Brevet FR2849878A1 — publié le 20040716

Micropieu injectable vissé autoforant L'invention se rapporte au domaine technique des pieux de fondation. Le terme " fondation " désigne l'ensemble des ouvrages enterrés qui composent le socle et l'assise stable d'une construction et repartissent les 5 charges de cette construction sur le sol naturel ou reportent ces charges sur le sol dur d'assise. En fonction du rapport H/B o B est la largeur de la fondation et H la profondeur d'assise, on distingue: - les fondations superficielles, pour lesquelles H/B est inférieur à 6, par 10 exemple pour les semelles et les radiers; - les fondations profondes, pour lesquelles H/B est supérieur à 6, par exemple pour les barrettes, les puits et les pieux. Les pieux peuvent être classés suivant quatre critères - la nature du matériau constitutif: bois, alliage métallique, béton 15 notamment; - le mode d'introduction dans le sol: battage, forage, fonçage, vibrofonçage, vissage par exemple; - le mode de transmission de charge: pieu colonne ne transmettant les charges que par effet de pointe, pieu flottant ne transmettant les 20 charges que par frottement latéral; - la taille des pieux: selon le DTU, un micropieu présente un diamètre inférieur à 250 mm. Les pieux battus sont le plus souvent en acier (profil H à âme renforcée ou palpieu) ou bien en béton préfabriqué et sont mis en place par battage avec 25 refoulement du sol. En variante, le pieu battu est de type - battu enrobé: le pieu est un tube métallique muni d'un sabot débordant, un mortier injecté par l'intérieur du tube, pendant le battage, venant enrober le pieu en remplissant le vide créé par le débord du sabot; - à tube battu le pieu est réalisé à l'aide d'un tube métallique muni d'un bouchon en béton, battu dans le sol, puis rempli de béton ferme pilonné (pieu battu pilonné) ou de béton liquide (pieu battu moulé). Les pieux foncés peuvent être en béton armé, préfabriqué, ou coffré à 5 l'avancement, ou bien encore en acier (profil H à âme renforcée ou palpieu) et sont mis en place avec refoulement du sol. Les pieux forés sont réalisés en béton armé coulé en place dans un forage. Lorsque la cohésion du terrain le permet, le forage est effectué sans protection (pieu foré simple). Dans les autres cas, un tube métallique protège le forage (pieu foré tubé) ou une boue de forage est injectée (pieu foré à la boue). Le forage est réalisé par tarière ou roto percussion. En variante, le pieu foré est de type - moulé foré: le pieu en béton armé est coulé en place dans un forage 15 réalisé à l'aide d'un outil travaillant par rotation; - foré vissé moulé: le pieu est réalisé à l'aide d'un outil à vis, enfoncé par rotation, muni d'un bouchon en fonte qui est perdu et d'un tube permettant le bétonnage au fur et à mesure que l'on retire l'outil. Les pieux battus ou forés peuvent être de type injecté haute pression, un 20 système d'injection composé de tubes à manchettes permettant l'injection d'un coulis de scellement dans le sol. On connaît également, dans l'art antérieur - des pieux moulés tubés: pieux en béton armé coulés en place dans un tube coffrant foncé dans le sol; des pieux à vis: pieux préfabriqués munis d'un sabot fileté et enfoncés par rotation. L'invention concerne plus particulièrement les micropieux de fondation. On désigne conventionnellement par les termes micropieux ou pieu-racine, des pieux de section modeste, typiquement de diamètre inférieur à 250 mm, mis en 30 place avec des outillages de dimensions réduites, légers et maniables, en particulier pour la reprise en sous oeuvre. Du fait de leur faible diamètre, les micropieux ne travaillent pas en pointe, leur portance dépendant essentiellement du frottement latéral. Les micropieux conventionnels sont de quatre types différents: - type I: pieu foré tubé. Le forage est équipé ou non d'armatures et 5 rempli d'un mortier de ciment au moyen d'un tube plongeur. Le tubage est récupéré en l'obturant en tête et en le mettant sous pression au dessus du mortier; type II: pieu foré avec injection gravitaire sans pression. Le forage est équipé d'une armature et rempli d'un coulis ou de mortier de scellement, 10 par gravité ou sous une très faible pression, au moyen d'un tube plongeur. Lorsque la nature du sol le permet, le forage peut être remplacé par le