Brevet FR2657905A1 — publié le 19910809

PIEU TUBULAIRE METALLIQUE EQUIPE D'UN DISPOSITIF PERMETTANT L'INJECTION DE COULIS AU VOISINAGE DE LA PAROI DU PIEU. La présente invention est utilisable notamment dans le domaine des pieux d'ancrage enfoncés dans le sol De tels pieux sont intégrés dans les fondations sur pieux réalisées à terre, en rivière ou en mer. Il est connu d'améliorer la capacité d'ancrage de pieux tubulaires métalliques en scellant, après battage, leurs parois au terrain à l'aide d'un coulis de ciment Ce scellement permet d'augmenter sensiblement le frottement latéral du pieu par rapport au terrain et par voie de conséquence la résistance du pieu aux effets de compression et surtout de traction Pour ce faire, on a déjà proposé des pieux tubulaires métalliques équipés d'un dispositif permettant l'injection de coulis au voisinage de la paroi du tube formant le pieu, du type comportant une conduite d'injection reliée au travers d'une pluralité de valves anti- retour a une pluralité d'orifices d'injection traversant la paroi du tube En particulier, un dispositif décrit dans brevet FR 2 237 475 présente des valves anti-retour montées dans la paroi même du tube du pieu sans véritable protection. L'invention a pour but de proposer un pieu tubulaire métallique équipé d'un dispositif d'injection de conception simple et robuste, susceptible d'être installé sans difficulté particulière aussi bien sur des micro- pieux, des pieux de petit diamètre (par exemple 600 mm) ou des pieux de grand diamètre (par exemple 2 500 mm). Plus particulièrement, l'invention propose un pieu tubulaire métallique équipé d'un dispositif permettant l'injection de coulis au voisinage de la paroi du tube formant le pieu, du type comportant une conduite d'injection tubulaire reliée au travers d'une pluralité de valves anti- retour à une pluralité d'orifices d'injection débouchant au voisinage de la paroi du tube et répartis le long dudit tube, caractérisé en ce qu'au moins une valve anti-retour est montée sur la conduite d'injection à l'intérieur d'une chambre de transfert communiquant avec au moins un desdits orifices d'injection. Il est à remarquer que la disposition selon l'invention des valves anti-retour sur la conduite d'injection elle- même, permet de limiter la dimension des ouvertures pratiquées dans la paroi du tube à celle des orifices d'injection proprement dits et ainsi de ne pas affecter la capacité de résistance du tube Par ailleurs, les valves anti-retour bénéficient d'une protection totale par leur position à l'intérieur des chambres de transfert Enfin le rinçage des valves à l'issue d'une opération d'injection est facilité par la disposition des valves, éliminant ainsi le risque de formation d'un bouchon de ciment à l'entrée des valves anti-retour. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les valves antiretour sont constituées par des manchettes de matériau élastique, par exemple d'élastomère, enfilés sur l'extérieur de la conduite d'injection au regard de perforations convenablement réparties le long de la conduite Avantageusement, le volume interne de la chambre de transfert est garni d'un matériau de remplissage à propriété élastique et/ou susceptible de se fracturer, par exemple de la mousse de polyuréthane ou de la cire. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la chambre de transfert est pourvue d'au moins un orifice d'injection ne traversant pas la paroi du tube. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, la chambre de transfert est délimitée sur au moins un de ses côtés par une portion de la paroi du tube, ladite portion étant pourvue d'au moins un orifice d'injection traversant la paroi du tube Avantageusement la conduite d'injection est partagée en tronçons munis chacun d'une valve anti-retour, lesdites chambres de transfert étant pré-assemblées sur lesdits tronçons avant association finale à la paroi du tube du pieu tubulaire. Selon une première variante d'un pieu tubulaire conforme à l'invention, la chambre de transfert est réalisée à partir d'un élément tubulaire traversé par le tronçon correspondant de la conduite