Brevet FR2642777A1 — publié le 19900810

L'exécution de pieux forés et moulés dans le sol à la tarière continue creuse est une méthode connue et exploitée depuis plusieurs dizaines d'années. Schématiquement, elle consiste à faire pénétrer dans le terrain dans lequel on veut construire un pieu, une tarière continue dont le fût est constitué par un cylindre continu creux, puis, lors du mouvement inverse d'extraction de la tarière continue, de refouler du béton dans le trou foré à travers le conduit constitué par le fût de la tarière, de manière à remplir au fur et à mesure le vide que tend à créer le retrait de la tarière. Pour ce faire, la tarière continue est généralement entraînée dans un mouvement combiné de rotation- translation par l'intermédiaire d'un moteur rotatif pouvant lui-même se déplacer parallèlement à l'axe du pieu en cours de réalisation tout le long d'une glissière montée sur un bâti constituant l'ossature générale de la machine à pieu. Dans une première phase (phase de forage), la rotation-translation descendante du moteur de forage est maintenue, en général, sensiblement inférieure à la valeur correspondant au vissage direct de la tarière, compte tenu du pas de cette dernière, provoquant ainsi un.cisaillement du sol le long de la surface enveloppe de la tarière et une certaine circulation ascendante du matériau chargeant les spires. Dans la deuxième phase de réalisation du pieu, une fois atteinte la profondeur fixée, la tarière continue est extraite sans rotation par un mouvement de translation ascendant de la tête de forage, en même temps que l'on refoule du béton sous pression au moyen d'une pompe de façon à bétonner le trou foré au fur et à mesure du retrait de la tarière. On peut assurer ainsi un remplissage parfait et continu sous le bouchon mobile formé par les spires mêmes de la tarière chargées de matériau excavé. Le béton est amené dans le conduit constitué par le fût creux de la tarière, à travers une tête d'injection montée, par l'intermédiaire d'un raccord tournant, soit directement sur la broche creuse traversante du moteur de forage, soit dans le cas d'une broche pleine, latéralement sous le nez du moteur, en tête de la ligne d'outil. La condition fondamentale pour la réalisation correcte d'un pieu par le procédé de la tarière creuse est celle du maintien absolu de la continuité du bétonnage et par suite de la conduite générale constituée par le fût creux de la tarière continue. Il n'est donc pas possible d'envisager la réalisation d'un pieu, selon le procédé décrit, par rajouts et enlèvements successifs d'éléments de tarière de façon à obtenir la longueur totale de l'ouvrage comme cela se fait normalement pour l'exécution d'un forage classique en rajoutant ou enlevant des éléments de tige de travail. Cette sujétion fondamentale exige donc l'utilisation d'une tarière continue de longueur au moins égale à celle du pieu à réaliser, mise en oeuvre en un élément monobloc et nécessitant, par suite, une glissière de guidage du moteur de forage de longueur utile Correspondante. Cette glissière devant encaisser les efforts de torsion correspondants au couple moteur très important nécessaire pour entraîner en rotation la tarière continue (jusqu'à 20 t/m avec les machines actuelles) prend, pour les pieux profonds, des dimensions et un poids considérables entraînant dans la même évolution les caractéristiques de la machine porteuse. Les déplacements sur chantier d'une telle machine équipée d'une glissière longue posent souvent, en outre, des problèmes difficiles de stabilité et de sécurité. La présente invention a pour but de mettre un terme à l'évolution vers le gigantisme du matériel nécessaire à la réalisation de pieux moulés dans le sol de grande longueur et fournit à cet effet, un dispositif permettant l'utilisation d'une tarière continue comprenant des éléments raboutables en cours de travail et permettant d'éviter la rupture de la continuité de la ligne de bétonnage. Il en résulte la possibilité de réalisation de pieux de grande longueur avec une glissière de travail de longueur utile bien moindre que celle nécessaire avec le matériel actuellement employé, avec toutes les implications favorables correspondantes quant aux économies d'investissement et d'exploitation courantes. Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif de réalisation de pieux moulés dans le sol qui comprend en combinaison: une glissière, un moteur pouvant coulisser le long de cette glissière et capable d'impartir à une tarière un mouvement de rotation- translation, une tarière entraînée par ledit 'moteur s'étendant parallèlement à la glissière et comportant un fût central creux ouvert à son extrémité inférieure, des moyens pour amener du béton à la partie supérieure dudit fût creux et pour le refouler à l'extrémité inférieure de celui-ci, caractérisé en ce que - ladite glissière a une longueur utile inférieure à la longueur du pieu à réaliser; - ladite tarière comporte une partie inférieure de longueur utile au plus égale à celle de la glissière, constituée d'un fût creux et d'une hélice solidaire dudit fût creux, et une partie supérieure constituée d'un élément intérieur creux et d'au moins un élément extérieur amovible en forme de tarière comportant une discontinuité longitudinale permettant de l'emboîter latéralement sur l'élément intérieur creux de ladite partie supérieure, l'élément intérieur creux de ladite partie supérieure s'étendant dans le prolongement du fût creux de ladite partie inférieure ou étant monté de façon télescopique dans le fût creux de ladite partie inférieure de façon à pouvoir être télescopé dans une position o il s'étend dans le prolongement du fût creux de ladite partie inférieure; - ledit moteur est monté coulissant sur ledit élément intérieur creux de ladite partie supérieure et est verrouillable sur celui-ci dans le cas o l'élément intérieur creux de la partie supérieure s'étend dans le prolongement du fût creux de la partie inférieure, ou est monté fixe sur l'élément intérieur creux de la partie supérieure et est verrouillable soit sur la partie inférieure de la tarière soit sur le fût du tronçon de tarière supérieur dans le cas o l'élément intérieur creux de la partie supérieure est monté de façon télescopique dans le fût creux de la partie inférieure. Le concept inventif à la base de l'invention repose sur la dissociation des deux fonctions assurées par la tarière continue creuse, c'est-à-dire: - la fonction forage, extraction partielle des matériaux, support des parois de forage, bouchon mobile au moment du bétonnage, assurée par l'hélice de la tarière continue, - la fonction conduite d'alimentation en béton au moment du bétonnage, assurée par le fût creux de la tarière continue. Ceci permet de pouvoir entrainer la tarière par le moteur de rotation et de translation en des points intermédiaires de la ligne d'outil générale sans avoir besoin de couper cette dernière. La description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés fera bien comprendre l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue de côté schématique de la partie inférieure de la tarière du dispositif de l'invention; Les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de côté et en coupe transversale selon la ligne III-III, respectivement, de la partie supérieure de la tarière du dispositif de l'invention, l'télément amovible étant emboîté sur l'élément intérieur creux de ladite partie supérieure; Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de côté et en coupe transversale selon la ligne V-V, respectivement, de l'élément intérieur creux de la partie supérieure de la tarière de l'invention; Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques de côté et en coupe transversale selon la ligne VII-VII, respectivement, de l'élément amovible emboitable de la partie supérieure de la tarière de l'invention; Les figures 8, 9 et 10 sont des vues schématiques de face, de côté et en coupe transversale selon la ligne X-X de la figure 9, respectivement, d'un élément complémentaire assujettissable sur l'élément amovible emboîtable; Les figures 11 à 19 sont des vues schématiques illustrant les diverses étapes de la réalisation d'un pieu moulé dans le sol à l'aide du dispositif des figures 1 à 7; Les figures 20 à 26 sont des vues analogues à celles des figures 1 à 7 mais illustrant une variante de réalisation du dispositif de l'invention; et Les figures 27 à 35 sont des vues schématiques illustrant les diverses étapes de la réalisation d'un pieu moulé dans le sol à l'aide de cette variante. Pour faciliter l'exposé, la description du dispositif de l'invention est faite dans le cas particulier o un pieu de longueur L est réalisé avec une glissière de longueur utile L/2. Le même principe permettrait la réalisation du même pieu avec une glissière de longueur utile L/3, L/4, etc.... Comme on le voit sur la figure 11, le dispositif comprend une ligne d'outil pouvant être entrainée en rotation par un moteur 6 à arbre creux que l'on peut faire coulisser sur une glissière 16 montée sur un véhicule 17 pour impartir un mouvement de translation à la ligne d'outil. 