Brevet FR2788289A1 — publié le 20000713

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour constituer un pieu de fondation dans un sol. Les pieux de fondation sont notamment destinés à servir d'appui sur le sol à des ouvrages d'art. L'invention vise à réaliser des pieux robustes, faciles à mettre en oeuvre et peu onéreux. Pour ce faire, elle propose un procédé comprenant les opérations suivantes: - a) utiliser un élément structurel comportant une partie sensiblement tubulaire, laquelle est délimitée par une surface extérieure et une surface intérieure, réserve intérieurement un passage délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, - b) accoupler ledit élément structurel à des moyens de manoeuvre, - c) enfoncer l'élément structurel dans le sol à l'aide desdits moyens de manceuvre et mettre en place le pieu de fondation en béton haute résistance dans le sol, - d) désaccoupler les moyens de manoeuvre et l'élément structurel. L'utilisation de béton de dernière génération, dit à haute résistance (BHR), permet de réduire la section des ouvrages et notamment des fondations profondes telles que les pieux cylindriques, sans réduire les caractéristiques de résistance mécanique. De plus, la résistance mécanique du pieu n'est pas la seule contrainte à satisfaire. Il faut en outre que la force portante exercée par le sol sur le pieu, due au frottement du terrain le long du pieu et à la réaction verticale exercée par le terrain sur le pieu, soit suffisante pour supporter l'ouvrage d'art. Le fait de réaliser un pieu tubulaire permet de réduire notablement la masse de terre à creuser pour mettre en place le pieu et d'augmenter la force portante exercée par le terrain due au frottement entre le pieu et le terrain, par rapport à un pieu plein ayant la même section (horizontale) de béton. Suivant une première variante, l'invention propose que: - l'on réalise le pieu de fondation hors du sol, - lors de l'étape b), on accouple le pieu aux moyens de manoeuvre, de sorte que le pieu joue alors le rôle d'élément structurel et on enfonce, lors de l'étape c), le pieu dans le sol à l'aide desdits moyens de manceuvre jusqu'à sa position désirée. La réalisation du pieu hors du sol engendre un coût de fabrication modéré. La section réduite du pieu facilite son enfoncement dans le sol. Pour optimiser la longueur du pieu, l'invention propose que l'on réalise le pieu de fondation sous forme de tronçons liés entre eux et, que jusqu'à ce que la résistance à l'enfoncement du pieu ait atteint une valeur donnée, on réalise successivement les étapes suivantes: - on accouple un tronçon aux moyens de manoeuvre, - on lie ledit tronçon à ceux précédemment enfoncés dans le sol, s'il yen a, - on enfonce ces tronçons liés les uns aux autres dans le sol, et - on mesure la force portante exercée par le sol sur le pieu. En choisissant pour valeur donnée, le seuil de force portante permettant de supporter l'ouvrage d'art de manière satisfaisante, on réduit la longueur du pieu à ce qui est nécessaire. L'invention propose en outre de réduire le risque de détériorer le pieu lors de son enfoncement dans le sol. Pour ce faire, selon l'invention, on interpose un tube métallique entre les moyens de manoeuvre et le pieu, et on lie le tube métallique d'une part au pieu et d'autre part aux moyens de manoeuvre. Ainsi, le pieu ne subit l'effort d'enfoncement imprimé par les moyens de manoeuvre que par l'intermédiaire du tube métallique, ce qui réduit les contraintes subies par le pieu. Selon une deuxième variante, l'invention propose que lors de l'étape c), on réalise successivement les étapes suivantes: - on creuse une cavité tubulaire par enfoncement de l'élément structurel dans le sol, puis - on relève l'élément structurel, libérant ainsi une partie de ladite cavité tubulaire et on introduit du béton dans ladite partie de la cavité libérée par le relevage de l'élément structurel. La réalisation du pieu in situ assure un meilleur contact entre le pieu et le terrain. Afin de faciliter l'enfoncement de l'élément structurel dans le sol, l'invention propose qu'avantageusement, on lie à l'extrémité inférieure de l'élément structurel, une trousse coupante comprenant des dents biseautées vers l'extérieur destinées à creuser