d'injection, ledit élément tubulaire étant soudé à la paroi du tube du pieu autour de l'orifice d'injection traversant ladite paroi, et fermé à son autre extrémité par une plaque d'obturation percée de façon optionnelle d'un autre orifice d'injection. Avantageusement, l'élément tubulaire comporte au moins une ouverture élargie pour permettre le montage du tronçon de conduite d'injection muni de la valve anti-retour, ladite ouverture étant obturée par un manchon de raccordement disposé autour de ladite conduite d'injection De façon optionnelle, le manchon de raccordement présente un filetage intérieur utilisé pour l'assemblage de deux tronçons de la conduite d'injection. Cette première variante est particulièrement bien adaptée aux pieux tubulaires de grand diamètre. Selon une seconde variante d'un pieu tubulaire conforme à l'invention, la chambre de transfert est réalisée à partir d'une tranche cylindrique du tube du pieu, ladite tranche étant d'extension axiale réduite et fermée à ses deux extrémités par deux plaques de tôle circulaires traversées par le tronçon correspondant de la conduite d'injection Avantageusement, le tube du pieu est obtenu par fixation, par exemple par soudage, bout à bout des chambres de transfert avec des éléments tubulaires intermédiaires Cette seconde variante est particulièrement bien adaptée aux pieux tubulaires de petit diamètre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description ci-après qui se réfère aux dessins joints dans lesquels: la figure 1 montre une représentation schématique en coupe axiale longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un pieu tubulaire selon l'invention; la figure 2 montre une représentation partielle agrandie du pieu illustré à la figure 1 et dans laquelle une chambre de transfert est montrée en coupe selon le plan diamétral du pieu tubulaire passant par l'axe YY' de la conduite d'injection; la figure 3 montre une représentation schématique en coupe axiale longitudinale d'un second mode de réalisation d'un pieu tubulaire selon l'invention et; la figure 4 montre une représentation partielle agrandie du pieu illustré à la figure 3 et dans laquelle une chambre de transfert est montrée en coupe axiale. Le pieu tubulaire métallique 10 selon l'invention illustré en coupe longitudinale à la figure 1 comporte un tube 12 d'acier résistant formant la structure même du pieu équipé d'un dispositif 14 monté à l'intérieur du pieu et permettant l'injection de coulis de ciment (la coupe représentée à la figure 1 étant réalisée selon un plan diamétral du tube 12 passant par son axe XX') A titre d'exemple non limitatif, le tube 12, ouvert en pied, présente un grand diamètre (entre 1 et 2 mètres) pour une longueur supérieure à 30 mètres Le tube 12 est percé le long d'une génératrice de plusieurs orifices d'injection 16 traversant ainsi la paroi du tube et destinés à permettre l'écoulement de coulis de ciment au voisinage de la face externe de la paroi du tube 12 Ces orifices 16 sont régulièrement répartis le long du tube selon un espacement de plusieurs mètres (en général entre 3 et 5 mètres) adapté aux caractéristiques du scellement de pieu recherché Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, une variante non représentée du pieu illustré à la figure 1, présente plusieurs (par exemple 2, 3 ou 4) dispositifs d'injection analogues au dispositif 14, répartis régulièrement sur le pourtour interne de la section circulaire du tube prise perpendiculairement à l'axe longitudinal de ce dernier. Le dispositif d'injection 14 comprend une conduite d'injection 17 réalisée à partir d'un tube métallique d'un diamètre de l'ordre de 60 mm et sur laquelle sont montées des valves anti-retour 18 destinées à empêcher le reflux de coulis de ciment dans la conduite 17 Chaque valve anti-retour est disposée à l'intérieur d'une chambre de transfert 20 communiquant directement avec un des orifices d'injection 16 traversant la paroi L'extrémité inférieure, si l'on considère la figure 1, de la conduite 17 fermée par un bouchon 22 est protégée, en particulier lors du battage du pieu, par un bouclier en tôle forte 