6. La ligne d'outil comprend deux parties distinctes: - une partie inférieure (Fig. 1) de longueur L/2 constituée d'un tronçon de tarière continue creuse classique 1, dont le fût creux 2, de section circulaire ou polygonale, est en communication avec l'extérieur à son extrémité inférieure 3 permettant le moment venu le refoulement de béton dans le trou foré; - une partie supérieure (Fig. 2 et 3) de longueur utile L/2 constituée d'un élément intérieur et d'un élément extérieur emboitables permettant de reconstituer la continuité de la tarière à la suite du tronçon inférieure une fois ce dernier enfoncé dans le sol. L'élément intérieur creux (Fig. 4 et 5) ou élément d'entraînement, est un tube creux 4 de section extérieure polygonale (carrée par exemple) solidarisable à la partie supérieure du fût creux 2 du tronçon de tarière inférieur. A cette fin, la partie inférieure de l'élément intérieur 4 et la partie supérieure du fût creux 2 peuvent présenter un profil tronconique d'assemblage, comme représenté. Cet élément intérieur a une longueur L/2 augmentée de la longueur nécessaire pour la traversée de l'arbre creux 5 du moteur de rotation et de translation 6 et pour le montage à son extrémité supérieure du raccord tournant 7 pour l'alimentation en béton 8. Par ce montage, prévu pour ne pas être dissocié pendant toute l'exécution d'un travail déterminé, on réalise la continuité de la conduite d'alimentation en béton 9, condition fondamentale pour la réalisation d'un pieu moulé à la tarière creuse. L'élément extérieur (Fig. 6 et 7) est un tronçon de tarière creuse 10 de longueur L/2 dont le fût creux 11 a une section intérieure qui épouse étroitement la section extérieure polygonale de l'élément intérieur creux d'entraînement et dont l'hélice est identique à celle du tronçon de tarière inférieur. Le fût 11 et l'hélice du tronçon de tarière creuse 10 supérieure sont interrompus verticalement sur une largeur permettant juste le passage de l'élément intérieur creux d'entraînement 4.- Il est ainsi possible, par la coopération des deux éléments intérieur et extérieur, de constituer par simple emboîtement, un tronçon complet de tarière creuse de longueur L/2 et par suite de restituer avec le tronçon inférieur de longueur L/2, la tarière creuse continue complète nécessaire pour la réalisation du pieu moulé de longueur L. Des collerettes femelles 13 et 14 situées, respectivement, en tête du fût du tronçon inférieur et à la partie inférieure du moteur de forage, ou tout autre système simple équivalent, permettent d'immobiliser l'élément extérieur du tronçon de tarière supérieur dans le prolongement du tronçon de tarière inférieur. Le dispositif qui vient d'être décrit présente une discontinuité au droit de chaque spire du tronçon de tarière continue supérieur, de façon à laisser le passage pour l'élément intérieur creux d'entraînement. Cette solution de continuité n'a, géométriquement, qu'une importance relativement faible (8% de l'arc pour une tarière de 60 cm de diamètre et un élément intérieur carré de 15 cm de côté) et n'a aucune influence dans le cas général sur les opérations de forage et de bétonnage du pieu. Cependant, on peut, si désiré, rétablir la continuité de l'hélice de la tarière par exemple par le boulonnage rapide sur la face libre de l'élément intérieur creux d'entraînement 4 d'un élément 19 muni de tronçons de spire 20 (Fig. 8 et 9), venant exactement reconstituer la géométrie générale de la tarière, comme l'illustre la figure 10. A la place de l'élément 19, on pourrait utiliser tout autre moyen équivalent (volets mobiles, articulés ou non, etc...). Le processus de réalisation d'un pieu moulé de longueur L avec le dispositif de l'invention est le suivant: * Au début des opérations le moteur de forage se trouve au sommet de la glissière de longueur utile L/2 (Fig. 11). La ligne d'outil est constituée, sous le moteur de forage 6, par le tronçon de tarière continue inférieur 1 et, à travers et au- dessus du moteur de forage, par 1 'élément intérieur creux d'entrainement 4. La glissière 16 de la machine à pieu 17 est dimensionnée de façon à pouvoir encaisser le couple maximum de rotation du moteur. Elle est prolongée sur une certaine longueur par une fléchette auxiliaire 18 