Brevet FR2708949A1 — publié le 19950217

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA RÉALISATION DE FONDATIONS DYNAMIQUES CANTONNÉES DANS LE DOMAINE ÉLASTIQUE DU SOL La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la réalisation de fondations dynamiques cantonnées dans le domaine élastique du sol. Elle peut s'appliquer aussi bien à la confection de massifs pour pylônes électriques ou similaires, qu'à la réalisation de constructions ou d'ouvrages terrestres ou sous-marins de toute nature et de toutes dimensions. Les fondations constituent l'ensemble des parties inférieures d'une construction ou d'un ouvrage cachées dans le sol ou sous l'eau. Elle sont le plus souvent réalisées en béton armé coulé dans des fouilles creusées au préalable. Dans le cas de terrain meuble, le volume de ces fondations doit être très important, ce qui nécessite des fouilles profondes ainsi qu'une grande masse de béton entraînant une élévation sensible du coût de l'ouvrage réalisé. Certaines techniques permettent, en exerçant une contrainte sur le sol, de supprimer les fondations en béton, ou tout au moins de diminuer leur importance. Ainsi, le brevet français NO 2 622 909 fait état d'un procédé et d'un dispositif pour mettre en oeuvre une fondation en créant un massif constitué par le sol lui-même. La technologie développée dans ce brevet se fonde sur un dispositif d'ancrage enfoncé dans le sol par battage relié à la surface par une tige d'acier sur laquelle vient se prendre en surface un boîtier d'arrêt en appui sur un support (en l'occurrence une dalle). Le brevet français NO 1 063 854 décrit un procédé similaire dont le point d'ancrage est réalisé par un forage profond, éventuellement élargi à sa base, au fond duquel est ancrée, par une injection de ciment, la base épanouie d'un tirant. Toutefois, en exerçant une traction sur la tige d'ancrage et en la bloquant en surface, ces procédés ne créent qu'un massif de sol précontraint ou contraint dont le comportement dans le temps reste aléatoire car un sol se relâche s'il n'est pas maintenu en permanence dans son domaine élastique. C'est la raison pour laquelle l'application de ces techniques est limitée à des ouvrages peu important et, à notre connaissance, a été réservée jusqu'ici à la confection de massifs pour pylônes électriques. Les recherches récentes ont prouvé que le sol est un matériau écrouissable. A partir de ces données théoriques et expérimentales, on peut envisager l'amélioration des caractéristiques d'un sol en l'écrouissant. L'écrouissage par des séries de chargements et déchargements successifs du sol permet d'améliorer la compacité de ce dernier tout en maîtrisant son tassement; ce tassement correspond à un état de déformation irréversible du terrain pour une charge donnée. Le domaine de stabilité du sol est donc élargi par les différents seuils d'écrouissage, ainsi les caractéristiques de consolidation s'améliorent en fonction des taux de chargement imposés. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau type de fondation qui tient compte à la fois de l'évolution vers des efforts importants à supporter, et de la difficulté, sinon de l'impossibilité, d'acquérir une reconnaissance géotechnique précise pour chaque ouvrage. Ce nouveau type de fondation est obtenu par la combinaison d'un point d'ancrage profond, d'un écrouissage du sol, et d'un élément élastique disposé entre le sol et la masse supportée. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 est une coupe verticale montrant l'ensemble des éléments constituant le système de fondation revendiqué, les figures 2 et 3 représentent en coupe verticale des variantes d'éléments élastiques, constitués respectivement d'un boîtier à ressorts et d'un boîtier à coquilles d'acier remplies d'élastomère, les figures 4 et 5 montrent deux types de lignent d'ancrage constituées respectivement d'un câble d'acier prolongé par des tiges filetées et de lames d'acier empilées, et la figure 5 représente une écrouisseuse hydraulique. Le système, figures 1 à 6, est constitué d'un point d'ancrage ou butée souterraine 1, d'une ligne d'ancrage 2, d'une dalle 3 d'appui sur le sol 4, d'un boîtier 5 compressible formé d'une partie basse fixe et d'une partie haute fixe et contenant des éléments élastiques 6, 7, et d'une écrouisseuse 8. L'effort de service en surface sur la dalle 3 doit répondre à des contraintes de traction et/ou de compression et de cisaillement en fonction de l'ouvrage 9 installé sur la fondation. Cet effort est obtenu grâce à des butées souterraines 1, à partir desquelles les efforts en surface seront repris. Une butée souterraine peut être réalisée soit à l'aide d'une ancre de fondation (Cf brevet français NO 2 678 010), soit par une patatoide en résine coulée dans une alvéole souterraine créée par forage, soit par une tête de pieu perdue en fond de trou, soit encore par un dispositif à ailettes, ou par tout autre moyen approprié. Ces différents dispositifs sont destinés à mobiliser un cône d'influence 10 dont la capacité de résistance à la traction est équivalente au poids des terres contenues à l'intérieur de ce