23 à tête conique, soudé au tube 12 Il est à remarquer que la situation des valves anti-retour sur la conduite d'injection elle-même permet de réduire le diamètre des orifices d'injection 16 percés au travers de la paroi du tube 12 au strict nécessaire pour l'injection Cette caractéristique est avantageuse au niveau de la résistance mécanique du tube équipé. Dans des variantes non représentées du pieu selon l'invention, la conduite d'injection équipée des chambres de transfert est montée à l'extérieur du pieu, les chambres de transfert étant pourvues d'orifices ne traversant pas la paroi du tube (le coulis est injecté sur la face extérieure de la paroi du tube) et/ou d'orifices traversant la paroi du tube (le coulis est injecté sur la face intérieure du tube). La vue partielle agrandie, illustrée à la figure 2, d'une portion du tube 12 associée à une chambre de transfert 20, permet d'apprécier les détails de réalisation et de montage des divers éléments constitutifs du dispositif d'injection 14 Plus particulièrement, la coupe illustrée figure 2 est réalisée selon le plan diamétral commun entre le tube 12 (selon l'axe XX') et la conduite 17 (selon l'axe YY'). Comme illustré à la figure 2, la conduite d'injection 17 est réalisée par une pluralité de tronçons 24, 26 portant chacun une valve anti-retour 18 constituée par un manchette de matière élastomère telle que du caoutchouc, enfilée à l'extérieur de la conduite 17 pour recouvrir une ou plusieurs perforations 28 pratiquées dans la conduite 17 sensiblement au droit de l'orifice d'injection 16. Comme illustré sur la figure 2, l'orifice 16 est évasé vers l'extérieur du tube 12 Autour de la valve 18, et en regard de l'orifice 16, est fixée à la paroi du tube 12 la chambre de transfert 20 réalisée en éléments de tôle soudés Plus précisément, l'enveloppe de la chambre de transfert 20 est constituée par un élément tubulaire 30, disposé perpendiculairement à l'axe YY' et fermé par une plaque 32 soudée en 33 L'élément tubulaire 30, de section carrée, rectangulaire ou circulaire, est traversé de part en part par le tronçon 24 et présente, à sa partie inférieure, une ouverture élargie 34 permettant le montage du tronçon 24 équipé de la valve anti-retour 18. L'ouverture élargie 34 est fermée par un manchon de raccordement 36 soudé en 35 à l'élément tubulaire 30 Le manchon 36 est pourvu d'un filetage interne susceptible de recevoir d'une part l'extrémité filetée du tronçon 24, d'autre part l'extrémité filetée du tronçon suivant 26 pour réaliser l'assemblage des deux tronçons de la conduite 17 La partie supérieure de l'élément tubulaire 30 est soudée en 37 au tronçon 24, tandis que l'extrémité de ce même manchon 30 située en regard de l'orifice 16 est soudée en 39 sur la paroi interne du tube 12 autour de cet orifice 16 On peut remarquer que toutes les soudures sont effectuées, sans difficulté particulière, de l'extérieur de la chambre de transfert D'une façon pratique, il est procédé dans un premier temps au préassemblage des chambres de transfert et à leur montage sur la conduite 17, puis au soudage des manchons tubulaires 30 sur la paroi du tube 12 au droit des orifices 16 préalablement percés. Par ailleurs, l'intérieur de la chambre est garni d'un matériau de remplissage 40 à propriété élastique et/ou susceptible de se fracturer, tel que la mousse de polyuréthane expensible ou de la cire Ce garnissage interdit l'entrée de terre dans la chambre de transfert 20 pendant et après le battage du pieu Ce garnissage 40 compressible (ou fracturable) est susceptible, lors de l'injection de coulis de ciment sous pression, de se contracter (ou se fracturer) pour permettre, d'une part à la manchette 18 de se dégager de la paroi du tube 24, d'autre part au coulis de s'écouler vers l'orifice 16, tout en évitant la formation d'un bouchon de coulis après l'injection soit par reprise de son volume initial dans le cas d'un garnissage compressible, soit par les dimensions réduites du passage offert au coulis dans le cas d'un garnissage fracturable Il est ainsi possible de recommencer l'opération d'injection au travers de l'orifice