cons- truction. La fondation profonde selon la présente invention peut être une structure relle qu'un pieu au fût long moulé sur place, un pieu préfabriqué, un pieu au pied élargi ou non, un micropieu, un pieu de fort diamètre, un pieu non frottant, une paroi moulée, etc. Un meilleur taux de com- pactage est obtenu par le fait que ce sont les forces de réaction dues au frottement latéral, la masse de la fonda- tion, la résistance des terrains latéraux surmontant le pied élargi ou, éventuellement, une charge additionnelle ou des ancrages auxiliaires, qui participent au compactage. Ce taux de compactage n'est limité ni par la force de réac- tion, ni par des outils non réutilisables prévus à ce but et correspondant par leur conception à la compressibilité prévue. Il peut être augmenté en faisant augmenter le frot- tement le long du fût de l'élément supérieur de fondation par une injection du terrain l'entourant, grâce à laquelle l'élément inférieur de fondation peut être soumis à une poussée plus forte. En plus, la force portante de l'élément inférieur peut être améliorée par injections des terrains de fondation et latéral, à effectuer avant ou après l'en- foncement de cet élément. On peut aussi utiliser un vibreur ou une sonnette qui, par son action sur la contre-fiche, compactera le terrain au-dessous de l'élément inférieur. Le prix raisonnable de la fondation selon la présente in- vention résulte de l'utilisation multiple de presque la totalité des outils techniques nécessaires et permettant d'enfoncer l'élément inférieur de fondation et donc de compacter les terrains. Le remplissage du joint séparant les deux éléments de fondation ne fait pas inévitablement recours à une installation d'alimentation sous pression; néanmoins, son utilisation est possible-. Ce procédé permet de contrôler la force portante sous le pied et sur le fût ainsi que les forces de réaction allant jusqu'aux valeurs critiques, contrairement aux procédés connus appliqués jusqu'à présent pour mesurer la force portante et qui sont limités à l'obtention de l'état d'équilibre des forces de réaction exercées sur le pied. La fondation profonde de compactage selon la pré- sente invention est à titre d'exemple illustrée sur une série de cas concrets qui sont représentés sur les dessins ci-après, dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un pieu de compactage au pied élargi avant l'enfoncement de sa partie inférieure disjointe ou séparée; la figure 2 concerne le même pieu, la partie inférieure étant enfoncée; la figure 3 est une coupe longitudinale d'une fondation profonde constituée sous forme d'un pieu non frottant avant l'enfoncement de sa partie inférieure dis- jointe; - la figure 4 concerne le même pieu, sa partie inférieure étant enfoncée; - la figure 5 est une coupe longitudinale d'une fondation profonde qui est une partie d'une paroi moulée de compactage au stade avant l'enfoncement de sa partie inférieure - la figure 6 est une coupe longitudinale d'un pieu de compactage avec le tube d'injection; - la figure 7 est une coupe longitudinale d'un pieu avec les tubes d'injection et de lavage; - la figure 8 est une coupe longitudinale d'un pieu de compactage avec le tube support avant l'enfoncement de la partie inférieure disjointe; - et la figure 9 est une coupe longitudinale du même pieu, sa partie inférieure étant enfoncée. La fondation profonde de compactage selon la pré- sente invention comporte un élément inférieur 1 et un élé- ment supérieur 3 de fondation reposant dans les terrains de fondation 2 et latéral 14. Entre l'élément inférieur 1 de fondation renforcé par une dalle rigide 4 et l'élément supérieur 3 de fondation armé par des fers 5 ou par un tube à bride 15 (figures 3, 4) est créé un joint ou fente 9. A l'intérieur de l'élément supérieur 3 de fondation est mé- nagé un passage longitudinal 6 pour une contre-fiche 7, qui selon le but de la fondation profonde, peut prendre appui finalement sur l'élément inférieur 1 de fondation (figure 4) ou bien peut