dont le rôle est de limiter les débattements de l'élément intérieur creux d'entraînement pendant les opérations de forage et de bétonnage. La base du moteur de forage est équipée d'un mandrin à serrage hydraulique ou mécanique permettant, par un verrouillage sur l'élément intérieur creux d'entraînement, d'exercer un effort axial de traction, de retenue ou de poussée sur la ligne d'outil. * Le tronçon de tarière inférieur ayant été introduit en rotation dans le sol (Fig. 12), le mandrin du moteur est déverrouillé et le moteur de forage remonté en tête de la glissière (Fig. 13). * Le tronçon de tarière supérieur 10 est alors emboîté sur l'élément intérieur d'entraînement avec lequel il se trouve ainsi solidarisé en rotation et bloqué en position par l'intermédiaire des collerettes inférieure 13 et supérieure 14, empêchant ainsi tout déboîtement latéral. Le mandrin du moteur de forage est verrouillé sur l'élément intérieur d'entraînement empêchant ainsi tout déplacement axial du tronçon de tarière supérieur (Fig. 14). * L'hélice de la tarière ayant été ainsi allongée et la continuité mécanique de la ligne d'outil étant assurée, le forage du pieu est mené à son terme (Fig. 15). Les opérations inverses suivantes permettent de réaliser le bétonnage du pieu sans coupure de la conduite de bétonnage: * Remontée du moteur de forage jusqu'en tête de la glissière, sans rotation, en liaison coordonnée avec le refoulage de béton dans le trou foré (Fig. 16). * Déverrouillage du mandrin du moteur, déboîtement et enlèvement du tronçon de tarière supérieur (Fig. 17). * Redescente du moteur de forage et verrouillage du mandrin en une position o il se trouve en tête du tronçon de tarière inférieur (Fig. 18). * Remontée du moteur de forage jusqu'en tête de la glissière, sans rotation, en liaison coordonnée avec le refoulage de béton dans le trou foré (Fig. 19). Les opérations de verrouillage et déverrouillage du mandrin du moteur de forage sur l'élément intérieur creux d'entrainement, et de rajout et d'enlèvement du tronçon de tarière supérieur pourraient être entièrement automatisées contribuant ainsi à l'économie du procédé. Les figures 20 à 26 illustrent une variante du dispositif de l'invention selon laquelle l'élément intérieur creux de la partie supérieure de l'outil est monté de façon télescopique à l'intérieur du fût creux du tronçon de tarière inférieur. Sur ces figures, des références identiques à celles des figures 1 à 7 sont utilisées pour désigner des parties constitutives analogues. La ligne d'outil utilisée comprend alors les deux parties distinctives suivantes - une partie inférieure 1, de longueur l., identique à celle du mode de réalisation du dispositif précédemment décrit, mais dont le fût creux 2 a une section intérieure exclusivement polygonale, - une partie supérieure de longueur utile 12 constituée également de deux éléments emboîtables 4 et 10 permettant de reconstituer la continuité de la tarière à la suite du tronçon inférieur une fois ce dernier enfoncé dans le sol. L'élément creux intérieur de la partie supérieure est un tube creux 4 de section extérieure polygonale (carrée par exemple) épousant la forme de la section intérieure du fût creux 2 du tronçon de tarière inférieur de façon à permettre son libre coulissement à l'intérieur de ce dernier. Un joint torique 21 monté sur l'élément intérieur creux permet d'assurer l'étanchéité avec le fût de la tarière au moment du refoulage du béton. Cet élément intérieur a une longueur 12 augmentée de la longueur a nécessaire au recouvrement élément intérieur creux-fût du tronçon de tarière inférieur, et de la longueur nécessaire au raccordement avec l'alimentation en béton 9. L'élément extérieur est un tronçon de tarière creuse identique à celui du mode de réalisation précédent et de longueur 12, si ce n'est qu'il comporte, à son sommet, une collerette 22. Le moteur 6 est solidaire de l'extrémité supérieure de l'élément creux intérieur télescopique 4 de la partie supérieure et est verrouillable sur la tête du tronçon de tarière inférieur. Le processus de réalisation d'un pieu moulé de longueur L = l1 + 12 avec cette variante du dispositif est dans ses grandes lignes identique à celui du mode de réalisation précédent et est illustré par les figures 27 à 35. Au début des opérations le moteur de forage se trouve au sommet de la glissière 16 de longueur utile 1i. La ligne d'outil est constituée, sous le moteur de forage 6 par le tronçon de