Brevet FR2566813A1 — publié le 19860103

L'invention concerne a réalisation de pieux en béton dans le sol. On connait déjà des dispositifs utilisés dans ce domaine, qui comprennent une tarière formée d'une lame helicoidale enroulée autour d'une tige axiale tubulaire, des moyens de suspension tels qu'une grue, et des moyens pour entraîner la tarière en rotation. Pour utiliser de tels dispositifs on fait pénétrer la tarière dans le sol en la "vissant" et éventuellement en exerçant sur sa tête un effort vertical dirigé vers le bas, puis une fois la perforation achevée, on procède au bétonnage du pieu par injection de béton sous pression à travers la tige tubulaire, en même temps que l'on remonte la tarière qui se trouve à la fois repoussée vers le haut (ainsi que la partie du sol qu'elle contient) par la pression du béton et tirée vers le haut à l'aide de la grue. Ce procédé connu présente toutefois un certain nombre d' inconvénients. Tout d'abord, il ne peut être utilisé que dans des terrains suffisamment meubles et peu cohérents de par les limites de pénétration de la lame. En outre il se forme dans l'orifice de la tige, qui est dirigé vers le bas, un bouchon de terrain qu'il est très difficile d'extraire par la seule pression qui se développe lors de l'injection du béton. De plus, pour un terrain donné, le diamètre de la tarière, et par conséquent celui du pieu obtenu, est limité par la puissance des moyens d'entraînement et par la résistance de la tarière. D'autres difficultés peuvent également surgir lors du bétonnage du pieu. En effet, pour éviter la pénétration du terrain dans la tige lors de la perforation, on est souvent amené à boucher cette tige à l'aide d'un matériau de caractéristiques contrôlées qui peut être facilement expulsé par la pression du béton injecté. Mais que le bouchon formé à la partie inférieure de la tige se forme naturellement ou soit réalisé par l'utilisateur avant l'enfoncement de la tarière, il est nécessaire pour l'expulser de remonter la tarière après l'achèvement du forage d'une hauteur au moins égale à la hauteur du bouchon.Il en résulte que ce dernier tombe au fond du forage, et que le contact entre le béton qui est alors injecté et le terrain avoisinant peut alors être mauvais en raison de la présence du bouchon et aussi du soulèvement de la tarière, car la paroi du forage n'est pas soutenue sur la hauteur du soulèvement, jusqu'à ce que la face supérieure du béton ait atteint la surface inférieure de la lame hélicoïdale. Il en résulte un risque sérieux de voir la paroi s' effondrer en provoquant un rétrécissement ou même une discontinuité totale du pieu en béton ce qui constitue des défauts majeurs. Un autre risque analogue se présente lors de la remontée ultérieure de la tarière et de l'injection simultanée de béton. En effet, si la tarière est soulevée trop rapidement par la grue ou si le débit d'injection du béton est insuffisant, la partie inférieure de la tarière peut décoller de la surface supérieure du béton injecté en créant ainsi une nouvelle zone dans laquelle la paroi du forage ntest plus soutenue avec les mêmes risques d'effondrement et les memes conséquences sur la continuité du béton que décrits ci-dessus. Pour toutes ces raisons, on utilise généralement cette technique connue de la tarière uniquement en terrains peu cohérents pour réaliser des pieux de petit diamètre destinés à porter des charges relativement faibles. Pour les charges plus importantes ou pour des terrains résistants, on préfère réaliser un forage préalable sous boue bentonitique et bétonner au tube plongeur, mais ce procédé est plus long et plus coûteux. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un procédé et un dispositif permettant de réaliser à l'aide d'une tarière des pieux capables de supporter de fortes charges dans des terrains résistants. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, comprenant une tarière formée d'une lame (ou surface) hélicoïdale enroulée autour d'une tige axiale tubulaire, des moyens de suspension, et des moyens pour entratner ladite tarière en rotation, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un tube plongeur disposé dans ladite tige, agencé pour coulisser axialement par rapport à la tige et comportant au moins un orifice d'injection du béton à sa partie inférieure, des moyens d'alimentation pour injecter du béton à la partie supérieure dudit tube, et des moyens pour faire déplacer axialement ledit tube par rapport à la tige, et des moyens pour contrôler la pression et le débit du flux du béton. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention on prévoit également des moyens pour contrôler la pression et le débit du béton injecté à la base du tube plongeur de manière à ce que le béton ainsi injecté occupe tout le volume libéré par le soulèvement de la tarière. Grâce au dispositif selon l'invention il est ainsi possible, lorsque le fond du forage est atteint, de commencer à remonter la tarière et la partie du terrain qu'elle contient en laissant le tube plongeur fixe tout en commencant l'injection du béton qui repousse la tarière vers le haut. Il en résulte que le béton vient immédiatement au contact même du terrain, en maintenant la paroi du trou et en assurant ainsi une liaison de bonne qualité avec le terrain environnant.En outre, pendant toute la remontée ultérieure du dispositif, l'injection du béton s'effectue au sein de la masse de béton frais qui vient d'être injecté, du fait que selon l'invention l'orifice d'injection du tube plongeur se trouve au dessous de la partie supérieure du béton De ce fait on élimine les problèmes rencontrés selon l'état de la technique en ce qui concerne la continuité du bétonnage et l'homogénéité du pieu, et l'on obtient des résultats similaires à ceux obtenus avec un bétonnage effectué au tube plongeur sous boue de bentonite. Selon un mode de réalisation préferé, le dispositif selon l'invention comporte un outil de forage à I'extrémiré inférieure du tube plongeur. Cet outil facilite la pénétration de la tarière dans le sol et permet pour une puissance donnée, de pénetrer dans des terrains plus résistants, ou d'utiliser une tarière de plus grand diamètre. La pénétration de la tarière est encore facilitée si l'outil de forage est utilisé pour forer un avant-trou. L'orifice d'injection est de préférence placé sur la surface latérale du tube, immédiatement au-dessus de l'outil de forage. Cet agencement permet, d'une part de commencer l'injection du béton immédiatement au niveau atteint par l'outil de forage dont est équipé le tube plongeur, et d'autre part d'éviter la création pendant le travail de l'outil d'un bouchon obstruant l'orifice d'injection. Le dispositif peut en outre comprendre, des moyens pour solidariser en rotation le tube et la tige afin d'entraîner soit simultanément l'outil de forage et la tarière à l'aide des moyens d'entraînement de cette dernière, soit des moyens pour entraîner le tube plongeur en rotation indépendamment de la tige, soit ces deux types de moyens qui peuvent être utilisés alternativement. Lorsque le terrain est relativement meuble, la tarière et l'outil de forage peuvent être solidarisés en rotation et leurs descentes s'effectuent simultanément sous l'action des seuls moyens d'entraînement de la tarière. Par contre, lorsqu'un terrain dur est rencontré, l'avant-trou peut être réalisé en entraînant en rotation uniquement le tube qui porte l'outil de forage et qui est descendu en avance sur la tarière. D'une manière avantageuse, des moyens de percussipn peuvent aussi être prévus pour exercer des chocs axiaux sur le tube afin d'augmenter l'efficacité de l'outil de forage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le tube plongeur est monté directement sur les moyens de suspension précites, les moyens pour faire coulisser axialement le tube par rapport à la tige comprenant un bâti de support pour la tarière relié à ces moyens de suspension par au moins un vérin. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un pieu bétonné dans le sol, caractérisé par le fait qu'on utilise. un dispositif tel que décrit ci-dessus. Dans un premier mode de mise en oeuvre de ce procédé, une fois le forage achevé à l'aide de la tarière et éventuellement de l'outil de forage, or. remonte dans un premier temps uniquement la tarière (sans la faire tourner) en maintenant fixe le tube plongeur et en commencant à injecter le béton, puis on remonte simultanément la tarière et le tube en continuant à injecter du béton avec un débit suffisant pour combler le vide laissé par la tarière et à tout le moins en maintenant l'orifice d'injection dans la masse du béton frais déjà coulé. Dans un autre mode de mise en oeuvre, une fois le forage du pieu achevé à la tarière, on poursuit un mini forage ou avant-trou en actionnant l'outil de forage grâce au tube plongeur, puis