Brevet FR2909395A1 — publié le 20080606

La présente invention a pour objet un procédé de renforcement de fondations de pylônes, notamment mais non exclusivement de pylônes électriques pour les lignes électriques à haute tension et une structure de renforcement. Les fondations de pylônes sont le plus souvent constituées de massifs enterrés en béton, généralement de forme cylindrique ou rectangulaire et formés d'une cheminée surmontant une ou plusieurs dalles horizontales dont les sections vont en augmentant avec la profondeur. La profondeur de la dalle inférieure varie typiquement de 1,5 m à 5 m sous la surface du terrain naturel. Afin d'améliorer l'ancrage de la fondation, un redan est parfois creusé dans le sol naturel. Plusieurs raisons peuvent motiver le renforcement des fondations de pylônes déjà existantes. Par exemple, on peut citer : - la modification des règles de calcul, en particulier pour prendre en compte des cas de calcul plus sévères (par exemple des rafales de vent lors d'une tempête) ; - la modification des conditions d'exploitation de la fondation (par exemple une augmentation du poids des câbles portés par les pylônes supportant les lignes électriques) ; ou - la découverte qu'une fondation a une géométrie réelle qui diffère de la géométrie théorique. Pour résoudre ce problème, la solution habituellement mise en oeuvre consiste à installer des micro-pieux qui sont liaisonnés avec le massif de fondation existant au moyen d'une dalle ou d'une poutre en béton armé. La demande de brevet FR 2 881 448 donne un exemple de dispositifs de renforcement du type mentionné ci-dessus. En général, les micro-pieux sont dimensionnés pour reprendre l'ensemble des efforts de la structure ignorant ainsi la contribution de la fondation superficielle existante. En effet, le comportement du micro-pieux est généralement beaucoup plus raide que celui du massif et dans la majorité des cas on ne peut plus considérer la part de charge reprise par le massif superficiel. Lorsque les nouveaux efforts ne diffèrent pas très significativement des efforts pour lesquels la fondation a été dimensionnée, il est judicieux de renforcer la fondation existante en la combinant avec un dispositif complémentaire destiné à reprendre 2909395 2 uniquement le déficit de portance. C'est en particulier le cas pour les efforts à l'arrachement où il s'agit souvent d'augmenter de 10 à 30 % la résistance à l'arrachement ou encore de l'augmenter l'ordre d'une dizaine de tonnes. 5 Un premier objet de la présente invention est de proposer un procédé de renforcement de fondation de pylônes qui soit plus simple de mise en oeuvre et d'une efficacité plus grande par rapport au coût des travaux engagés, tout en évitant de fragiliser la fondation pendant les opérations de renforcement. 10 L'invention est basée sur les observations suivantes : Lorsqu'elle est soumise à des efforts de compression, la fondation résiste en transférant la charge de la structure par une pression sur le terrain situé sous la semelle inférieure du massif. La figure 1 annexée illustre la façon dont résiste la fondation 15 lorsque celle-ci est soumise à des efforts d'arrachement. Sur cette figure, on a représenté le sol naturel 10 avec sa surface S. On y a fait figurer également la fondation 12 constituée par les dalles horizontales 14 et 16 et par sa cheminée 18 sur la face supérieure 18a de laquelle est fixé le pylône. Sur cette figure, on a également 20 représenté dans le sol le remblai 20 qui doit être remis en place après la réalisation de la fondation 12. Il s'avère que soumis à des efforts d'arrachement, le massif de fondation résiste par son poids propre augmenté du poids d'un cône de terrain représenté par les lignes 22 surmontant la semelle inférieure, cône 25 dont le volume dépend essentiellement des caractéristiques mécaniques du sol. L'invention est basée sur le principe qui consiste par des travaux de terrassement à augmenter le volume de sol qui va résister aux efforts d'arrachement appliqués à la fondation 12 tout en limitant ces 30 travaux au maximum et en limitant également, pendant ces travaux, la réduction de la portance et enfin en s'adaptant aux restrictions de possibilité d'intervention dues aux conditions d'accès sous la structure portée par le massif de fondation. Un but supplémentaire de l'invention est que ce procédé ne nécessite que peu d'apport de matériau extérieur. 