le sol. Cette trousse coupante réduit en outre le risque d'endommager l'élément structurel lors de son enfoncement dans le sol. La forme biseautée des dents évacue la terre vers l'extérieur et facilite l'enfoncement de l'élément structurel. Toujours dans le but de faciliter l'enfoncement de l'élément structurel dans le sol, l'invention propose que: - l'élément structurel présente en saillie, sur une partie au moins de sa surface intérieure et/ou de sa surface extérieure, une nervure en forme d'hélice, et - lors de l'étape c), les moyens de manceuvre impriment à l'élément structurel un mouvement hélicoïdal combinant rotation et enfoncement. La nervure en forme d'hélice permet de prendre appui sur le sol et facilite l'enfoncement de l'élément structurel. En outre, elle améliore la portance du pieu sur le sol. Dans le but d'améliorer encore la portance du pieu sur le sol, l'invention propose qu'avantageusement, on injecte sous pression un coulis de ciment à proximité de l'extrémité inférieure du pieu. Ce coulis de ciment, plus fluide que le béton et injecté de préférence sous plus forte pression va compacter le sol, remplir les éventuels trous qui y sont présents et former un mélange intime avec lui à proximité de l'extrémité inférieure du pieu, ce qui améliorera l'ancrage du pieu dans le sol. L'invention a également pour objet un dispositif. Selon l'invention, le dispositif comprend: - un élément structurel comportant une partie sensiblement tubulaire, laquelle est délimitée par une surface extérieure et une surface intérieure, réserve intérieurement un passage délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, et - des moyens de manoeuvre aptes à exercer un effort sur l'élément structurel pour le déplacer. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à l'invention suivant le plan brisé repéré M-I sur la figure 2, lors d'une première étape, - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant le plan repéré II-II sur la figure 1, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif suivant la flèche repérée III sur la figure 1, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif suivant la flèche repérée IV sur la figure 1, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale conforme à la figure 1 d'une variante de dispositif lors d'une deuxième étape du procédé, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale conforme à la figure 1 d'une autre variante de dispositif, - la figure 7 est une vue en coupe transversale suivant le plan repéré VII-VII sur la figure 6, - la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7. Les figures 1 et 2 illustrent un élément structurel 1 globalement cylindrique comprenant une partie principale 2 tubulaire, une trousse de découpe 4 liée à l'extrémité inférieure 2a de la partie principale 2 et un entonnoir 6 lié à l'extrémité supérieure 2b de la partie principale 2. La partie principale 2 se présente sous la forme d'un caisson tubulaire s'étendant suivant une direction d'allongement 8 entre l'extrémité inférieure 2a et l'extrémité supérieure 2b. Il comprend une paroi extérieure 10 et une paroi intérieure 12, maintenues l'une par rapport à l'autre au moyen de cales de centrage ou entretoises 14 soudées sur l'une desdites parois. Elles réservent entre elles une cavité périphérique 18. Le caisson 2 présente en son centre un passage 16 délimité par la paroi intérieure 12. Il comporte en outre deux tubes d'injection 20a, 20b s'étendant entre les parois extérieure 10 et intérieure 12 et présentant chacun un orifice 22 débouchant dans le passage 16, à proximité de l'extrémité inférieure 2a du caisson. Tel qu'illustré plus en détail aux figures 3 et 4, la trousse coupante 4 déborde légèrement en largeur par rapport au caisson 2 de manière à le protéger et comprend une succession de dents 28 biseautées vers l'extérieur. Entre deux dents successives 28, un volet 24 est disposé à proximité d'une ouverture 30 ménagée à l'extrémité inférieure 2a du caisson 2. Chaque volet 24 pivote autour d'un axe 32 par rapport au caisson entre une position fermée dans laquelle il obture l'ouverture 30 et une position ouverte dans laquelle il laisse cette ouverture libre. Tel qu'illustré à la figure 1, le caisson 2 comprend en outre