Brevet FR2600686A1 — publié le 19871231

La présente invention a pour objet le perfectionnement des Pieux à vis en Béton Armé, en les façonnant selon une conformation nouvelle, et en les munissant de dispositifs de scellement, afin de réaliser avec le terrain rencontré un ancrage définitif, suffisamnent résistant pour obtenir une force portante élevée due au seul frottement latéral. La construction d'édifices, sur des sols inconsistants, nécessite fréquemment l'emploi de Pieux pour établir des fondations stables. On distingue deux principaux types de Pieux suivant qu'ils sollicitent le terrain 1) Par leur surface de base, en appuyant les efforts sur les couches porteuses du sol, lorsqu'elles sont accessibles. 2) Par leur surface latérale, en mobilisant le frottement contre le sol traversé, lorsque les zones résistantes sont inaccessibles. Connu depuis le début du lexème siècle, le Pieu vissé en Béton armé peut travailler indifféremment suivant ces deux hypothèses. Cependant, malgré un avantage économique certain, il est actuellement peu utilisé par manque de fiabilité dans son frottement latéral. L'invention considérée grâce aux dispositions décrites plus loin, provoque avec le terrain un véritable scellement, donc un ancrage efficace, et dote le pieu vissé en béton armé ainsi perfectionné, d'une force portante sûre et définitive. La contrainte admissible d'un Pieu à vis en Béton Armé perfectionné par la présente invention, découle directement du calcul du scellement. Cette liaison Pieu-Terrain dépend principalement des trois facteurs suivants 1) Caractéristiques du Pieu Perfectionné par la présente invention. 2) Comportement du terrain sous l'action du Pieu ainsi Perfectionné. 3) Définition du produit de scellement. La présente invention, après études et expérimentations approfondies, solutionne ces trois points de façon probante tels qu'indiqués par la description et les croquis ci-après. - La figure 1 représente un Pieu dans le terrain - La figure 2 représente un Pieu en coupe longitudinale - La figure 3 représente un pieu en élévation - La figure 4 représente un pieu en coupe transversale - La figure 5 représente un pieu vu sur son extrémité cote vis. I! Caractéristiques du Pieu objet des présents perfectionnements Réalisé en béton armé, le pieu vissé considéré ne pose aucun problème de résistance mécanique propre, donc, en ce qui concerne sa capacité d'ancrage. seule sa forme géométrique est déterminante. (A) LA VIS 1) à double révolution (2) ne se développe que sur une partie limitée de la longueur du pieu et à son extrémité inférieure. Elle possède un pas (3) assez grand pour éviter de disloquer le terrain lors de la pénétration par rotation. La forme légèrement conique de cette vis permet de réaliser une rainure obliquefl3) et de repousser le terrain, sans le rompre, jusqu'au contour extérieur des spires. le diamètre de la plus grande spire pourra être détermine en fonction des caractéristiques du terrain traversé, et différents jeux de moules permettront de fabriquer les spires en béton armé aux dimensions souhaitées. La longueur de la vis, par conséquent le nombre de spires variera avec la plasticité ou la dureté du sol. (Bi L'.ENNEAU ALéSEUR (5) sorte d'excroissance cylindrique située au-dessus de la partie à visser, achève le repoussage périphérique du matériau traversé, grâce à la roto-pénétration du pieu. La gaine ainsi provisoirement moulée dans le sol permet le passage des dentures tll) sans détérioration de l'état de surface (O) du fourreau de scellement ('9) formé par l'espace compris entre le corps du pieu et le terrain - le diamètre de l'anneau aléseur (10) est légèrement supérieur au diamètre du cercle circonscrit (9) aux dentures - les angles de raccordement (w! de cette excroissance avec le corps du pieu seront adoucis pour exécuter un façonnage progressif des terres, même en cas de pénétration rapide. La longueur de l'anneau aléseur augmentera avec la plasticité du terrain. (C) LE CORPS DU PIEU (7) ou colonne supérieure, surmontant l'anneau aléseur jusqu'à l'extrémité de tête, est de section polygonale dont les faces permettent l'application aisée d'un couple de. vissage continu. Cette colonne est munie sur toute sa longueur, et à