Brevet FR2635129A1 — publié le 19900209

PERFECtIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS ET PROCèDES POUR LA REALISATION DE PIEUX EN BETON DANS LE SOL La présente invention concerne les dispositifs pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, dispositifs destinés à être fixés sur la base d'éléments de forage à âme tubulaire. Elle concerne également les éléments de forage équipés de tels dispositifs et les procédés de réalisations de pieux bétonnés dans le sol mettant en oeuvre de tels dispositifs. Elle trouve une application particulièrement -importante, bien que non exclusive, dans la réalisation des pieux bétonnés de grande profondeur (10 à 25 mètres) avec des tarières creuses continues. Lorsqu'on fore un terrain avec un élément à âme tubulaire en vue d'y réaliser un pieu en béton, il est nécessaire d obturer la base de l'âme tubulaire par laquelle va ensuite être injecté le béton, pour éviter que la terre ne rentre à l'intérieur de l'âme tubulaire. Cette obturation s'effectue traditionnellement par un bouchon que l'on détache de ltélément lorsque la profondeur recherchée est atteinte. Le bouchon est alors laissé en fond de fouille et perdu. Cette solution, présente entre autres, l'inconvénient d'empêcher l'utilisation d'un outil pilote de forage, sous l'éliment, car un tel outil est trop coûteux pour etre perdu sous chaque pieu. Or cet outil est utile pour le centrage du trou de forage sur son axe et pour le forage dans des terrains résistants. Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé de prévoir un tube plongeur équipé à sa base d'un outil de forage et monté coulissant à l'intérieur de l'âme tubulaire d'une tarière creuse, tube présentant & sa base des lumières latérales et susceptible d'occuper à volonté par rapport à l'âme une première position longitudinale rentrée, de forage, pour laquelle les lumières sont obturées par l'âme et une seconde position longitudinale sortie, de bétonnage, pour laquelle le béton peut être injecté à travers les lumières alors dégagées. De tels appareils présentent plusieurs inconvénients. Il sont compliqués, difficilement nettoyables et coûteux. Ne pouvant être nettoyés facilement, la laitance de ciment a tendance à s'infiltrer entre les différentes pièces mobiles et à faire prise en bloquant ces pièces: En outre, ces appareils ne sont en général prévus que pour un seul type d'élément de forage, ce qui limite leur intérêt. La présente invention a pour but, surtout, de supprimer ces inconvénients. Dans ce but, l'invention propose un dispositif pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, destiné à être fixé sur la base d'un élément de forage à âme tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend - un corps de révolution autour de l'axe de l'âme, évidé de bout en bout par un alésage cylindrique, ledit corps étant constitué de trois portions , à savoir une portion supérieure étroite propre à être fixée rigidement sur la base de l'élément de forage, une portion inférieure de diamètre externe maximal supérieur au diamètre externe maximal de la portion supérieure, et une portion intermédiaire de liaison ajourée radialement par des lumières, - un piston libre logé jointivement dans l'alésage du corps de façon à etre lié angulairement à ce corps tout en pouvant coulisser axialement dans celui-ci entre une position supérieure pour laquelle il obture les lumières et une position inférieure pour laquelle il dégage ces lumières, - et un outil de forage fixé à la base du piston libre, au-dessous de la portion inférieure du corps Dans des modes de réalisations préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l autre des dispositions suivantes - le piston est monté de façon amovible dans la portion inférieure du corps - la face latérale du piston est évidée par au moins une rainure longitudinale fermée à son extrémité supérieure et la portion inférieure du corps est munie d'au moins un doigt de butée mobile transversalement entre une position dn saillie vers llintérieur, pour laquelle il coopère avec ladite rainure, et une position escamotée hors de cette rainure - la liaison angulaire entre le piston et la portion inférieure du corps est assurée par au moins une lamelle en saillie sur la face latérale du piston, propre à coopérer avec au moins une rainure évidée dans la face latérale interne du corps et dégagée à sa base, la longueur de chaque lamelle étant supérieure à la course de travail du piston - la dimension transversale maximale de l'outil de forage est sensiblement identique au diamètre externe maximal de la portion inférieure du corps du dispositif - le diamètre externe maximal de la portion inférieure du corps est supérieur d'une valeur comprise entre 1 et 4 cl, et