onremonte simultanément la tarière et le tube comme précédemment tout -en injectant du béton et en maintenant comme précédemment l'orifice d'injection dans la masse du béton frais déjà coulé. Lorsque des terrains durs sont rencontrés, le procédé selon l'invention peut comprendre des phases successives au cours desquelles la tarière est provisoirement immobilisée et un avant-trou est réalisé à l'aide de l'outil de forage par rotation et/ou percussion. On comprend que- l'invention permet de réaliser des pieux dont la continuité et la régularité de la section sont assurées tout aussi bien que dans le cas de pieux forés sous boue bentonitique. Cet avantage est dû au fait que selon l'invention non seulement on peut injecter le béton en même temps que l'on soulève la tarière, mais aussi que l'on peut à tout moment faire en sorte que le béton nouveau débouche sous la surface du béton déjà en place, à l'aide des- moyens de contrôles de pression et de débit du béton en cours d'injection. La déposante a én outre constaté qu'il était possible de réaliser, par le procédé de l'invention, des pieux armés comme ceux qui sont obtenus par remplacement d'une boue de forage par du béton. A--cet effet, une fois le pieu bétonné par le procédé selon 11 invention, on introduit une armature dans le béton frais en utilisant un vibrateur qui pousse l'armature jusqu'au fond du pieu sans altérer le béton. On obtient d'ailleurs par ce procédé un avantage supplémentaire par rapport aux pieux armés connus, du fait qu'on évite de former un filme bentonite entre le béton et l'acier de l'armature, ce qui a pour effet d'améliorer l'adhérence du béton sur l'armature. L'invention a enfin pour objet un pieu bétonné dans le sol, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par un procédé tel que décrit ci-dessus. On décrira maintenant à titre d'exemples non limitatifs des modes de réalisation particuliers de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel - les figures 1 à 3 représentent trois phases de la réalisation d'un pieu utilisant un dispositif selon l'invention, - la figure 4 représente une variante de ce dispositif, et - les figures 5 et 6 représentent deux phases ultérieures pour la réalisation d'un pieu armé. Le dispositif représenté sur les figures 1 à 3, comprend des moyens de suspension 1 reliés à une grue ou à un tout autre engin de levage convenable, lesquels soutiennent un bâti de support 2 par l'intermédiaire de vérins 3 à axe vertical. Les vérins 3 permettent de faire monter ou descendre le bâti de support 2 par rapport aux moyens de suspension 1. Ils agissent soit par variation de la pression, soit par contrôle de la dépression. Le bâti de support 2 reçoit un moteur d'entraînement 4 à axe vertical sur l'arbre de sortie duquel est montée une tarière 5 formée d'une tige axiale tubulaire 6 sur laquelle est enroulée une lame hélicoïdale 7 laquelle exécute un forage 7'. Le bord d'attaque inférieur de la lame 7 peut comporter un tranchant ou des dents 8. Le bâti de support 2 reçoit par ailleurs la partie supérieure d'un tube plongeur 9 auquel est relié par un raccord tournant un conduit d'alimentation 10 du béton muni d'instruments de mesure non représentés permettant la surveillance et le contrôle du débit et de la pression du béton. Le tube 9 coulisse librement à travers la tige 6 et en ressort à son extrémité inférieure. La tige et le tube comportent chacun des dents de crabotage 11 et 12 qui permettent de les solidariser en rotation. Le tube 9 comporte également à sa partie inférieure au moins un orifice d'injection latéral 13 disposé immédiatement au-dessus d'un outil de forage 14. La phase de forage du pieu est représentée à la figure 1. Le bâti de support 2 est descendu au maximum par les vérins 3 de sorte que les extrémités inférieures de la tige 6 et du tube 9 se trouvent au même niveau et sont solidarisées en rotation par les dents 11 et 12. I1 en résulte que le mouvement de rotation imparti par le moteur 4 est communiqué simultanément à la tarière 5 et à l'outil 14. Lorsque le forage est achevé et sans faire tourner la tarière, 'on remonte progressivement le bâti de support 2 à l'aide des vérins 3, comme cela est représenté à la figure 2. Durant cette phase, les moyens de suspension 1 sont conservés à la même hauteur de sorte que l'extrémité du tube 9 reste au fond du forage et les orifices d'injection 13 se trouvent eux-mêmes au niveau de ce dernier. En