intervalles réguliers, de dentures polygonales (11) elles aussi, ayant un apothème légèrement supérieur à l'apothème du tronc proprement dit, di pieu , cette légère surépaisseur (12) peut varier selon la nature du terrain considéré. Ces dentures créent ainsi un nombre très important de saillies dans lesquelles viendra s'insérer un produit de scellement (14) qui, après durcissement, constituera un fourreau d'ancrage (19) continu et résistant conforme à la description donnée plus loin. (D) Les injecteurs (15 - 17 - 18) etc , alimentés par un canal axial (16) longitudinalement, sont disposés de façon à permettre la répartition régulière du produit d'injection (14) sur toute la périphérie du pieu ainsi perfectionné. Rt ou plusieurs injecteurs de petit diamètre (17), placés à la pointe de la vis, assurent l'injection en partie basse, autour des spires. Plusieurs orifices de plus gros diamètre (15), situés à l'arrière de l'anneau aléseur, répandent le produit de scellement dans les dentures sur toute la fiche du pieu. Si l'on prévoit l'utilisation d'un coulis de scellement peu fluide, on multipliera le nombre des orifices d'injection (15) sur toute la hauteur du pieu, ceci afin de permettre une diffusion complète du produit de scellement dans la totalité de l'espace créé entre pieu et terrain, et appelé fourreau de scellement ou d'ancrage (191. Pour compléter l'information sur ces caractéristiques géométriques, on doit préciser que le pieu vissé ainsi perfectionné est réalisé en Béton Armé, avec armatures traditionnelles í20) conformes aux règles de calcul en vigueur, ce qui permet d'envisager tous les dimensionnements compatibles avec les moyens de mise en oeuvre rencontrés habituellement sur les chantiers. II) Comportement du terrain sous l'action du Pieu Perfectionné par la présente invention. Destiné exclusivement aux sols meubles (21), le pieu vissé en béton armé considéré verra sa force portante très largement influencée par les données géologiques des sols rencontrés. La teneur en eau, la densité, le coefficient de cohésion et l'angle de glissement sont des facteurs prépondérants pour la détermination de la longueur de scellement nécessaire à l'obtention d'une charge admissible par pieu. En conséquence, on distinguera deux cas d'application de la présente invention, suivant qu'une investigation géotechnique approfondie aura, ou non, été effectuée sur le site concerné. 1.) Chantiers pour lesquels une étude de mécanique des sols a été préalablement établie - la fixation des longueurs d'ancrage se fera suivant les méthodes de calcul couramment appliquées en utilisant les hypothèses et les coefficients habituellement pris en compte. 2.) Chantiers pour lesquels aucune étude de mécanique des sols n'a été préalablement établie - La méthode de calcul, pour fixer les longueurs d'ancrage, demeure inchangée, mais on appliquera une minoration de 1 ordre de 30 % sur les valeurs caractéristiques du terrain, généralement retenues à la suite de sondage sommaire. Cependant, même dans les cas extrêmes de terres humides ou à faible consistance, le Pieu vissé en Béton Armé muni de dentures d'ancrage supporte des charges importantes grâce aux traitements mécaniques qu'il applique directement sur les matériaux traversés. Pour améliorer la capacité d'adhérence des - sols rencontrés, l'un des principes de la présente invention consiste à comprimer légèrement les terrains contigus et à y façonner des engravures de scellement (13). Cette double action se réalise lors de la mise en place du pieu ainsi perfectionné. En effet, la roto-penétration permet à la vis de tracer une rainure oblique dans le terrain qu'elle comprime. L'anneau aléseur assure le surfaçage et achève la mise en compression horizontale de la paroi courbe ainsi formée. te remplissage de cette gaine rainurée par un produit de scellement, rendra l'ancrage avec les dentures du pieu, efficace et définitif. On s'aperçoit qu'un tel système s'applique d'autant plus facilement que le terrain considéré est meuble. Les sols à forte teneur en eau, ou à grande plasticité, peuvent bénéficier avantageusement de cette invention - l'expérience a montré que pour des matériaux à faible cohésion ou sablonneux, le système conserve toute