avantageusement de l'ordre de 3 cm, au diamètre externe maximal de la portion supérieure du corps. L'invention propose également un appareil pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, comprenant un élément de forage à âme tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif tel que ci-dessus défini et des moyens de fixation de ce dispositif sur la base de l'âme tubulaire de l'élément. Dans un mode avantageux de réalisation, les moyens de fixation du dispositif sur l'élément de forage comprennent une bague filetée, prolongeant la base de l'âme tubulaire, propre à coopérer avec un filetage complémentaire compris par la portion supérieure du corps dudit dispositif. Avantageusement l'élément à âme tubulaire est une tarière creuse continue. Enfin l'invention propose un procédé de réalisation d'un pieu bétonné dans le sol comprenant -le forage du sol à l'aide d'un élément à âme tubulaire comprenant un organe agencé pour obturer la base de ladite âme tubulaire lors du forage, - l'ouverture de ladite base en fin de forage, et - le coulage de béton à l'intérieur de l'âme tubulaire et, simultanément, la remontée progressive de l'élément en maintenant la base de l'âme tubulaire ouverte et plongeante dans le béton frais, caractérisé en ce que l'ouverture de la base de l'âme tubulaire est effectuée uniquement en poussant vers le bas, avec le béton injecté sous pression, sur un piston libre monté coulissant dans un cylindre constituant ladite base de façon à dégager des lumières latérales de ce cylindre pour la sortie du béton, l ensemble piston-cylindre étant remonté en même temps que l'élément. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 montre un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, en coupe axiale, en position de forage - la figure 2 montre semblablement le même dispositif en position de bétonnage - la figure 3 est une vue en élévation d'un appareil selon l'invention comprenant une tarière creuse maintenue par des moyens de support et d'entrainement connus en soi et équipée d'un dispositif du genre ci-dessus - les figures 4,5 et 6 montrent schématiquement le dispositif selon l'invention fixé à une tarière creuse, en trois étapes successives correspondant respectivement à la fin du forage, à l'ouverture des lumières consécutive au début de remontée de la tarière, et au coulage du pieu en béton. Les figures 1 et 2 montrent un dispositif 1 fixé à la base 2 de l'âme tubulaire 3 d'une tarière creuse continue 4. La base de la lame hélicoïdale 5 de cette tarière 4 comporte des dents 6 d'attaque du sol. Le dispositif 1 comprend un corps de révolution 7 évidé de bout en bout par un alésage cylindrique 8 dans lequel coulisse un piston 15. Le corps 7 comprend une portion supérieure 9, une portion inférieure 12 et une portion intermédiaire 13 de liaison. La portion supérieure 9 est cylindrique et étroite, de mêmes diamètres intérieur et extérieur que l'âme 3 et comporte une partie filetée 10. La partie filetée 10 coopère avec un filetage complémentaire d'une bague 11 fixée sur la base 2 de l'âme 3, par exemple par soudage. Le dispositif 1 est donc facilement amovible et peut être remplacé rapidement. D'autres modes de fixation du dispositif sur la base 2 de l'âme tubulaire 3 sont bien entendu possibles, et à la portée de l'homme du métier. La portion inférieure 12 présente un diamètre externe maximal D supérieur au diamètre externe maximal 9 de la portion supérieure étroite 9. La portion intermédiaire 13 de liaison est ajourée radialement par des lumières 14. La différence de diamètre entre d et D permet de laisser autour de la portion supérieure étroite 9, et au dessus des lumières 14, un espace annulaire évidé dans le trou foré. Cet espace permet le passage du béton en fond de fouille entre les lumières 14 et la base de la tarière lors de l'amorçage du bétonnage. Dans un mode de montage avantageux du dispositif sur la tarière, le dispositif 1 est fixé sur un tube prolongateur intermédiaire amovible de longueur prédéterminée, lui-même fixé sur la base 2 de la tarière. Cette disposition permet d'augmenter de façon. simple, et quand nécessaire, la hauteur existante entre les lumières 14 du dispositif et la base 2 de l'âme tubulaire, et donc la hauteur existante entre l'alimentation et la surface du béton frais, ou hauteur plongeante dans le béton frais. L'espace annulaire a par exemple une largeur de 15 à 20 mm pour une tarière dont l'âme tubulaire présente un diamètre de 122 à 160 mm avec un diamètre de lame hélicoïdale de 500 à 900 mm. Le piston 15 est cylindrique de révolution, libre et logé jointivement dans l'alésage 8 du corps. Il comprend deux lamelles 16 en saillie sur sa face externe, par exemple diamétralement opposées, propres à coopérer