cône. Les liaisons entre la butée souterraine 1 et la surface se font au moyen de lignes d'ancrages 2 dont une extrémité est solidaire de ladite butée souterraine et l'autre émerge en surface; c'est sur cette seconde extrémité que les dispositifs d'écrouis sage et de blocage élastique viendront se prendre. Pour des efforts inférieurs ou égaux à 600 KN la ligne d'ancrage 2 est composée de câbles 11 d'acier, de tiges filetées 12 également en acier et de manchons 13 de liaisons entre le câble et les tiges d'acier filetées. Pour des efforts supérieurs ou égaux à 1.000 KN la ligne est constituée par des faisceaux de lames d'acier 14 à haute performance (type lames de ressorts) dont les faces sont striées pour obtenir la meilleure adhérence possible, maintenues ensemble au moyen de clips 15. Les faisceaux sont reliés les uns aux autres par des clamps 16 boulonnés. Ces lames sont toutes solidaires de la butée souterraine 1 par une de leurs extrémités et bloquées à l'autre par des systèmes de coins 17 sur la partie mobile du boîtier 5 au cours des séquences d'écrouissage ou de blocage avant mise en service. L'écrouissage du sol se fait à l'aide d'une écrouisseuse 8 (figure 6) constituée d'un bâti spécial équipé de vérins hydrauliques 20 pilotés par une centrale, et d'un manomètre indiquant la pression appliquée à ces vérins. Un ensemble de perforations 21 du bâti et du cadre mobile et de broches 22 permet au cours d'une même opération d'obtenir un déplacement double de celui autorisé par les vérins afin de maintenir le sol constamment en état de contrainte au cours des séquences d'écrouissage. Pour les opérations en mer, l'écrouissage peut se faire à partir d'un moyen de surface équipé d'un engin de levage adapté. L'écrouissage se fait par paliers, la montée à chacun des paliers supérieurs se fait en une minute avec un effort équivalent au dixième de la charge de service imposée à l'ouvrage au cours de sa vie; cet effort peut aller jusqu'au centième de cette charge si le sol au niveau de la butée souterraine s'avère être trop faible. Le temps de séjour au palier est déterminé par la formule empirique suivante Log T/P1 = Kt - T étant le niveau de chargement en daN au palier considéré (indications contrôlées sur le manomètre équipant l'écrouisseuse 8) - PI (en bar) étant la pression limite du sol au niveau de la butée souterraine 1, cette indication est fournie par les données d'une reconnaissance de sol faite au préalable. Si PI est donnée en MPa alors LogT/Pl = 10 Kt - La durée de séjour au palier en minutes est donnée par D=Kt*3 Exemple: Pour un palier à T = 1.000 daN avec Pi = 2 bar on obtient LogT=3, Kt= 3/2 = 1,5 ce qui donne D= 1,5*3= 4,5 mn comme temps de séjour au palier de 1.000 daN L'écrouisseuse est constituée par un bâti rigide 18 à l'intérieur duquel coulisse un cadre mobile 19. Les vérins 20 solidaires du bâti rigide actionnent le cadre mobile sur lequel sont fixées deux poutres horizontales. La distance entre ces deux poutres est équivalente à la course des vérins. Quand les vérins sont arrivés en fin de course, le bâti mobile est bloqué au moyen des broches 22. Le cadre mobile ainsi bloqué maintient le sol dans un état de confinement correspondant au seuil d'écrouissage atteint. Les vérins sont alors désolidarisés du cadre mobile et rabaissés pour être fixés à nouveau sur la partie inférieure de ce cadre toujours au moyen des broches 22. La partie inférieure du cadre mobile est pourvue d'une plaque métallique 23 solidaire percée en son centre d'un orifice au travers duquel la ligne d'ancrage 2 en liaison avec la butée souterraine 1 est fixée. Le boîtier 5 à éléments élastiques est indispensable pour maintenir le sol dans un domaine élastique tout en préservant l'état de confinement de ce sol obtenu par écrouissage. - Dans ce cas des fondations sur lesquelles des cornières reprennent les efforts de service, ce boîtier est solidaire de la cornière. - Dans le cas d'ouvrages de génie civil le boîtier est solidaire de la dalle 3 de surface et l'ouvrage 9 vient prendre appui sur la partie supérieure de ce boîtier. L'élasticité est obtenue soit par des ressorts à boudins 6 soit par des rondelles ressorts correctement disposées pour l'effort donné, soit encore par des élastomères souples correctement confinées à l'intérieur du boîtier, par exemple au moyen de capsules 24 en acier plongées elles-même dans un élastomère plus souple que celui qu'elles contiennent. Le choix du matériau élastique doit être fait en fonction de sa complaisance élastique afin de pouvoir absorber jusqu'à un maximum de 35 millimètres dans un domaine de service, c'est-à-dire qu'au cours de la vie de l'ouvrage des déplacements jusqu'à 35 millimètres peuvent être supportés sans pour autant que le sol ne soit plus confiné dans le domaine des charges de service qui lui sont imposées lors de la réalisation de la fondation. Pour les ouvrages de génie civil, ces déplacements pourront être contrôlés périodiquement grâce à une lucarne 25 ménagée au-dessus du boîtier 5 dans la partie inférieure de l'ouvrage 9, permettant de voir un système de repères 26 solidaires des parties fixe et mobile du boîtier 5. Suite à l'écrouissage, les contraintes normales liées à un chargement et supportables par le sol deviennent plus élevées, et le dispositif élastique permet de maintenir le sol dans l'état de confinement acquis lui conférant un domaine de stabilité élargie. Ainsi, toutes modifications dans le temps, dues à des vibrations, des tassements différentiels, des infiltrations d'eaux pluviales et/ou des sollicitations extrêmes sont absorbées par le dispositif élastique; le sol se trouve donc maintenu dans l'état de confinement lié au seuil d'écrouissage, il réagira ainsi de façon élastique aux diverses sollicitations ou agressions qu'il subira dans le temps. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des procédés similaires. REVENDICATIONS 10. Procédé pour la réalisation de fondations dynamiques cantonées dans le domaine élastique du sol, s'appliquant aussi bien à la confection de massifs pour pylônes qu'à la réalisation d'ouvrages terrestres ou sous-marins de toute nature et de toutes dimensions, caractérisé en ce que l'on crée une butée souterraine (1) profonde, reliée par une ligne d'ancrage (2) à un boîtier (5) compressible contenant des éléments élastiques (6, 7) et disposé entre le sol et l'ouvrage (9) supporté, que l'on effectue, au moyen d'une écrouisseuse (8), un écrouissage du sol par paliers en exerçant sur la ligne d'ancrage une série de tractions déterminées aptes à mobiliser un cône d'influence (10) dont la capacité de résistance à la traction est équivalente au poids des terres contenues à l'intérieur de ce cône, la ligne d'ancrage étant finalement bloquée sur la partie mobile du boîtier par des moyens de blocage appropriés. 20. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que lors de I'écrouissage par paliers, la montée à chacun des paliers supérieurs se fait en une minute avec un effort équivalent ou inférieur au dixième de la charge de service imposée à l'ouvrage au cours de sa vie. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la durée d'un palier d'écrouissage est calculé à l'aide des formules suivantes: Durée d'un palier = Kt*3 avec Kt = Log T/P1 dans lesquelles: - T est le niveau de chargement en daN au palier considéré (contrôlé sur le manomètre équipant l'écrouisseuse (8)), - PI (en bar) est la pression limite du sol au niveau de la butée souterraine I, cette indication est fournie par les données d'une reconnaissance de sol faite au préalable. 40. Dispositif pour la réalisation de fondations dynamiques cantonées dans le domaine élastique du sol selon le procédé des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est constitué d'un point d'ancrage profond ou butée souterraine (1), d'un boîtier (5) compressible contenant des éléments élastiques (6, 7) et formé d'une partie basse fixe reposant sur une dalle (3) prenant appui sur le sol (4) et d'une partie haute mobile, d'une ligne d'ancrage (2) reliant la butée souterraine et ladite partie mobile, et d'une écrouisseuse (8). 50. Dispositif selon la revendication 4, se caractérisant par le fait que pour des efforts inférieurs ou égaux à 600 KN la ligne d'ancrage (2) est constituée de câbles (11) d'acier, de tiges filetées (12) et de manchons (13) de liaisons entre ledit câble et lesdites tiges d'acier filetées. 60. Dispositif selon la revendication 4, se caractérisant par le fait que pour des efforts supérieurs ou égaux à 1000 KN la ligne d'ancrage (2) est constituée de faisceaux de lames d'acier (14) à haute performance dont les faces sont striées, maintenues ensemble au moyen de clips (15), lesdits faisceaux étant reliés les uns aux autres par des clamps (16) et bloquées par des systèmes de coins (17) sur la partie mobile du boîtier (5) au cours des séquences d'écrouissage ou de blocage avant mise en service 70. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, se caractérisant par le fait que les éléments élastiques du boîtier (5) sont constitués de ressorts à boudin (6). 80. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, se caractérisant par le fait que les éléments élastiques du boîtier (5) sont constitués par des élastomères souples confinées à l'intérieur du boîtier au moyen de capsules (24) en acier plongées elles-même dans un élastomère plus souple que celui qu'elles contiennent. 90. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, se caractérisant par le fait que l'écrouisseuse (8) est constituée par un bâti rigide (18) à l'intérieur duquel coulisse un cadre mobile (19) actionné par des vérins (20) solidaires du bâti rigide, la partie inférieure dudit cadre mobile étant pourvue d'une plaque métallique (23) percée en son centre d'un orifice au travers duquel la ligne d'ancrage (2). 100. Dispositif selon la revendication 4, se caractérisant par le fait que l'écrouisseuse (8) est équipée d'un ensemble de perforations (21) du bâti fixe (18) et du cadre mobile (19) et de broches (22) permettant au cours d'une même opération d'obtenir un déplacement double de celui autorisé par les vérins (20) afin de maintenir le sol constamment en état de contrainte au cours des séquences d'écrouissage.