lançage, le battage ou le fonçage; - type III: pieu foré avec injection globale unitaire sous pression IGU. Le forage est équipé d'armatures et d'un système d'injection qui est un tube 15 à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. Si l'armature est un tube métallique, ce tube peut être équipé de manchettes et tenir lieu de système d'injection. Cette injection est réalisée en tête, de manière globale et unitaire, à une pression supérieure ou égale à 1 MPa. Lorsque la nature du sol le permet, le forage peut être remplacé par le lançage, 20 le battage ou le fonçage; - type IV: pieu foré avec injection répétitive et sélective sous pression IRS. Le forage est équipé d'armatures et d'un système d'injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. Si l'armature est un tube métallique, ce tube peut être équipé de manchettes et tenir 25 lieu de système d'injection. Cette injection est réalisée à l'obturateur simple ou double d'un coulis ou mortier de scellement à une pression d'injection supérieure ou égale à 1 MPa. Les micropieux sont utilisés pour: - stabiliser les fondations existantes qui tassent, par exemple sur des 30 pavillons individuels après sécheresse des sols, inondations ou malfaçons; - renforcer ces fondations existantes qui doivent reprendre des charges supplémentaires; - supporter des charges de structure sur des sites o les accès sont exigus (réhabilitation); réaliser des fondations dans des terrains durs, traverser d'anciennes maçonneries sans trépanage ni vibrations excessives entrainant des endommagements pour les ouvrages existants. Les micropieux sont conventionnellement liaisonnés à l'ouvrage soit par scellement au mortier antiretrait, dans les fondations existantes, soit par une 10 platine de répartition encastrée dans un chevêtre en béton armé. Les micropieux forés sont assez couramment utilisés pour les reprises en sous-oeuvre dans un espace réduit, dans le cas d'habitats individuels notamment. Les micropieux sont également employés en groupe (ensemble de micropieux verticaux) ou en réseaux (ensemble de micropieux verticaux et 15 inclinés) pour le renforcement des sols. Le document EP-0.954.645, au nom de Target Fixings, décrit un pieu comportant une pluralité d'ailettes externes hélicodales, pratiquement le long de la totalité de la longueur du pieu, ce pieu ayant un diamètre extérieur d'au moins 25 mm, au moins une des ailettes ayant une section transversale 20 cunéiforme. Après réalisation d'un pré-trou, le pieu est mis en place par battage au marteau hydraulique ou pneumatique, les ailettes du pieu provoquant sa rotation dans le sol, lors du battage. Aucune injection de liant n'est effectuée ou possible lors de la mise en place du pieu décrit dans le document EP-0.954.645, ce pieu étant massif, par exemple moulé, ou bien encore creux mais fermé et 25 rempli d'un matériau tel que résine, ou matériau polymère, avant mise en place dans le sol. La demanderesse a constaté que les pieux décrits dans le document EP0.954. 645 ne permettaient pas d'atteindre des résistances à 'l'arrachement nécessaires dans certaines applications. Le document US-226.664, datant de plus de 100 ans, décrit un pieu pourvu d'un manchon à saillie hélicodale, ce manchon ne comportant qu'une seule saillie en hélice, le pieu en métal ou en bois ne paraissant pas destiné à supporter des charges élevées. Le document US-2.232.990 de 1943, décrit un pieu de fondation de section en Y et de diamètre extérieur de l'ordre de 13 pouces par exemple (soit 5 environ 330 mm), ce pieu comprenant deux ailettes hélicodales. Le pieu décrit dans le document US-2.232.990, pratiquement dépourvu de partie centrale axiale massive, s'avère extrêmement sensible au flambage. Le document US-4.650.372 décrit un pieu de fondation comprenant une pluralité d'ailettes externes hélicodales s'étendant pratiquement le long de la 10 totalité de la longueur du pieu, ce pieu ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 20 cm. Le pieu est formé par soudage de bandes d'acier d'un centimètre d'épaisseur et cinq de large sur un tube en acier fermé en partie extrême inférieur par un tronc de cône, facilitant la pénétration dans le sol par battage. Cette structure de pieu, extrêmement proche sinon identique à celle décrite 15 dans le document EP-0.954.645 présente les