être retirée, le passage étant rem- pli d'une matière durcissante (figure 2). L'élément infé- rieur 1 de fondation est poussé vers le bas dans le terrain de fondation 2 par l'intermédiaire d'un dispositif qui est la contre-fiche 7 portant à sa tête un moteur linéaire 8 qui lui-même porte une poutre de répartition 11 ancrée au moyen de tirants 10 dans l'élément supérieur 3 de fonda- tion, ou bien par des ancrages provisoires dans le terrain latéral 14. Une masse 12 peut être appliquée afin de char- ger cette poutre de répartition 11. Le dispositif comprend en outre un tube d'injection 17 passant à travers l'élément supérieur 3 de fondation, et éventuellement à travers l'é- lément inférieur 1 de fondation. Le tube d'injection 17 peut soit être placé dans un tube de protection 20 offrant la possibilité de réinjection, soit pourvu d'un clapet de 2 5 5 7 1 7 4 retenue 19 offrant la possibilité de lavage par un tube 18. Exemple 1. Dans le terrain de fondation 2 a été confection- né, selon l'invention, l'élément inférieur 1 de fondation d'un pieu de compactage qui, pour des raisons de renforce- ment, a été surmonté d'une dalle rigide 4 (figure 1). Sépa- rément, en deuxième passe, on a coulé, également en béton, par exemple à l'aide d'une feuille de désagrégation tempo- risée, l'élément supérieur 3 de fondation armé par des fers 5 au-dessus de l'élément 1. Au moyen d'un tube retirable (non représenté), on a ménagé à son intérieur un passage longitudinal 6. Le béton une fois durci, on a introduit dans ce passage longitudinal 6 une contre-fiche 7 portant le moteur linéaire 8 et dépassant le niveau de l'élément supérieur 3 de fondation. Le motuer linéaire 8 était sur- monté de la poutre de répartition 11, qui de son côté, était reliée aux fers 5 à l'intérieur de l'élément supé- rieur 3 de fondation par des tirants 10. Sous la pression exercée sur l'élément inférieur 1 de fondation par le mo- teur 8 mis en marche, le terrain de fondation 2 s'est com- pacté. Les forces de réaction ont été contre-balancées par la masse de l'élément supérieur 3 de fondation, par frotte- ment latéral et par le terrain latéral 14. Selon le rende- ment du moteur 8, la valeur de la pression, qui est fonc- tion de la force portante du pieu, a été suivie avantageu- sement au moyen d'un dynamomètre (non représenté). Comme l'élément supérieur 3 de fondation était incapable de re- prendre les forces de réaction permettant d'atteindre la valeur de la pression voulue et compatible avec celle de la force portante calculée du pieu, on a réalisé dans le terrain encaissant l'élément supérieur 3 de fondation des ancrages provisoires 13 fixés par leurs extrémités supé- rieures à l'élément supérieur 3 de fondation. On a ensuite poursuivi les travaux en exerçant une pression sur l'élé- ment inférieur 1 de fondation jusqu'au moment o on a obte- nu un compactage du terrain de fondation 2 rendant capable le pieu de porter la charge prévue. Après l'enlèvement de la contre-fiche 7 et le démontage consécutif des ancrages provisoires 13, on a procédé au remplissage du joint 9 et du passage 6 avec de la matière durcissante 16 (figure 2). Exemple 2. On a confectionné un pieu de compactage selon l'invention (figure 3) pour le cas o la force portante était à assurer sans intervention du frottement sur le fût de l'élément supérieur 3 de fondation, de façon à prévenir une surcharge et le risque de tassement des constructions voisines (non représentées). Du fait que le mode d'appui de la contrefiche 7 sur l'élément inférieur 1 de fondation est définitif, on a laissé sur place, en tant qu'armature 5, un tube à bride 15, qui auparavant a servi d'outil pour ménager le passage longitudinal 6. Par le moyen du moteur linéaire 8, de la poutre de répartition 11 et des tirants fixés au tube à bride 15, l'élément inférieur 1 de fon- dation a été enfoncé dans le terrain de fondation 3 (figu- re 4) comme c'était le cas du premier exemple. Ainsi, le terrain de fondation 2 s'est compacte et sa résistance et sa portance