considéré, si besoin est De plus, en cas de la formation imprévue d'une pellicule résistante de coulis, le volume interne de la chambre de transfert est suffisamment grand pour permettre au coulis, lors d'une nouvelle injection, de se frayer un autre passage dans le matériau de garnissage vers l'orifice d'injection correspondant. La mise en place dans le sol du pieu selon l'invention est réalisée classiquement par foncage du tube 12, par exemple par battage ou vibro-fonçage L'injection de coulis est ensuite réalisée à l'aide d'une ligne d'injection de coulis (non représentée) équipée de deux obturateurs, par exemple de type gonflable, et descendue dans la conduite 17 de façon à mettre sous pression une portion de la conduite 17 chevauchant la valve anti-retour 18 en communication avec un orifice 16 déterminé La mise en pression de cette portion permet l'écoulement du coulis par la ou les perforations 28, la valve 18 et l'orifice 16 pour réaliser le scellement de la paroi externe du tube 12 et améliorer le frottement latéral de ce dernier par rapport au terrain environnant De façon classique, l'injection de coulis est effectuée à partir du pied du pieu, par le premier orifice, puis en remontant progressivement orifice par orifice Pendant toute l'opération, la pression d'injection et le volume de coulis injecté sont contrôlés par tous moyens connus A la fin, la ligne d'injection est retirée et la conduite nettoyée à l'eau Il est à noter à ce sujet que le rincage à l'eau se fait sans difficulté dans les dispositifs selon l'invention en l'absence de branchements particuliers entre les valves anti-retour et la conduite d'injection (ces branchements sont en général difficilement accessible au courant d'eau de rincage et propices à la formation de bouchons de coulis). De façon optionnelle, la plaque 32 est perçée d'un orifice d'injection 41 permettant l'injection de coulis le long de la face interne de la paroi du tube 12 afin d'améliorer le frottement latéral du pieu sur le bouchon de terrain intérieur au tube Ainsi donc, l'invention propose entre autres un dispositif d'injection simple qui permet à partir d'une seule valve anti-retour d'injecter simultanément sur les faces externe et interne de la paroi du tube 12. Il est à noter que la mise en oeuvre de l'invention permet, sans difficulté, de pratiquer des injections successives à un même niveau de terrain (l'orifice 16 correspondant restant toujours librement accessible) et même de modifier les types de coulis utilisés (par exemple avec l'utilisation de coulis chimiques et de gels de silice ou d'agents de consolidation synthétiques, notamment de résines). Dans le second mode de réalisation d'un pieu tubulaire métallique 50 selon l'invention illustré schématiquement en coupe longitudinale à la figure 3, le tube d'acier résistant 52, formant la structure même du pieu, est réalisé par l'assemblage bout à bout, selon l'axe ZZ' du tube, des chambres de transfert 54 ( 54 a à 54 d) avec des éléments intermédiaires tubulaires 56 ( 56 a à 56 d) d'une longueur comprise entre 3 et 5 mètres. Pour ne pas surcharger la numérotation, certains éléments illustrés sur la figure 3 de façon multiple, par exemple les chambres de transfert, ont été indexés de "a" à 'Id"' a partir du pied du tube 52 Cette indexation ne sera toutefois utilisée qu'en cas de besoin dans la suite de la description. Le tube 52 peut être de façon optionnelle fermé en pied par un sabot 58 La conduite d'injection 60, elle-même constituée de tronçons 62 ( 62 a à 62 c) assemblés par des raccords filetés ( 64 a à 64 c), est disposée coaxialement par rapport au tube 52 La conduite d'injection 60 est fermée en pied par un bouchon 66, une distance suffisante étant ménagée entre le bouchon 66 et la première chambre de transfert 54 a pour permettre la descente complète dans la conduite 60 de l'obturateur inférieur de la ligne d'injection (non représentée) Par ailleurs, chaque chambre de transfert contient une valve anti-retour 68 ( 68 a à 68 d) montée sur la conduite d'injection 60. Comme illustré à la figure 4, un tronçon 62 de la conduite porte la manchette de caoutchouc 