mêmes inconvénients. Le document US-4.911.581 décrit un pieu en béton pourvu d'une seule saillie externe hélicodale de section transversale cunéiforme, le diamètre externe de ce pieu pouvant être déduit de la figure 1 de ce document antérieur et de la mention des longueurs de 10 à 20 mètres précisées en colonne 5, ligne 20 31. Le document EP-0.311.363 décrit un pieu en acier creux pourvu d'une saillie externe hélicoidale d'une hauteur de l'ordre de 20 mm, la section transversale de cette saillie n'étant pas cunéiforme. Le document EP-0.574.057 décrit un tube creux introduit par vissage 25 dans le sol, ce tube étant pourvu d'une bande hélicodale unique dont la section transversale n'est pas décrite, les diamètres externes du pieu n'étant pas d'avantage précisés. On peut se reporter également aux documents SU-1.035.133; EP-0.246.589; EP-0.574.057; FR-718.309; FR-843.499; FR-1.027.187; FR-1.050.555; FR-1. 177.711; FR-2.468.696; FR-2.600.686; US-6.012.874; L'invention vise à fournir une nouvelle structure de micropieux permettant d'assurer des résistances à l'arrachement, en compression et au flambement plus élevées que les micropieux connus antérieurement, sans pour autant compliquer la mise en place ou augmenter le cot de manière prohibitive. L'invention concerne plus spécialement une nouvelle structure de micropieux de fondation, refoulant le sol à sa mise en place, le micropieu étant de type vissé autoforant et injectable. A cette fin, l'invention se rapporte, selon un premier aspect, à un 10 micropieu comprenant une âme axiale et au moins une saillie sensiblement hélicodale, cette âme étant pourvue d'un puit d'injection et d'au moins un canal débouchant d'une part sur la surface externe du micropieu et dans le puit d'injection d'autre part. Dans diverses réalisations, le micropieu présente les caractères suivants, 15 le cas échéant combinés: - il comprend plusieurs canaux reliant le puit d'injection à la surface externe du micropieu, ces canaux étant sensiblement radiaux; - sa partie extrême inférieure est pourvue d'au moins un conduit reliant le puit d'injection à la surface externe du micropieu, ce conduit étant d'une 20 section sensiblement plus grande que celle desdits canaux; - il est pourvu d'une partie extrême inférieure conique dans laquelle s'étend ledit conduit; - la partie extrême inférieure conique est rapportée sur un tronçon de micropieu; - la partie extrême inférieure conique est rapportée par vissage, au moyen d'un manchon fileté d'assemblage, le filetage de ce manchon étant complémentaire d'un filetage interne disposé dans le puit d'injection du tronçon de micropieu supportant la partie extrême inférieure conique; - il comprend au moins deux tronçons aptes et configurés pour être 30 assemblés l'un à l'autre à l'aide d'un manchon rapporté; -7-. - ledit manchon rapporté est pourvu d'un filetage externe complémentaire des filetages internes ménagés dans les puits d'injection des tronçons assemblables; - les canaux radiaux sont disposés sur trois branches équidistantes, en Y 5 lorsque le pieu est vu en coupe transversale, et débouchent entre les saillies sensiblement hélicodales; - il comprend trois saillies sensiblement hélicodales; - les saillies sont sensiblement identiques et équidistantes; - les saillies sont de section transversale cunéiforme. D'autres objets et avantage de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être effectuée à la lumière des figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 est une vue latérale partielle d'un segment de longueur de pieu selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon le plan II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale partielle d'un mode de réalisation d'un assemblage de deux tronçons successifs de pieux; - la figure 4 est une vue latérale partielle de la partie extrême inférieure 20 d'un pieu selon l'invention, représenté en stade d'éjection de coulis dans un substrat. On se reporte tout d'abord à la figure 1. Le micropieu 1 représenté sur une partie de sa longueur en figure 1 est à hélice et comprend trois ailettes 2, 3, 4 en saillie radiale par rapport à l'âme du 25 micropieu. Dans la réalisation représentée, ces ailettes 2, 3, 4 sont sensiblement identiques et équidistantes. Dans d'autres modes de réalisation, non représentés, les ailettes