se sont améliorées. Le pieu de compactage selon l'invention n'étant chargé par l'interméeiaire de la contre- fiche 7 qu'au niveau de l'élément inférieur 1 de fondation, on a laissé le passage longitudinal 6 ainsi que le joint 9 vides, non remplis de masse durcissante 16. Exemple 3. On a construit une paroi de compactage moulée dans le sol selon l'invention (figure 5). Après le moulage de l'élément inférieur 1 de fondation dans le terrain de fondation 2, on a procédé au moulage de l'élément supérieur 3 de fondation contenant des fers 5 et deux passages lon- gitudinaux 6. Dans ces passages longitudinaux ont été in- troduites les contre-fiches 7 portant deux moteurs linéai- res 8 qui portaient eux-mêmes la poutre de répartition 11 fixée au moyen de tirants 10 aux fers 5 de l'élément-supé- rieur 3 de fondation. On a procédé de manière analogue à celle décrite dans le cas du premier exemple. Au lieu des ancrages provisoires 13, on a choisi un lest 12. Le rem- plissage du joint de masse durcissante 16 a été effectué par un injecteur à obturateur (non représenté) ancré dans la partie inférieure des passages longitudinaux non remplis. Exemple 4. Dans le corps de l'élément supérieur 3 de fonda- tion de compactage selon l'invention (figure 6) a été dis- posé le tube d'injection 17 de manière à le faire descendre jusqu'au niveau du joint 9. Au fur et à mesure de l'enfon- cement de l'élément inférieur 1 de fondation dans le ter- rain de fondation 2, qui a été effectué de manière décrite au premier exemple, le joint 6, en développant son volume, s'est rempli de masse durcissante 16 apportée par le tube d'injection 17. Le terrain latéral 14 n'a pas envahi le joint 9. Exemple 5. Dans l'élément supérieur 3 de fondation d'une fondation profonde selon l'invention (figure 7), le tube d'injection descendu jusqu'au niveau du joint 9 est pourvu du clapet de retenue 19 et relié au tube de lavage 18. Après l'enfoncement de l'élément inférieur 1 de fondation dans le terrain de fondation 2 en opérant comme au premier exemple, la contre-fiche 7 a été laissée sur place dans le passage longitudinal 6, et le joint 9, en premier passe, lavé avec de l'eau sous pression et, en deuxième passe, rempli d'une masse durcissante 16 amenée par le tube d'in- jection 17. Au cours de cette opération, le tube de lavage 18 a été fermé. Après que la masse durcissante 16 a fait prise, on a fixé sur la tête de la contre-fiche 7 un moteur linéaire (non représenté) et ainsi s'est réalisé le com- pactage du terrain de fondation 2 de l'élément inférieur 1 de fondation. Les fissures apparaissant dans le remplissage du joint 9 ont été obturées par une seconde injection au moyen du tube d'injection 17. Exemple 6. Dans le terrain de fondations-2 non cohérent, on a construit selon l'invention une fondation profonde ayant la forme d'un pieu de compactage au pied élargi (figure 8). On a fait descendre dans les corps de l'élément inférieur 1 et de l'élément supérieur 3 de fondation un tube de protec- tion 20 garni d'un tube d'injection 17 au moyen duquel on a réalisé la consolidation du terrain de fondation 2 au-des- sous de l'élément inférieur 1 de fondation. En plus, le terrain latéral entourant le corps de l'élément supérieur 3 de fondation a été consolidé d'une manière connue. Le lavage fini, on a procédé à l'enfoncement de l'élément in- férieur 1 de fondation dans le terrain de fondation 2 conso- lidé en opérant comme dans le premier exemple. Ainsi, l'ef- ficacité du compactage se faisant sentir au cours du com- pactage du terrain de fondation 2 a pu être améliorée grâce à la présence du terrain latéral consolidé 14, qui moyen- nant l'augmentation du frottement latéral de l'élément supé- rieur 3 de fondation, l'a rendu capable de transférer des valeurs élevées des forces de réaction. L'enfoncement de l'élément inférieur 1 de fondation fini, le tube de protec- tion 20 (figure 9), qui s'est rompu au cours de l'opéra- tion, a été de nouveau garni du tube d'injection 17, des- cendu jusqu'au