35 Pour atteindre ce but selon l'invention, le procédé de renforcement de fondations notamment pour pylônes, lesdites fondations 2909395 3 comportant au moins une dalle sensiblement horizontale enfouie dans le sol, se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) on réalise au moins une tranchée verticale dans le sol dont le tracé intersecte une partie de ladite dalle, ladite tranchée ayant une 5 largeur très inférieure aux dimensions horizontales de ladite dalle et une hauteur supérieure à sa largeur et, en projection horizontale, une partie de ladite tranchée s'étendant au-delà du contour de ladite dalle ; et b) on remplit ladite tranchée avec un matériau comprenant au moins en partie un liant hydraulique pour former dans le sol une paroi 10 résistante mécaniquement reliée à ladite dalle. On comprend que la paroi ou les parois verticale(s) réalisée(s) dans le sol qui coopère(nt) mécaniquement avec la fondation augmente(nt) le volume de terrain participant à la résistance aux efforts d'arrachement susceptibles d'être appliqués aux pylônes et donc à la 15 fondation, en raison de leurs dimensions. En outre, le procédé comprend la réalisation de tranchées verticales dont les dimensions peuvent être relativement réduites tout en conférant une amélioration très sensible de la résistance aux efforts d'arrachement. De plus, selon l'invention, la ou les tranchées est(sont) 20 réalisée(s) en ajoutant au moins en partie un liant hydraulique. Par paroi verticale dans le sol, il faut entendre un ouvrage d'art constitué par un matériau résistant enfoui dans le sol dont la hauteur est très sensiblement supérieure à sa largeur. De préférence, pour réaliser l'élément de renforcement on 25 découpe le sol pour réaliser cette tranchée et on mélange le sol découpé avec un liant hydraulique pour obtenir une paroi résistante dans le sol. Cette technique de mélange in situ du sol découpé avec un liant hydraulique sans extraction du sol découpé de la tranchée est habituellement appelée "soit mixing". 30 Le tracé de la paroi ou des parois par rapport au contour de la dalle de la fondation peut prendre différentes formes dès lors que cette paroi coopère mécaniquement avec la fondation. Les parois peuvent en particulier être disposées de part et d'autre de la cheminée de la fondation ou ne pas passer par cette 35 cheminée mais bien sûr intersecter la dalle de la fondation. 2909395 4 De préférence, la largeur de la tranchée et donc de la paroi est comprise entre 20 et 50 cm. Plus généralement, de préférence, la largeur de la tranchée, c'est-à-dire de la paroi est inférieure au quart de la largeur de la dalle. 5 Un deuxième objet de l'invention est de fournir une structure de renforcement d'une fondation du type obtenu par la mise en oeuvre du procédé. La structure de renforcement d'une fondation, notamment pour pylônes, ladite fondation comportant au moins une dalle sensiblement 10 horizontale, se caractérise en ce qu'elle comprend au moins une paroi verticale mécaniquement résistante réalisée dans le sol, le tracé de ladite paroi, en projection horizontale, intersectant ladite dalle de la fondation pour coopérer mécaniquement avec ladite fondation, une partie de ladite paroi s'étendant au-delà du contour de ladite dalle. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 déjà décrire illustre le principe de l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue en perspective d'un premier exemple de renforcement de fondation ; - la figure 2A est une vue de dessus d'un premier mode de mise en oeuvre du procédé représenté sur la figure 2 ; - la figure 2B est une coupe dans le sol montrant les moyens de 25 renforcement de la figure 2A ; - la figures 3A, 3B et 3C montrent des formes possibles de tranchées et de parois pour réaliser le système de renforcement de la fondation ; -la figure 4 illustre les possibilités fournies par le procédé objet 30 de l'invention pour renforcer une structure tétrapode de fondations pour un pylône électrique en treillis ; et - les figures 5A et 5B illustrent l'utilisation d'un outil permettant de réaliser les tranchées et parois nécessaires à la mise en oeuvre du procédé. 35 En se référant tout d'abord aux figures 2, 2A et 2B, on va décrire un premier exemple de mise en oeuvre du procédé de 2909395 5 renforcement de la fondation. Sur ces figures, cette fondation 12 est constituée par des dalles horizontales 14 et 16 et par la cheminée 18. Ainsi qu'on l'a déjà expliqué, le procédé consiste à réaliser une ou plusieurs parois résistante(s) enfouie(s) dans le sol qui coopère(nt) 5 avec la fondation et qui permet d'augmenter très sensiblement le volume de sol naturel participant à la résistance aux efforts d'arrachement. Dans l'exemple représenté sur les figures 2, 2A, 2B, on trouve deux parois 26 et 28 alignées et disposées de part et d'autre de la cheminée 18, la partie inférieure 26a, 28a des parois coopérant avec les 10 dalles horizontales 14 et 16. Il pourrait, bien sûr, y avoir plusieurs parois. On comprend ainsi que le volume de sol naturel qui va participer à la résistance aux efforts d'arrachement est non seulement celui qui est disposé au-dessus des dalles 14 et 16, mais également le volume de sol qui coopère avec les deux parois 26 et 28. Cela permet 15 pour une surface totale de parois d'obtenir un accroissement très sensible du volume de sol