sont de section transversale différentes; par exemple cunéiforme pour une des ailettes et à bord extrême épais pour les deux autres 30 ailettes. Dans certains modes de réalisation, non représentés, les pas des hélices le long desquelles s'étendent les ailettes 2, 3, 4 sont variables, par exemple plus petits en partie extrême inférieure du micropieu 1. Les ailettes 2, 3, 4 forment un angle a de l'ordre de 15 par rapport à un 5 plan transversal T, la valeur de cet angle assurant une portance élevée pour le micropieu 1, dans des sols meubles. A titre indicatif, le micropieu 1 présentera un diamètre extérieur de l'ordre de 80 mm et une âme centrale de diamètre de l'ordre de 20 mm. Le micropieu 1 est à âme centrale creuse, c'est à dire pourvue 10 - d'un conduit axial 5 dénommé par la suite puit d'injection; - de conduits radiaux 6 débouchant d'une part dans le puit d'injection 5 et, d'autre part, à la surface externe du micropieu, entre les ailettes 2, 3, 4. A titre indicatif, le puit d'injection aura un diamètre de l'ordre de 10 mm, et les conduits radiaux auront un diamètre de l'ordre de 6 mm, pour les 15 dimensions de micropieu mentionnées auparavant. Dans la réalisation représentée, les conduits radiaux sont sensiblement transversaux et disposés équidistants en trois branches, en Y, dans chaque creu bordé par deux ailettes contiguÙs. Dans d'autres réalisations, non représentées, au moins une partie des 20 conduits radiaux sont disposés suivant un diamètre transversal à l'âme du micropieu, définissant ainsi des paires de canaux débouchant à l'opposé les uns des autres. Le puit central 5 est pourvu, à chacune des deux extrémités d'un tronçon de micropieu, d'un filetage interne 7 dont la fonction va être exposée 25 maintenant en référence à la figure 3. Les tronçons 8, 9 du micropieu, par exemple d'une longueur L de l'ordre d'un mètre sont aptes et configurés pour être assemblés les uns aux autres à l'aide d'un manchon ou d'un axe creux 10 pourvu d'un filetage externe il complémentaire au filetage interne 7 des puits d'injection 5 des tronçons 8, 9 à 30 assembler. Le manchon 10 étant creux, les puits d'injection 5 des tronçons 8, 9 assemblés sont en communication l'un avec l'autre. Les manchons 10 sont par exemple réalisés en acier inoxydable filetés sur toute leur longueur. Les parties extrêmes des tronçons 8, 9 sont pourvues de bords plats transversaux 12, 13 venant en appui après assemblage des tronçons. Toutefois, afin de faciliter la pénétration et le centrage dans le sol, la partie extrême inférieure du premier tronçon introduit dans le sol est pourvue d'un cône 14 par exemple assemblé à l'aide d'un manchon 10 du même type 10 que décrit précédemment. En variante, le cône 14 est pourvu d'une saillie axiale à filetage externe complémentaire du filetage interne du puit central 5 du tronçon extrême inférieur de micropieu. Le procédé de mise en place du micropieu va maintenant être décrit. Dans une première étape, une pièce formant foret est foncée dans le sol 15 pour définir un avant-trou, aucun matériau n'étant retiré en terrain meuble. Dans une deuxième étape, un premier tronçon de micropieu est placé dans l'avant-trou, ce premier tronçon étant avantageusement pourvu d'un cône 14 tel que décrit auparavant. Dans une troisième étape, ce premier tronçon est enfoncé dans le sol par 20 percussion et rotation, par exemple à l'aide d'une déboulonneuse à air comprimé, le pieu s'enfonçant tout en créant son passage par rotation lente. Dans une quatrième étape, le cas échéant, un deuxième tronçon de micropieu est assemblé au premier tronçon, de la manière décrite auparavant en référence à la figure 3, et l'ensemble formé par les deux tronçons et enfoncé 25 dans le sol par percussion et rotation. Cette quatrième étape est renouvelée jusqu'à ce que la profondeur souhaitée pour le micropieu soit atteinte, typiquement de trois à six mètres environ. Dans une cinquième étape, un raccord type graisseur 15 est placé en 30 tête de micropieu, la bille du raccord formant clapet anti-retour. - Dans une sixième étape, un liant tel qu'un coulis de ciment fluide sans retrait est injecté dans le micropieu, au travers des puits d'injection 5 et des canaux 6. L'injection est réalisée sous pression, de l'ordre de quelques bars, par exemple 1 à 8 bars. Un bulbe 16 