niveau de la base de l'élément inférieur 1 de fondation et le joint 9 a été rempli de masse durcis- sante 16 au moyen du passage longitudinal 6. Lorsque la masse durcissante a fait prise, on a procédé à une réin- jection du terrain de fondation 2 et à une injection de la 2 5 5 7 1 74 matière durcie remplissant le joint 9, le tube d'injection étant partiellement retiré à cette fin. Parallèlement à la construction d'une fondation profonde selon l'invention, il est possible d'effectuer le contrôle et les mesures de la force portante de cette fondation. Il en résulte que l'invention est exploitable tant pour l'amélioration de la force portante des fonda- tions profondes que pour leur contr6ôle.. REVENDICATIONS 1. Fondation profonde de compactage, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément inférieur (1) enfoncé dans le terrain de fondation (2) et un élément supérieur (3) de fondation qui surmonte le premier et qui contient intérieurement au moins un passage longitudinal (6) destiné à introduire une contre-fiche (7), les deux éléments étant séparés l'un de l'autre par un joint o-fente (9). 2. Fondation profonde de compactage selon la re- vendication 1, caractérisée en ce que le joint (9) est rempli d'une matière durcissante (16). 3. Fondation profonde selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que dans le passage longitudinal (6) est introduite une contre-fiche (7) qui, par son extré- mité inférieure, s'appuie sur l'élément inférieur (1) de fondation et/ou en ce que le passage longitudinal (6) est rempli d'une matière durcissante (16). 4. Procédé de construction d'une fondation pro- fonde de compactage selon les revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'après le durcissement achevé, l'élément inférieur de fondation est enfoncé dans le terrain de fon- dation en s'appuyant contre l'élément supérieur de fonda- tion. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, précédemment au fonçage de l'élément inférieur, on procède à la consolidation par une matière durcissante du terrain latéral et/ou du terrain de fondation au-dessous de l'élément inférieur ainsi que du terrain environnant. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, ca- ractérisé en ce que, pour compacter le terrain de fondation au-dessous de l'élément inférieur de fondation, la contre- fiche est soumise à des vibrations ou chocs. 7. Procédé selon les revendications 4 à 6, carac- térisé en ce qu'après l'enfoncement de l'élément inférieur, on procède au lavage du joint à l'eau sous pression. 8. Procédé selon les revendications 4 à 6, ca- ractérisé en ce que le joint se remplit de matière durcis- sante au fur et à mesure de l'enfoncement de l'élément inférieur. 9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste en une contre-fiche (7) qui en tête porte un moteur linéai- re (8), surmonté d'une poutre de répartition (11) ancrée sur l'élément inférieur (3) de fondation. 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que la poutre de répartition (11) et/ou l'élé- ment supérieur (3) de fondation est pourvu d'un lest (12) et/ou fixé au moyen d'ancrage (13) dans le terrain latéral (14). 11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'élément supérieur (3) de fondation est disposé au moins un tube d'injection (17) descendant jusqu'au niveau du joint (9). 12. Dispositif selon les revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le tube d'injection (17) descend sous la base de l'élément inférieur (1) de fondation. 13. Dispositif selon les revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le tube d'injection (17) dans la zone de l'élément supérieur (3) de fondation et/ou de l'é- lément inférieur (1) de fondation séparé coulisse dans un tube de protection (20). 14. Dispositif selon les revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le tube d'injection (17) pourvu du clapet non retour (19) est relié à un tube de lavage (18) qui débouche dans l'espace situé au-dessus de l'élément supérieur (3) de fondation.