68 constituant la valve anti-retour enfilée sur l'extérieur de ce tronçon 62 La manchette 68 recouvre une ou plusieurs perforations pratiquées dans le tronçon 62 au droit d'orifices d'injection 72 traversant la paroi du tube 52 et disposées de façon symétrique par rapport à l'axe ZZ' (dans le cas présent, les deux orifices 72 sont diamétralement opposés). La chambre de transfert 54 est réalisée en tôles soudées à partir d'une tranche cylindrique 74 de la paroi du tube 52 La tranche 74 d'extension axiale limitée (de l'ordre de quelques décimètres) est fermée (après mise en place de la manchette 68) par deux plaques de tôle circulaires 76 et 78 soudées en 80 et 82 à leurs périphéries, comme illustrées sur la figure 4 Les plaques 76 et 78, pourvues d'ouvertures centrales, sont traversées par le tronçon 62 et soudées sur celui-ci en 84 et 86 Enfin, les plaques 76 et 78 sont soudées à leurs périphéries aux deux éléments tubulaires adjacents 56 (par exemple 56 a et 56 b) en 88 et comme illustrées sur la figure 4 Par ailleurs, le volume intérieur de la chambre 54 est garni d'un matériau de remplissage 92 à propriété élastique et /ou susceptible de se fracturer tel que la mousse de polyuréthane expensible ou de la cire. il Il est à noter que les éléments tubulaires 56 et les tranches 74 présentent des dimensions identiques en diamètre et en épaisseur et sont obtenues à partir de la même nuance d'acier pour garantir des caractéristiques de résistance sensiblement identiques tout le long du tube 52 formant la structure du pieu. L'assemblage du pieu 50 est réalisé de la façon suivante. Dans un premier temps, on équipe chaque tronçon 62 d'une manchette de caoutchouc 68 et d'une chambre de transfert 54 Après avoir fermé, par le bouchon 66, le premier tronçon 62 a ainsi équipé, on réalise la soudure de la plaque de fond de la chambre 54 a avec un premier élément tubulaire 56 a, lui-même fermé par le sabot 58 Le raccord fileté 64 a est ensuite monté sur l'extrémité libre du tronçon 62 a Puis on réalise la soudure de l'autre plaque de fond de la chambre 54 a avec l'élément tubulaire 56 b. L'opération est répétée par séquences identiques pour les autres éléments constitutifs du tube suivant un ordre de montage repéré sur la figure 3 par l'indexation a,b,c,d, chaque nouvelle séquence débutant par le vissage du nouveau tronçon de conduite 62 sur le raccord 64 déjà monté sur le précédent tronçon. Il est à noter que le pieu équipé illustré aux figures 3 et 4 est de structure simple et robuste ne présentant pas de difficulté particulière lors de son assemblage Par ailleurs, une même chambre de transfert est capable d'alimenter, à partir d'une valve anti-retour unique, plusieurs orifices situés à un niveau déterminé du pieu et répartis sur son pourtour. La mise en place et le scellement du pieu 50 est réalisée de façon analogue à celle déjà décrite pour le pieu 10 et ne sera pas décrite à nouveau en détail Selon le type de casque de battage utilisé pour foncer le pieu, il peut être nécessaire de raccourcir légèrement le dernier tronçon (tronçon supérieur) de la conduite d'injection par rapport au dernier élément tubulaire. L'invention n'est pas limitée aux valves anti-retour de type à manchettes de caoutchouc, mais inclut également l'utilisation tout autre type de valves anti-retour localisées sur la conduite d'injection (non représentées), par exemple des valves constituées par des colliers fendus montés sur l'extérieur de la conduite au droit des perforations permettant le passage du coulis, ou des valves constituées par des fentes à lèvres déformables pratiquées au travers de la paroi de la conduite d'injection. REVENDICATIONS. 1 Pieu tubulaire métallique équipé d'un dispositif permettant l'injection de coulis au voisinage de la paroi du tube ( 12, 52) formant le pieu, du type comportant une conduite d'injection tubulaire ( 17, 60) reliée au travers d'une pluralité de valves anti-retour ( 18, 68) à une pluralité d'orifices ( 16, 41, 72) d'injection débouchant au voisinage de la paroi du tube et répartis le long dudit tube, caractérisé en ce qu'au moins une valve anti-retour ( 18, 68) est montée sur la conduite d'injection ( 17, 60) à l'intérieur d'une chambre de transfert ( 20, 54) communiquant avec au moins un desdits orifices d'injection ( 16, 41, 72). 