participant à la résistance aux efforts d'arrachement du fait que les parois s'étendent au-delà du contour de la dalle. Dans tous les cas, la largeur I des parois 26 et 28 est très inférieure aux dimensions L et L' de la dalle de la fondation. Typiquement, 20 cette largeur est de l'ordre de 20 à 50 cm et de toute manière très inférieure au quart des dimensions L et L' de la fondation. En revanche, la longueur L1, L2 de chaque paroi 26, 28 est telle qu'une partie de la paroi d'étend au-delà du contour de la dalle. De préférence, pour réaliser les parois mécaniquement 25 résistantes 26, 28, on utilise une technique qui consiste à découper une tranchée 26', 28' dans le sol dont la forme correspond à celle de la paroi à réaliser et, tout en réalisant cette découpe, à mélanger le sol découpé avec un liant hydraulique convenable. Cette technique est en soi parfaitement connue et appelée "soit mixing" en langue anglo-saxonne. Il 30 n'y a donc pas lieu de la décrire plus en détail. La quantité de liant hydraulique dépend de la nature du sol en place et des caractéristiques mécaniques que l'on veut obtenir pour le mélange sol/liant hydraulique. Cette quantité varie typiquement de 75 kg/m3 à 400 kg/m3 de sol en place. De préférence, cette quantité est 35 comprise entre 125 kg/m3 et 250 kg/m3. 2909395 6 Le liant peut être introduit soit par voie humide, c'est-à-dire sous forme d'un coulis injecté au niveau de l'outil de mélange, soit par voie sèche, c'est-à-dire sous forme pulvérulente, disposée à la surface du sol dans une prétranchée ou encore injectée au niveau de l'outil dans un 5 flux d'air comprimé. Sur les figures 5A et 5B, on a représenté un exemple d'outil permettant la réalisation des tranchées et donc des parois. Cet outil est constitué par un engin mobile 30 de préférence pourvu de chenilles 32 dont la plate-forme est équipée d'un bras 10 mécanique 36 à l'extrémité 36a duquel est monté l'outil 38 de découpe du sol et de mélange de celui-ci avec le liant hydraulique. Dans l'exemple considéré, l'outil 38 est constitué par une chaîne sans fin 40 portant des ergots de découpe 42 et des éléments de mélange 44. La structure centrale 46 de l'outil comporte de plus une canalisation 48 15 pour injecter dans le sol le liant hydraulique. Cette canalisation 48 comporte une ou plusieurs buses d'injection telles que 50 réparties sur toute la hauteur de l'outil. Lorsque la chaîne sans fin est mise en mouvement et l'injection initiée, on obtient ainsi un mélange efficace du sol découpé avec le liant hydraulique. En outre, on comprend que ces 20 travaux sont relativement légers et peuvent être réalisés avec des machines de type classique. Il va de soi que d'autres outils pourraient être utilisés pour réaliser la tranchée et la paroi par soil mixing. Cependant, l'outil décrit ci-dessus est bien adapté au problème d'accès que peut présenter la 25 fondation à renforcer. Comme cela est connu, au lieu d'injecter le liant hydraulique à l'aide de l'outil servant à réaliser la tranchée, il est possible, sur le tracé de la tranchée à réaliser, de déposer le liant hydraulique sous forme pulvérulente dans une pré-tranchée et de mélanger celui-ci avec le sol 30 découpé au fur et à mesure de la réalisation de cette tranchée. Bien entendu, de préférence après la réalisation des parois 26, 28, il est possible que leur partie supérieure 26b, 28b s'arrête en dessous de la surface du sol de telle manière que l'on puisse mettre un remblai au-dessus de cette face supérieure pour redonner au sol son état initial. 35 Il est important de souligner que lors de la réalisation de la ou des tranchées en vue de constituer la ou les parois en projection 2909395 7 horizontale, la surface de la fondation et plus précisément de ses dalles 14 et 16 qui se trouve ainsi découverte est très limitée puisqu'elle se réduit à la surface d'intersection de la ou des parois ou tranchées avec ces dalles. Cela permet ainsi d'éviter que, dans la phase de réalisation des travaux, la 5 résistance à l'arrachement de la fondation ne soit très significativement diminuée, ce qui bien sûr pourrait être très préjudiciable en cas de survenance d'événements, par exemple météorologiques, exceptionnels durant les travaux. Les figures 3A, 3B et 3C montrent différentes formes possibles 10 pour la paroi de renforcement de la fondation 12. Sur la figure 3A, on trouve trois parois 40, 42 et 44 qui sont disposées de façon radiale par rapport à la cheminée 18 de la fondation et décalée mutuellement de 120 degrés. Les différentes parois, en projection horizontale, s'étendent au-delà du pourtour de la dalle de la fondation. 