tarière continue et par l'élément intérieur creux d'entraînement engagé à l'intérieur du fût du tronçon de tarière sur toute la hauteur de ce dernier. La base du moteur de forage est équipé d'un mandrin 15 à serrage hydraulique ou mécanique permettant par un verrouillage sur la collerette 13 du fût du tronçon de tarière inférieur d'exercer un effort axial de traction, de retenue ou de poussée sur la ligne d'outil. Le tronçon de tarière inférieur ayant été introduit en rotation dans le sol, le mandrin du moteur est déverrouillé et le moteur de forage remonté en tête de la glissière, déployant l'élément intérieur creux sur toute sa longueur utile 12 par le coulissement de ce dernier dans le fût de la tarière. Le tronçon de tarière supérieur est alors emboîté sur l'élément intérieur creux déployé et bloqué en position par la collerette 13 et le mandrin 15 du moteur de forage est verrouillé sur une collerette 22 prévue au sommet du fût du tronçon de tarière supérieur. Le forage du pieu est mené à son terme. Les opérations inverses suivantes permettent de réaliser le bétonnage du pieu sans coupure de la conduite de bétonnage: - remontée du moteur de forage jusqu'en tête de la glissière, sans rotation, en liaison coordonnée avec le refoulement de béton, - déverrouillage du mandrin du moteur, déboîtement et enlèvement du tronçon de tarière supérieur, - redescente du moteur de forage entraînant la pénétration de l'élément intérieur creux d'entraînement par coulissement dans le fût du tronçon de tarière inférieur et verrouillage du mandrin sur la tête du fût de la tarière, remontée du moteur de forage jusqu'en tête de la glissière, sans rotation, en liaison coordonnée avec le refoulement du béton. La variante ci-dessus du dispositif de l'invention permet de s'affranchir de la présence de la fléchette 18 en prolongement de la glissière de forage. REVENDICATIONS 1. Un dispositif de réalisation de pieux moulés dans le sol qui comprend en combinaison: une glissière (16), un moteur (6) pouvant coulisser le long de cette glissière et capable d'impartir à une tarière un mouvement de rotation-translation, une tarière entraînée par ledit moteur s'étendant parallèlement à la glissière et comportant un fût central creux ouvert à son extrémité inférieure, des moyens (8, 9) pour amener du béton à la partie supérieure dudit fût creux et pour le refouler à l'extrémité inférieure de celui-ci, caractérisé en ce que - ladite glissière a une longueur utile inférieure à la longueur du pieu à réaliser; - ladite tarière comporte une partie inférieure (1) de longueur utile au plus égale à celle de la glissière, constituée d'un fût creux (2) et d'une hélice solidaire dudit fût creux, et une partie supérieure constituée d'un élément intérieur creux (4) et d'au moins un élément extérieur amovible (10) en forme de tarière comportant une discontinuité longitudinale permettant de l'emboîter latéralement sur l'élément intérieur creux de ladite partie supérieure, l'élément intérieur creux de ladite partie supérieure s'étendant dans le prolongement du fût creux de ladite partie inférieure ou étant monté de façon télescopique dans le fût creux de ladite partie inférieure de façon à pouvoir être télescopé dans une position o il s'étend dans le prolongement du fût creux de ladite partie inférieure; - ledit moteur est monté coulissant sur ledit élément intérieur creux de ladite partie supérieure et est verrouillable sur celui-ci dans le cas o l'élément intérieur creux de la partie supérieure s'étend dans le prolongement du fût creux de la partie inférieure, ou est monté fixe sur l'élément intérieur creux de la partie supérieure et est verrouillable soit sur la partie inférieure de la tarière soit sur le fût du tronçon de tarière supérieur dans le cas o l'élément intérieur creux de la partie supérieure est monté de façon télescopique dans le fût creux de la partie inférieure. 2. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément intérieur creux s'étend dans le prolongement du fût creux de la partie inférieure. 3. Un dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément intérieur creux est monté de façon télescopique dans le fût creux de ladite partie inférieure. 4. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un élément additionnel amovible rétablissant la continuité de l'hélice de la tarière à l'endroit de la discontinuité longitudinale de l'élément extérieur en forme de tarière de ladite partie supérieure.