son efficacité, même en cas de déformation importante des rainures, pour peu que le produit de scellement puisse circuler le long de la colonne du pieu et provoquer des incrustations de scellement ou l'imprégnation des matériaux rencontrés. Pour rendre la présente invention utilisable dans toutes natures de terrains meubles, le diamètre de l'anneau aléseur a été soigneusement déterminé en fonction du plus grand diamètre des spires, ceci afin de façonner efficacement le sol sans provoquer le cisaillement des terres. III) Définition du produit de scellement Prévu pour assurer une liaison continue entre le pieu ainsi perfectionné et le terrain, le produit de scellement (14) joue le rôle de soudure entre ces deux éléments. il doit être homogène et remplir, sans laisser de vide, l'espace compris entre les dentures et la paroi de terre comportant rainures et infractuosités. Le mode opératoire, pour la mise en oeuvre du produit de scellement, prévoit une injection à pression suffisante, réalisée en partie basse du pieu après installation définitive de celui-ci, les injecteurs ayant été implantés au préalable dans la pointe et dans l'anneau aléseur. Cette disposition permet, dans la majorité des cas, la diffusion d'un produit de scellement, qui, suffisamment fluide et abondant, circulera par l'extérieur du pieu, dans l'espace de scellement, jusqu'à la surface du sol - Réalisé sans interruption, le coulage du produit de scellement provoquera la remontée de l'eau et des matières en suspension séjournants éventuellement dans la gaine de scellement. Dans le cas de vase, marne fluante ou sable, il est avantageux de procéder simultanément aux opérations de vissage et d'injection. Dans ce cas, l'injecteur de pointe doit être élargi (17) pour permettre l'effet de "lançage" ou "fonçage" du pieu. Le pieu vissé en béton armé muni de dentures d'ancrage permet l'emploi comme produit de scellement, indifféremment, de tout mélange fluide au moment de l'injection, qui par son durcissement assure ensuite une fixation définitive de l'ensemble. Les compositions expansives ou non, à base de liants hydrauliques, telles que coulis de ciment, microbéton, mortier activé, résines etc. conviennent parfaitement à cet usage. Cependant, la présente invention, après augmentation du nombre et du diamètre des injecteurs, permet l'utilisation de coulis de scellement armé en fibre synthétique. Les multiples incrustations dans le sol qui en résultent se comportent comme les radicelles d'un arbre, en autant de mini-scellements efficaces, qui confèrent à l'ensemble une capacité d'ancrage accrue, donc une amélioration de la force portante. IV) Le champ d'application de la présente invention se révèle particulièrement vaste. Celle - ci s'adapte parfaitement à tous les sols inconsistants, voire marécageux. La souplesse et la légèreté du système permettent d' intervenir sur des terrains faiblement porteurs ou même en sites aquatiques. Le pieu vissé en béton armé ainsi perfectionné, s'applique facilement à tous les cas de charges imposées par la construction d'ouvrages d'art, d'édifices ou bâtiments divers. En effet, la variation de la longueur de fiche, de l'apothème, et de la forme des dentures, modifie suffisamment la surface latérale en contact avec le sol, pour obtenir la force portante recherchée, uniquement par le calcul du frottement latéral. La présente invention peut s'opposer à deux types d'efforts. Bien ancrée dans le sol, elle peut travailler indifféremment en compression ou en traction. Elle offre donc la possibilité de réaliser soit des pieux, soit des tirants ancrés dans le sol. L'absence de vibration ou d'effet dynamique lors de sa mise en oeuvre rend judicieux le choix du pieu vissé en béton armé à dentures ancrées, dans les zones sensibles, à proximité d'ouvrage fragile ou instable. Cet avantage, ajouté au peu d'espace nécessaire à son implantation, le prédispose aux travaux de reprise en sous oeuvre ou autres interventions délicates. Contrairement aux pieux métalliques, la présente invention, en utilisant des liants résistant aux agents chimiques, est entièrement protégée contre la corrosion et convient parfaitement aux expositions agressives ou salines rencontrées le plus souvent dans