15 Sur la figure 3B, on trouve quatre parois 46, 48, 50 et 52 disposées radialement par rapport à la cheminée 18 et décalées mutuellement de 90 degrés, dont une partie d'étend au-delà du pourtour de la dalle. Dans le cas de la figure 3C, on trouve deux parois 54 et 56 qui 20 intersectent la fondation 12 et plus précisément ses dalles 14, 16 sans passer par la cheminée 18 de la fondation 12. Les parois s'étendent également au-delà du contour de la dalle de la fondation. Ces différentes formes possibles de tranchées et de parois montrent que le procédé objet de l'invention peut s'adapter très 25 facilement aux différents obstacles qui peuvent se présenter à proximité de la fondation à renforcer. Elles montrent aussi qu'il est possible d'adapter les éléments de renforcement aux directions privilégiées d'efforts à l'arrachement susceptibles d'être appliqués à la fondation. Sur la figure 4, on a représenté de façon simplifiée un mode de 30 renforcement des fondations d'un pylône tétrapode 60 qui repose donc sur quatre fondations 62, 64, 66 et 68. Pour chaque élément de fondations 62 à 68, on réalise deux parois 62', 64', 66' et 68' qui présentent des tracés compatibles et donc accessibles compte tenu de la présence du pylône tétrapode 60. 35 On voit que ce procédé qui ne nécessite que la réalisation pour chaque fondation d'une ou plusieurs tranchées permet d'avoir un accès 2909395 8 simple au terrain même dans le cas de structures relativement encombrantes telles qu'un pylône tétrapode. Il est en effet possible de définir le tracé des différentes tranchées et parois de telle manière qu'elles soient sensiblement entièrement disposées à l'extérieur du polygone 5 reliant les différentes fondations ou plus précisément les cheminées des différentes fondations. REVENDICATIONS 1. Procédé de renforcement de fondations notamment pour pylônes, lesdites fondations (12) comportant au moins une dalle (14, 16) sensiblement horizontale enfouie dans le sol, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) on réalise au moins une tranchée verticale dans le sol dont le tracé intersecte une partie de ladite dalle (14, 16), ladite tranchée ayant une largeur très inférieure aux dimensions horizontales de ladite dalle, une hauteur très supérieure à sa largeur et, en projection horizontale, une partie de ladite tranchée s'étendant au-delà du contour de ladite dalle ; et b) on remplit ladite tranchée avec un matériau comprenant au moins en partie un liant hydraulique pour former dans le sol une paroi (26, 28, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 62', 64', 66', 68') résistante qui est mécaniquement reliée à ladite dalle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape b) consiste à découper le sol pour réaliser ladite tranchée et à mélanger le sol découpé avec un liant hydraulique pour obtenir ladite paroi résistante dans le sol. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on réalise deux tranchées (26, 28) disposées de part et d'autre de la cheminée de ladite fondation, chaque tranchée reposant en partie sur ladite dalle (14, 16). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, 25 caractérisé en ce que le tracé de ladite tranchée (54, 56), ne passe pas par la cheminée de ladite fondation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la largeur de ladite tranchée est inférieure au quart de la largeur de ladite dalle (14, 16). 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur de ladite tranchée (26, 28) est comprise entre 20 et 50 cm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites fondations comprennent une pluralité 35 d'éléments de fondation (62, 64, 66, 68) distants les uns des autres, chaque élément de fondation comportant au moins une dalle sensiblement 2909395 10 horizontale et une cheminée, et en ce qu'on réalise plusieurs tranchées (62, 64, 66, 68) chaque tranchée intersectant la dalle d'un élément de fondation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que 5 lesdites tranchées sont disposées sensiblement à l'extérieur du polygone dont les sommets sont les cheminées desdits éléments de fondation (62, 64, 66, 68). 9. Structure de renforcement d'une fondation, notamment pour pylônes, ladite fondation comportant au moins une dalle (14, 16) 10 sensiblement horizontale, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une paroi (26, 28, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 62', 64', 66', 68') verticale mécaniquement résistante réalisée dans le sol, le tracé de ladite paroi, en projection horizontale, intersectant ladite dalle de la fondation pour coopérer mécaniquement avec ladite fondation, une partie de ladite 15 paroi, en projection horizontale, s'étendant au-delà du contour de la dalle. 10. Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite paroi est réalisée par découpe du sol pour obtenir une tranchée verticale ayant le tracé de la paroi et par mélange du sol découpé avec un liant hydraulique. 20 11. Structure selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que la largeur de la paroi est au plus égale au quart des dimensions de la dalle (14, 16) de la fondation.