même temps que l'on remonte la tarière 5, du béton est injecté par l'intermédiaire du conduit 10 et du tube 9 dans l'espace 15 qui est progressivement libéré par la partie inférieure de la tarière. Cette injection se fait de préférence avec un débit suffisant pour ne laisser aucun espace inoccupé sous la tarière tout en repoussant celle-ci vers le haut à l'aide du béton, étant entendu que les vérins contribuent également au soulèvement de la tarière. On comprend qu'ainsi aucun effondrement de la paroi du fond du forage 7' n'est à craindre et qu'un contact de bonne qualité est assuré entre la pointe du pieu en cours de réalisation et le terrain environnant. Lorsque les vérins 3 ont complètement remonté le bâti 2 par rapport aux moyens de suspension 1 ces derniers commencent à être relevés à l'aide de la grue, comme cela est représenté à la figure 3. On remarque que grâce à l'invention le ou les orifices d'injection des tubes plongeurs sont protégés durant tout le travail de la tarière de sorte que dès que ce ou ces orifices sont dégagés par le déplacement supplémentaire vers le bas du tube plongeur, l'injection du béton ne rencontre pas d'obstacle. Ainsi le bas du pieu n'est pas perturbé par le bouchon qui se forme naturellement ou qui est formé artificiellement dans le -cas des dispositifs selon l'état de la technique. La phase de bétonnage se poursuit en remontant simultanément la tarière 5 et le tube 9 sorti au maximum de la tige 6 et en veillant grâce aux moyens de contrôle à ce que le débit de béton soit suffisant pour occuper tout l'espace laissé libre par le soulèvement de la tarière. L'iniection de béton par l'orifice 13 s'effectue par conséquent dans la masse du béton frais 15 déjà injecté, avec les avantages que cela présente pour la continuité et l'homogénéité du pieu obtenu. En outre, aucun décollement ne risque de se produire entre la partie inférieure de la tarière 5 et la surface supérieure du béton 15 puisque l'on contrôle que le béton nouvellement injecté par l'orifice 13 reste constamment au contact du bas de la tarière. Le bétonnage se poursuit ainsi jusqu'à l'extraction totale de la tarière 5 et du tube 9. Dans la variante représentée à la figure 4, le tube plongeur 9 est monté sur les moyens de suspension 1 par l'intermédiaire d'un système d'entraînement en rotation et/ou en percussion 17 qui permet, d'exercer es chocs axiaux sur le tube 9, et/ou d'entraîner ce tube en rotation indépendamment de la tarière 5. Lorsqu'un terrain dur est rencontré, il suffit de décraboter la tige 6 et le tube 9, puis d'entraîner à l'aide du système 17 le tube 9 et son outil 14 en rotation et/ou en percussion pour former un avant-trou 18, comme cela est représenté à la figure 4. L'outil 14 est ensuite remonté jusqu'à l'extrémité inférieure de la tarière 5, après quoi Je forage tel que représenté en figure 1 peut être repris. Ce forage est alors facilité par la décompression du terrain provoquée par 11 avant-trou 18. Le mode de réalisation de la figure 4 permet en outre de débuter le bétonnage du pieu d'une manière légèrement différente de ce qui est décrit ci-dessus en rapport avec la figure 2. Pour cela, lorsque le fond du forage 7' est atteint, grâce à une rétraction progressive des vérins 3 on continue à faire descendre l'outil 14 grâce au système 17, tout en laissant la tarière 5 fixe, Au moment où les vérins 3 sont complètement rétractés et où le tube 9 est par conséquent sorti au maximum de la tige 6, on débute l'injection du béton. Le béton envahit immédiatement tout espace laissé libre par la remontée de la tarière, L'extraction de la tarière et le bétonnage étant terminés, une armature 19 peut être installée dans le béton, comme représenté aux figures 5 et 6. A cet effet l'armature est suspendue à un engin de levage 20 par l'intermédiaire d'un vibrateur 2t. Après avoir été posée sur la surface supérieure du béton frais 22, elle est ensuite progressivement enfoncée par l'action du vibrateur 21, l'engin de levage 20 accompagnant sa descente à la demande. Lorsque l'armature 19 atteint le fond du forage, le vibrateur 21 est ôté, et un pieu armé de qualité comparable à celle obtenue par forage sous bentonite a été obtenu. De préférence, le vibrateur 21 est agencé pour transmettre à l'armature 19 des chocs essentiellement dirigés vers le bas, afin de ne pas désagréger le béton 22. Cette manière de placer 1'armature peut évidemment être utilisée