avec deux rainures 17 évidées dans la face latérale interne 18 du corps et dégagées à leur base. La longueur de chaque lamelle 16 est supérieure à la course de travail du piston afin d'éviter aux lamelles de sortir de leurs rainures. Ces lamelles permettent la transmission du couple de forage au dispositif. Le piston comprend par ailleurs une rainure longitudinale 19, évidée dans sa face latérale. La rainure est fermée à son extrémité supérieure 20. La portion inférieure 12 du corps est munie d'un doigt 21 de butée, mobile transversalement entre une position en saillie vers l'intérieur, pour laquelle il Coopère avec la rainure 19, et une position escamotée hors de la rainure 19. Le doigt de butée 21 en saillie, verrouille le piston dans l'alésage et permet sa remontée dans le puits foré en même temps que la tarière. Ze doigt de butée 21 en position escamotée libère le piston, qui peut ainsi être démonté et nettoyé. Des moyens 25 de retenue, du type par exemple connu sous la dénomination "circlips", maintiennent le doigt de butée 21 fixé sur la portion inférieure du dispositif lorsqu'il est en position escamotée. Ce doigt est par exemple constitué par une vis 26, le dévissage de cette vis autorisant alors le démontage du piston libre 15. Le démontage s'effectuant par le bas permet d utiliser éventuellement la force de traction de la grue amenée à supporter la tarière, en cas de coincement du piston consécutif à une négligence de lavage du dispositif. On tire alors vers le haut sur la tarière, le piston et l'outil étant maintenus fixés au sol. Un joint torique 22, est prévu pour maintenir un frottement entre le piston et le corps cylindrique. Un outil de forage 23 est fixé à la base 24 du piston libre, par exemple par vissage. L'outil est démontable. Il est choisi en fonction des caractéristiques du sol à forer. La figure 3 montre un appareil 30 pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol comprenant la tarière creuse continue 4 à âme tubulaire, munie à sa base du dispositif 1 de l'invention. Des moyens de support et d'entraînement 32 comprenant une grue 33, avec un mât de guidage 34 et une tète de rotation hydraulique 35 d'entraînement de la tarière, sont prévus. Le béton est injecté par l'intermédiaire d'un piquage 36 en relation directe avec l'intérieur de l'âme tubulaire 3 de la tarière. Le fonctionnement du dispositif de l'invention est décrit ci-après, en faisant référence aux figures 4,5 et 6. Après fixation du dispositif, comprenant un outil de forage 23 adapté au terrain, à la base de l'âme tubulaire 3 de la tarière 4, on procède au forage du sol 38. La pression exercée par l'élément de forage sur le sol maintien le piston 15 en position haute, ce qui obture les lumières 14 et empèche la terre de pénétrer dans l'âme tubulaire, comme représenté sur les figures 1 et 4. L'outil étant fixé rigidement sur le piston, lui-même solidaire angulairement de la tarière, guide cette tarière et permet l'attaque des terrains durs rencontrés. En fin de forage (voir fig. 5) et simultanément, d'une part on tire sur la tarière 4 vers le haut et d'autre part on pousse le piston 15 vers le bas en injectant du béton 40 à l'intérieur de l'âme 3. Cette double action a pour effet d'élever légèrement le corps du dispositif 1 par rapport à son ensemble piston 15 - outil 23, lequel reste au fond de la fouille. Ce déplacement relatif dégage les lumières 14. Ces lumières 14 présentent par exemple une section de passage du béton sensiblement identique à la section interne de l'âme tubulaire creuse, voire même supérieure, pour limiter les pertes de charge. Le béton sort par les lumières et remonte par l'espace annulaire 41 dans le fond du trou 42 creusé par la tarière. On continue ensuite à couler le béton, via l'intérieur de l'âme tubulaire dans le trou 42 et simultanément on remonte progressivement la tarière, les lumières 14 du dispositif étant maintenues ouvertes et plongeantes dans le béton frais, par la pression exercée par le béton sur le piston 15. Un pieu bétonné est ainsi constitué dans le trou de forage dégagé au fur et à mesure de ladite remontée (voir fig. 6). Les procédés et dispositifs selon l'invention présentent de nombreux avantages. ils permettent la réalisation de pieux bétonnés dans le sol - de façon simple, car on utilise uniquement la force de pression exercée par le terrain ou par le béton, sur le piston libre 15, pour respectivement fermer ou ouvrir les lumières 14 du dispositif, - de façon peu coûteuse, car l'outil de forage est récupéré à chaque opération, - de manière peu propice au blocage car le piston libre est facilement démontable et nettoyable. - et avec une alimentation en béton qui est toujours plongeante dans le béton frais, ce qui limite ainsi les risques de discontinuité dans le bétonnage. Le dispositif selon un mode préféré de réalisation de l'invention présente aussi l'avantage d'être amovible, et donc interchangeable, et/ou utilisable sur des éléments à âme creuse de dimensions et/ou de types différents. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullemcnt à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVEND I CAT I ONS 1. Dispositif (1) pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, destiné à être fixé sur la base (2) d'un élément de forage (4) à âme tubulaire (3) r caractérisé en ce qu'il comprend - un corp (7) de révolution autour de l'axe de l'âme (3), évidé de bout en bout par un alésage cylindrique (8), ledit corps étant constitué de trois portions, à savoir une portion supérieure (9) étroite propre à être fixée rigidement sur la base (2) de l'élément de forage, une portion inférieure (12) de diamètre externe maximal D supérieur au diamètre externe maximal 9 de la portion supérieure (9), et une portion intermédiaire (13) de liaison ajourée radialement par des lumières (14), - un piston (15) libre, logé jointivement dans l'alésage cylindrique (8)du corps de façon à être lié angulairement à ce corps tout en pouvant coulisser axialement dans celui-ci entre une position supérieure pour laquelle il obture les lumières (14) et une position inférieure pour laquelle il dégage ces lumières (14), - et un outil de forage (23) fixé à la base (24) du piston (15) libre, au-dessous de la portion inférieure (12) du corps. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (15) est monté de façon amovible dans la portion inférieure (12) du corps. 3. Dispositif selon la revendication 2,'caracté- risé en ce que la face latérale du piston est évidée par au moins une rainure longitudinale (19) fermée à son extrémité supérieure (20), et en ce que la portion inférieure (12) du corps est munie d'au moins un doigt (21) de butée mobile transversalement entre une position en saillie vers l'intérieur, pour laquelle il coopère avec ladite rainure, et une position escamotée hors de cette rainure. 4. Dispositif selon l une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison angulaire entre le piston (15) et la portion inférieure (12) du corps est assurée par au moins une lamelle (16) en saillie sur la face latérale du piston, propre à coopérer avec au moins une rainure (17) évidée dans la face latérale interne du corps et dégagée à sa base, la longueur de chaque lamelle (16) étant supérieure à la course de travail du piston. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que la dimension transversale maximale de l'outil de forage (23) est sensiblement identique au diamètre externe maximal de la portion inférieure (12) du corps du dispositif. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre externe maximal D de la portion inférieure (12) du corps est supérieur d'une valeur comprise entre 1 et 4 cm et avantageusement de l'ordre de 3 cm, au diamètre externe maximal 9 de la portion supérieure (9) du corps. 7. Appareil (30) pour la réalisation de pieux bétonnés dans le sol, comprenant un élément de forage (4) & âme tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et des moyens de fixation (10,11) de ce dispositif sur la base de l'âme tubulaire (3) dudit élément. 8. Appareil (30) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de fixation (10,11) du dispositif (1) sur l'élément de forage comprennent une bague (11) filetée, prolongeant la base de l'âme tubulaire, propre & coopérer avec un filetage (10) complémentaire compris par la portion supérieure (12) du corps dudit dispositif. 9. Appareil (30) selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'élément à âme tubulaire est une tarière creuse continue. 10. Procédé de réalisation d'un pieu bétonné dans le sol comprenant - le forage du sol à l'aide d'un élément (4) à âme tubulaire (3) comprenant un organe agencé pour obturer la base de ladite âme tubulaire lors du forage, - l'ouverture de ladite base en fin de forage, et - le coulage de béton à l'intérieur de l'âme tubulaire (3) et, simultanément, la remontée progressive de l'élément (4) en maintenant la base (2) de l'âme tubulaire (3) ouverte et plongeante dans le béton frais, pour constituer un pieu bétonné dans le trou de forage dégagé au fur et à mesure de ladite remontée, caractérisé en ce que l'ouverture de la base de l'âme tubulaire (3) est effectuée uniquement en poussant vers le bas, avec le béton injecté sous pression, sur un piston (15) libre monté coulissant dans un cylindre (8) constituant ladite base de façon à dégager des lumières latérales (14) de ce cylindre pour la sortie du béton, l'ensemble piston-cylindre (15,8) étant remonté en même temps que l'élément (4).