se forme en extrémité basse du micropieu 1, 5 puis la pression augmente et ce sont alors les canaux 6, de plus faible section, qui servent à l'écoulement du coulis sous pression. Lorsque la pression souhaitée est obtenue, la vanne d'alimentation en coulis est fermée, le clapet anti-retour permettant de conserver l'ensemble du pieu en pression. La section extérieure du micropieu sera choisie notamment en fonction des difficultés d'accès au chantier (intérieurs de bâtiment, caves, reprises en sous oeuvre) les diamètres extérieurs pouvant notamment être compris entre 80 mm (chambres d'accès difficile) et 200 mm (constructions neuves ou anciennes importantes permettant la mise en place de la machine de 15 rotopercussion), l'âme centrale étant de diamètre extérieur variable. La tête du micropieu saille du sol sur une certaine hauteur, dans certaines mises en oeuvre du procédé, par exemple d'une hauteur de 20 cm, de sorte à permettre l'ancrage du micropieu dans le ferraillage d'une longrine béton. Le cas échéant, les conduits 6 qui déboucheraient à l'air libre, au dessus 20 du sol, seront obturés à l'aide de vis autoforeuses par exemple. De même, lorsque le micropieu traverse une couche de terrain creux (par exemple cavité, vote) les conduits 6 qui déboucheraient. dans cette cavité peuvent être obturés, à l'aide de vis autoforeuses par exemple, avant mise en place du micropieu. En variante, le micropieu est dépourvu de conduits 6 sur 25 une partie de sa longueur, de sorte à être adapté à traverser des cavités ou un sol très fortement décomprimé. Les tronçons de micropieu peuvent être réalisés en alliage métallique, tel qu'acier, acier inoxydable, alliage d'aluminium, notamment fonte d'aluminium. En variante, les ailettes 2, 3, 4 sont rapportées, par exemple par 30 soudage sur l'âme du micropieu. - 11 REVENDICATIONS 1. Micropieu injectable comprenant une âme axiale et au moins une saillie sensiblement hélicodale, caractérisé en ce que cette âme est pourvue 5 d'un puit d'injection (5) et d'au moins un canal (6) débouchant d'une part sur la surface externe du micropieu (1) et dans le puit d'injection (5) d'autre part. 2. Micropieu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend 10 plusieurs canaux (6) reliant le puit d'injection (5) à la surface externe du micropieu (1), ces canaux étant sensiblement radiaux. 3. Micropieu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que sa partie extrême inférieure est pourvue d'au moins un conduit reliant le puit 15 d'injection (5) à la surface externe du micropieu (1), ce conduit étant d'une section sensiblement plus grande que celle desdits canaux (6). 4. Micropieu selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'une partie extrême inférieure conique (14) dans laquelle s'étend ledit 20 conduit. 5. Micropieu selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie extrême inférieure conique (14) est rapportée sur un tronçon de micropieu. 6. Micropieu selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie extrême inférieure conique (14) est rapportée par vissage, au moyen d'un manchon fileté d'assemblage, le filetage de ce manchon étant complémentaire d'un filetage interne disposé dans le puit d'injection du 30 tronçon de micropieu supportant la partie extrême inférieure conique (14). 7. Micropieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux tronçons aptes et configurés pour être assemblés l'un à l'autre à l'aide d'un manchon rapporté (10). 8. Micropieu selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit manchon rapporté (10) est pourvu d'un filetage externe complémentaire des filetages internes ménagés dans les puits d'injection (5) des tronçons assemblables. 9. Micropieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les canaux (6) radiaux sont disposés sur trois branches équidistantes, en Y lorsque le pieu est vu en coupe transversale, et débouchent entre les saillies sensiblement hélicoi̋dales. 15 10. Micropieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend trois saillies sensiblement hélicodales (2, 3, 4). 11. Micropieu selon la revendication 10, caractérisé en ce que les saillies 20 sont sensiblement identiques et équidistantes. 12. Micropieu selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les saillies sont de section transversale cunéiforme.