selon l'invention lorsque le puits contenant le béton a été réalisé d'une manière différente. Bien entendu, diverses variantes et modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits ci-dessus sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. C'est ainsi que la solidarisation en rotation de la tarière 5 et du tube plongeur 9 peut être réalisée par tout autre moyen que les dents de crabotage 11 et 12. De même, les moyens permettant d'assurer le coulissement du tube plongeur dans la tige 6 pourrait être réalisé d'une manière differente que celle qui est décrite, l'essentiel étant de permettre à l'extrémité inférieure du tube 9 de sortir de la tige 6 pour descendre à un niveau inférieur afin de pouvoir réaliser l'injection du du béton au sein de la masse de béton frais déjà injecté et/ou réaliser un avant-trou qui facilite la descente de la tarière en terrain dur par exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, comprenant une tarière (5) formée d'une lame (ou surface) hélicoïdale (7) enroulée autour d'une tige axiale tubulaire (6), des moyens de suspension (1) et des moyens (4) pour entraîner ladite tarière en rotation, caractérisé par le fait qu'il comprend un tube plongeur (9) disposé dans ladite tige, agencé de manière à pouvoir coulisser axialement par rapport à la tige (6) et comportant à sa partie inférieure au moins un orifice d'injection (13), des moyens d'alimentation (10) pour envoyer du béton à la partie supérieure dudit tube (9), et des moyens (2,3) pour faire coulisser axialement ledit tube (9) et l'amener à saillir vers le bas par rapport à la tige. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité inférieure du tube (9) est équipée d'un outil de forage (14). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le ou les orifices d'injection (13) sont formés latéralement à la partie basse du tube (9). 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le ou les orifices d'injection sont situés juste au-dessus de l'outil de forage (14). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (11,12) pour solidariser en rotation le tube (9) et la tige (6). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (17) pour entraîner le tube (9) en rotation indépendamment de la tige (6). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (17) de percussion pour exercer des chocs axiaux sur le tube (9). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le tube (9) est monté sur les moyens de suspension, permettant de faire coulisser axialement le tubé (9) par rapport à la tige (6) de la tarière (5), grâce à au moins un vérin (3). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour contrôler la pression et le débit du béton injecté à la base du tube plongeur. 10. Procédé de fabrication d'un pieu bétonné dans le sol, caractérisé par le fait qu'on utilise un dispositif selon au moins une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une fois le forage achevé à l'aide de la tarière et éventuellement de l'outil de forage, on remonte dans un premier temps uniquement la tarière (5) en maintenant fixe le tube plongeur (9) et en commençant à injecter du béton, puis qu'on remonte simultanément la tarière (5) et le tube (9) en continuant à injecter du béton et en maintenant le ou les orifices d'injection (13) dans la masse du béton frais déjà injecté. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une fois le forage achevé à l'aide de la tarière et éventuellement de l'outil de forage, on poursuit la descente du tube (9) en actionnant l'outil de forage (14), puis qu'on remonte simultanément la tarière (5) et le tube (9) en injectant du béton et en maintenant le ou lesdits orifices d'injection (13) dans la masse du béton frais déjà injecté. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le forage comprend des phases au cours desquelles la tarière (5) est immobilisée et un avant-trou (18) est réalisé à l'aide de l'outil de forage (14) par rotation et/ou percussion. 14. Procédé pour réaliser un pieu bétonné dans le sol, caractérisé par le fait qu'après avoir rempli de béton un puits creusé dans le sol, selon le procédé des revendications 9 à 12, on introduit une armature (19) dans le béton frais (22) en utilisant un vibrateur (21) qui communique à l'armature des chocs essentiellement verticaux. 15. Pieu bétonné dans le sol, caractérisé par le fait qu'il est réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14.