2 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valves anti-retour sont constituées par des manchettes ( 18, 68) de matériau élastique, par exemple d'élastomère, enfilées sur l'extérieur de la conduite d'injection ( 17, 60) au regard de perforations ( 28, 70) convenablement réparties le long de ladite conduite d'injection. 3 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valves anti-retour sont constituées par des colliers fendus montés sur l'extérieur de la conduite d'injection ( 17, 60) au regard de perforations ( 28, 70) convenablement réparties le long de ladite conduite d'injection. 4 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valves anti-retour sont constituées par des fentes à lèvres déformables pratiquées au travers de la paroi de la conduite d'injection. Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume interne de la chambre de transfert ( 20, 54) est garni d'un matériau ( 40, 92) de remplissage à propriété élastique et/ou susceptible de se fracturer, par exemple de la mousse de polyuréthane ou de la cire. 6 Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites chambres de transfert ( 20, 54) sont réalisées en éléments de tôle, par exemple tubes et/ou plaques soudées. 7 Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la chambre de transfert ( 20) est pourvue d'au moins un orifice d'injection ( 41) ne traversant pas la paroi du tube ( 12). 8 Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de transfert ( 20, 54) est délimitée sur au moins un de ses côtés par une portion de la paroi du tube ( 12, 74), ladite portion ( 12, 74) étant pourvue d'au moins un orifice d'injection ( 16, 72) traversant la paroi du tube. 9 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la conduite d'injection ( 17, 62) est partagée en tronçons ( 24-26, 62 a/b/c/d) munis chacun d'une valve anti-retour ( 18, 68), lesdites chambres de transfert ( 20, 54) étant pré-assemblées sur lesdits tronçons ( 24-26, 62 a/b/c/d) avant association finale à la paroi du tube ( 12, 52) du pieu tubulaire. Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la chambre de transfert ( 20) est réalisée à partir d'un élément tubulaire ( 30) traversé par le tronçon ( 24) correspondant de la conduite d'injection ( 17), ledit élément tubulaire ( 30) étant soudé à une extrémité à la paroi du tube ( 12) du pieu autour de l'orifice d'injection ( 16) traversant ladite paroi du tube ( 12) et fermé à son autre extrémité par une plaque d'obturation ( 32), ladite plaque ( 32) étant de façon optionnelle percée d'un autre orifice d'injection ( 41). 11 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément tubulaire ( 30) comporte au moins une ouverture élargie ( 34) pour permettre le montage du tronçon ( 24) de conduite d'injection muni de la valve anti-retour ( 18), ladite ouverture ( 34) étant obturée par un manchon de raccordement ( 36) disposé autour de ladite conduite d'injection. 12 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le manchon de raccordement ( 36) présente un filetage intérieur utilisé pour l'assemblage de deux tronçons ( 24, 26) de la conduite d'injection. 13 Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de transfert ( 54) est réalisée à partir d'une tranche cylindrique ( 74) du tube ( 52) du pieu, ladite tranche ( 74) étant d'extension axiale réduite et fermée à ses deux extrémités par deux plaques ( 76, 78) de tôle circulaires traversées par le tronçon ( 62) correspondant de la conduite d'injection ( 60). 14 Pieu tubulaire métallique selon la revendication 13, caractérisé en ce que le tube ( 52) du pieu est obtenu par la fixation, par exemple par soudage, bout à bout des chambres de transfert ( 54 a/b/c/d) avec des éléments tubulaires intermédiaires ( 56 a/b/c/d). Pieu tubulaire métallique selon l'une des revendications précédentes, foncé et scellé dans le sol par injection d'un coulis de ciment au voisinage de la paroi du tube formant ledit pieu.