les vases marines. Le pieu vissé en béton armé muni de dentures d'ancrage bénéficie d'un avantage économique certain Prenant appui à faible ou moyenne profondeur, il nécessite, à charge égale, moins de materiaux que tout autre système de fondations sollicitant les couches profondes du sol. -Ainsi, les fondations superficielles, par définition peu onéreuses, deviennent fiables et efficaces grâce à la présente invention. Enfin, le pieu vissé en béton armé ainsi perfectionné est destiné à une exploitation aussi bien artisanale qu'industrielle. En effet, la faiblesse des moyens à mettre en oeuvre et l'extrême simplicité de sa conception, permettent d'envisager une fabrication unitaire ou en série, pour des éléments de petites tailles ou de grandes dimensions. La mise en place de la présente invention ne nécessite aucun matériel important, puisque le couple de serrage peut-être transmis au Pieu Soit par force d'homme en utilisant un levier horizontal. Soit par l'intermédiaire d'un engin possédant un organe de transmission d'un couple de torsion continue adaptable à la tige du Pieu. Le principe fondamental du scellement dans le sol d'un pieu en béton armé préalablement denté (ou crénelé ou ciselé ou toute autre géométrie produisant un ancrage) demeure le caractère essentiel de la présente invention, et ceci quelle que soit la nature du produit de scellement utilisé. La description des perfectionnements ci-dessus n'est pas limitative, car on ne peut établir ici la liste exhaustive des variations de forme ou de dimension, des applications possibles ou des méthodes de mise en oeuvre, etc, découlant de cette invention. REVENDICATIO.NS 1) Perfectionnements destinés à accroitre et fiabiliser la force portante des pieux vissés en béton armé préfabriqués et à améliorer leur mise en oeuvre en ce qu'ils comportent a. Une conformation de pieu comprenant un corps de section polygonal (X) une vis (1) un anneau d'alésage (5) des dentures d'ancrage (11) dispositif d'injection (15-16-17-18) etc, d'un produit de scellement (14). b. Un façonnage du terrain traversé (21) rainurage (13) mise en compression - moulage de la paroi (ó) etc. c. un fourreau de scellement (19) coulé dans l'espace pieuterrain pour souder l'ensemble à l'aide d'un produit durcissable(14). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une vis conique (1) à double révolution (2) occupant la partie basse du pieu ainsi perfectionné possède : un pas (3), un nombre et un diamètre de spires (4) variables, mais préalablement déterminés selon la plasticité du sol, pour créer un rainurage (13) sans dislocation des terres 3J Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une excroissance cylindrique, de longueur adaptée à la plasticité du terrain, appelée anneau aléseur (5), surmontant la partie vissée, repousse et façonne les terres en périphérie, pour permettre le passage des dentures sans détérioration de la gaine (6) ainsi créée dans le sol. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu une multitude de saillies polygonales (11) sont disposées à intervalles réguliers sur le corps polygonal du pieu ainsi perfectionné, ceci pour assurer un ancrage maximum dans le terrain, par l'intermédiaire d'un produit de scellement durcissable. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par la présence d'un certain nombre d'injecteurs (15-17-18 etc.! qui, alimentés par un canal axial et placés dans les endroits précis, diffuseront sur toute la périphérie du pieu, un produit fluide pendant l'injection et durcissable par la suite. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi du sol traversé voit ses réactions et ses capacités d'adhérence largement améliorées par la présente invention, qui, en produisant un rainurage oblique (13), une mise en compression légère, un moulage (6) et un lissage des terres, provoque ainsi des conditions optimum d'ancrage. 7) Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce qui concerne le produit de scellement (14) remplissant l'espace entre le pieu et le terrain, peut être de différentes natures, pour constituer un fourreau de scellement (19) continu et homogène, soudant les différentes parties du pieu perfectionné par la présente invention avec le sol considéré.