une rainure extérieure hélicoïdale 34 réalisée en saillie sur la paroi extérieure 10 et une rainure intérieure hélicoïdale 36 réalisée en saillie sur la paroi intérieure 12. Ce caisson 2 est accouplé à des moyens de manoeuvre 38 venant enserrer la paroi extérieure 10. Ces moyens de manceuvre sont aptes à imprimer à l'élément structurel 1 un mouvement de translation, de rotation ou une combinaison de ces mouvements. On peut citer à titre d'exemple une machine commercialisée sous la marque Fundex et la référence F12. Ici, seule une table de rotation a été illustrée. La mise en place d'un pieu s'effectue de la manière suivante: la table de rotation exerce une force verticale sur l'élément structurel 1 de manière à le faire pénétrer dans le sol 40, tout en lui imprimant un mouvement de rotation associé à la translation verticale. Les dents 28 de la trousse 4 creusent une cavité tubulaire 42 dans le sol. La forme des dents, biseautée vers l'extérieur, évacue la terre creusée vers l'extérieur. Les clapets 24 ferment les ouvertures 30. Les rainures extérieure 34 et intérieure 36 en forme d'hélice prennent appui sur le sol et facilitent son creusement. Lorsque la cavité 42 a atteint une profondeur jugée suffisante, on injecte du coulis de ciment sous pression dans les tubes d'injection 20a, 20b, à l'aide d'une pompe 21. Ce coulis de ciment ressort par les orifices 22 à l'extrémité inférieure de cette cavité 42 et forme un bloc d'ancrage 44. Ce bloc de coulis de ciment est destiné à renforcer l'ancrage du pieu dans le sol en consolidant le sol à l'extrémité inférieure de la cavité 42. Le coulis de ciment est dosé à environ 600 kilogrammes de ciment par mètre cube. Ainsi, ce coulis de ciment relativement fluide va venir intimement au contact du sol. Il est envoyé sous une pression généralement comprise entre 3 et 7 MPa en fonction de la consistance du terrain. Ensuite, tel qu'illustré plus précisément à la figure 5, on remplit la cavité périphérique 18 du caisson 2 de béton via l'entonnoir 6. Puis, on remonte l'élément structurel 1 par rotation hélicoïdale en sens inverse de la table de rotation. Ceci libère une partie de la cavité tubulaire 42. Sous la pression du béton, les clapets 24 pivotent et libèrent les ouvertures 24. Le béton coule alors dans la partie de cavité 42 libérée par la remontée de l'élément structurel 1. Au fur et à mesure de la remontée de cet élément structurel, du béton est déversé dans la cavité 42, jusqu'à la remplir complètement. Lorsque l'élément structurel 1 est remonté entièrement hors de la cavité 42, il est alors désaccouplé de la table de rotation 38. Après solidification, le béton disposé dans la cavité 42 définit un pieu de fondation tubulaire 50. Sur la figure 5, la rainure hélicoïdale extérieure 34 du caisson 2 est particulièrement profonde et présente en outre un épaulement 46. Ceci crée un bossage 48 hélicoïdal sur le pieu améliorant la portance du sol. Le béton introduit dans la cavité comprend pour un mètre cube entre 700 et 1000 kilogrammes de ciment, 20 % du poids de ciment en eau, environ 200 kilogrammes de fibres d'environ 20 millimètres de long, le reste étant constitué par de la fumée de silice et du sable comportant des grains de moins de 7 millimètres. Les figures 6 et 7 illustrent une variante pour constituer un pieu dans le sol. Ici, on a préfabriqué hors sol un élément structurel 51 comprenant des tronçons 52a, 52b, 52c de pieu 52 en béton haute résistance et des tronçons 53a, 53b, 53c de tube métallique 53. Les tronçons 52a, 52b, 52c de pieu présentent une forme tubulaire comprenant une surface extérieure 60 et une surface intérieure 62 cylindrique et s'étendent suivant une direction d'allongement 58 entre une extrémité inférieure 55a et une extrémité supérieure 55b. Ils intègrent des conduits d'injection 70a, 70b et une nervure hélicoïdale extérieure 84. Ils présentent à l'une de leur extrémité un tenon périphérique 63 et à l'autre extrémité une mortaise 65 périphérique. Le tronçon 52a disposé à l'extrémité inférieure 55a du pieu 52 intègre une trousse coupante 54 réalisée en béton., et des orifices 72 constituant l'extrémité des conduits d'injection 70a, 70b à proximité de l'extrémité inférieure 55a. Quatre rainures 57a, 57b, 57c, 57d réalisées en creux suivant la direction 58 sur la surface intérieure 62 des tronçons sont destinées à recevoir les quatre nervures 59a, 59b, 59c, 59d réalisées en saillie sur les tronçons 53a, 53b, 53c de tube métallique. Les tronçons 53a, 53b, 53c de tube métallique présentent à leurs extrémités des moyens de clavetage 61a, 61b, 61c destinés à coopérer entre eux. Ils intègrent une nervure hélicoïdale intérieure 86 et définissent un passage intérieur 66. Un premier tronçon 52a de pieu est enfilé sur un premier tronçon 53a de tube métallique sensiblement de même longueur. Le premier tronçon 53a de tube métallique est relié par ses moyens de clavetage 61a à une table tournante 88. Le creusement de la cavité 92 s'effectue comme décrit précédemment, suivant un mouvement hélicoïdal combinant enfoncement et rotation, jusqu'à enfoncement sensiblement complet des premiers tronçons. On relève ensuite la force portante exercée par le sol 90 sur le pieu 52 et si elle est inférieure à un seuil déterminé, on met en place un deuxième tronçon 53b de tube métallique et un deuxième tronçon 52b de pieu. Les tronçons 53a, 53b de tube métallique sont reliés entre eux par les moyens de clavetage. Le tenon 63 de l'un des tronçons coopère avec la mortaise 65 de l'autre afin de les positionner relativement l'un à l'autre. Ils sont fixés par une résine 67 disposée entre eux. On procède ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'une force portante du sol 90 sur le pieu 52 satisfaisante. Le pieu 52 étant alors en place, on peut retirer le tube métallique 53 par arrachage et dévissage suivant la nervure hélicoïdale intérieure 86. Un coulis de ciment tel que décrit précédemment est alors injecté par les conduits 70a, 70b à l'extrémité inférieure 55a du pieu. Avantageusement, le pieu est réalisé dans un béton comprenant pour un mètre cube, entre 700 et 1000 kilogrammes de ciment, entre 15% et % du poids de ciment en eau, entre 150 kilogrammes et 250 kilogrammes de fibres, et de la fumée de silice et du sable, en quantité complémentaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux réalisations qui viennent d'être décrites à titre d'exemple. Ainsi, bien que cela soit moins avantageux, on pourrait prévoir de réaliser un pieu préfabriqué en un seul tronçon, ou de ne pas utiliser de tube métallique 53. On pourrait remplacer les clapets 24 par de simples sabots obturateurs que l'on abandonnerait au fond de la cavité. On pourrait prévoir de détacher la trousse 4 du coffrage 2 et de l'abandonner au fond de la cavité. On pourrait prévoir d'utiliser une pompe à béton ou une pompe à mortier pour déverser le béton. Revendications 1. Procédé pour constituer un pieu (2, 52) de fondation dans un sol (40, 90), comprenant les étapes suivantes: - a) utiliser un élément structurel (1, 51) comportant une partie sensiblement tubulaire, laquelle est délimitée par une surface extérieure (10, ) et une surface intérieure (12, 53), réserve intérieurement un passage (16, 66) délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure (2a, 55a) et une extrémité supérieure (2b, 55b), - b) accoupler ledit élément structurel à des moyens de manoeuvre (38, 88), - c) enfoncer l'élément structurel dans le sol à l'aide desdits moyens de manoeuvre et mettre en place le pieu de fondation en béton haute résistance dans le sol, - d) désaccoupler les moyens de manoeuvre et l'élément structurel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - l'on réalise le pieu (52) de fondation hors du sol, - lors de l'étape b), on accouple le pieu aux moyens de manoeuvre, de sorte que le pieu joue alors le rôle d'élément structurel et on enfonce, lors de l'étape c), le pieu dans le sol à l'aide desdits moyens de manoeuvre jusqu'à sa position désirée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on réalise le pieu de fondation sous forme de tronçons (52a, 52b,52c) liés entre eux et, jusqu'à ce que la résistance à l'enfoncement du pieu ait atteint une valeur donnée, on réalise successivement les étapes suivantes: - on accouple un tronçon aux moyens de manoeuvre, - on lie ledit tronçon à ceux précédemment enfoncés dans le sol, s'il yen a, - on enfonce ces tronçons liés les uns aux autres dans le sol, et - on mesure la force portante exercée par le sol sur le pieu. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que: - on interpose un tube métallique (53) entre les moyens de manceuvre (88) et le pieu (52), et - on lie le tube métallique d'une part au pieu et d'autre part aux moyens de manoeuvre. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'étape c), on réalise successivement les étapes suivantes: - on creuse une cavité tubulaire (42) par enfoncement de l'élément structurel dans le sol, puis on relève l'élément structurel (1), libérant ainsi une partie de ladite cavité tubulaire et on introduit du béton dans ladite partie de la cavité libérée par le relevage de l'élément structurel. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - l'élément structurel est creux, de sorte qu'il réserve une cavité périphérique (18) entre sa surface intérieure et sa surface extérieure, - on introduit du béton dans l'élément structurel par l'extrémité supérieure et on le fait ressortir par l'extrémité inférieure, - le relevage de l'élément structurel et l'introduction de béton dans la partie de la cavité libérée par le relevage de l'élément structurel s'effectuent concomitamment. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on lie à l'extrémité inférieure de l'élément structurel, une trousse coupante (4, 54) comprenant des dents (38) destinées à creuser le sol. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - l'élément structurel présente en saillie sur une partie au moins de sa surface intérieure et/ou de sa surface extérieure une nervure en forme d'hélice (34, 36, 84, 86), et - lors de l'étape c), les moyens de manoeuvre impriment à l'élément structurel un mouvement hélicoïdal combinant rotation et enfoncement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on injecte sous pression un coulis de ciment à proximité de l'extrémité inférieure du pieu (44). 10. Dispositif pour constituer un pieu de fondation (2, 52) dans un sol, caractérisé en ce qu'il comprend: - un élément structurel (1, 51) comportant une partie sensiblement tubulaire (2, 52, 53), laquelle est délimitée par une surface extérieure (10, 60) et une surface intérieure (12, 53), réserve intérieurement un passage (16, 66) délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure (2a, 55a) et une extrémité supérieure (2b, 55b), et - des moyens de manoeuvre (38, 88) aptes à exercer un effort sur l'élément structurel pour le déplacer. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que: l'élément structurel (1) comprend deux tubes concentriques (10,12) reliés entre eux par des centreurs (14), de sorte qu'il réserve une cavité périphérique (18) entre sa surface intérieure et sa surface extérieure, et - l'extrémité inférieure (30) de l'élément structurel est obturable. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément structurel (51) comprend des tronçons tubulaires en béton (52a, 52b, 52c) assemblés les uns aux autres. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément structurel (51) comprend en outre des tronçons tubulaires métalliques (53a, 53b, 53c) fixés les uns aux autres et liés aux tronçons tubulaires en béton. 14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les tronçons tubulaires sont réalisés dans un béton comprenant: - entre 700 et 1000 kilogrammes de ciment par mètre cube, - entre 15% et 25% du poids de ciment en eau, - entre 150 kilogrammes et 250 kilogrammes de fibres par mètre cube, - de la fumée de silice et du sable, en quantité complémentaire pour constituer un mètre cube de béton. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens(20a, 20b, 22; 70a, 70b, 72) pour déverser du béton en partie inférieure de l'élément structurel, - des moyens (21) pour expulser sous pression un coulis de ciment à proximité de l'extrémité inférieure (2a) de l'élément structurel. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'on fixe une trousse coupante (4, 54) comprenant des dents (38) destinées à creuser le sol à une extrémité (2a, 55a) de l'élément structurel. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que l'élément structurel (1, 51) présente en saillie sur une partie au moins de sa surface intérieure et/ou de sa surface extérieure une nervure en forme d'hélice (34, 36, 84, 86).