Brevet FR2912160A1 — publié le 20080808

Le secteur technique de la présente invention est celui du génie civil, et plus particulièrement des dispositifs et procédés permettant de déterminer la force portante d'un pieu dans le sol. La force portante d'un pieu enfoncé dans un sol dépend de plusieurs paramètres: la dimension du pieu et la nature du sol. Lors de la construction d'un bâtiment, il est essentiel de dimensionner les pieux ou palplanches supportant le bâtiment en fonction de la nature du sol. On connaît déjà différentes méthodes pour déterminer la force portante. Ainsi, le brevet EP1411177 décrit un dispositif et une méthode de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage mettant en œuvre un tube principal et un tube de mesure, actionné par deux vérins disposés de part et d'autre de l'extrémité du tube principal. Un inconvénient majeur de ce dispositif réside dans le fait les vérins disposés de part et d'autre du tube principal constituent un obstacle à l'enfoncement du tube principal dans le sol et sont source d'erreurs dans la mesure des données. Un autre inconvénient de ce dispositif réside dans le fait que le tube de mesure est creux, il est donc en prise avec le sol non seulement au niveau de sa surface externe, mais également au niveau de sa surface interne, ce qui entraîne des erreurs dans les valeurs mesurées. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif et une méthode visant à remédier à ces inconvénients. L'invention a donc pour objet un dispositif de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage, comportant un vibrateur, et un pieu se présentant sous la forme d'un premier tube dit principal solidaire du vibrateur et un second tube dit de mesure disposé dans le prolongement du premier tube et mobile en translation par rapport à ce premier tube selon un axe (Z), caractérisé en ce qu'il comporte un troisième tube disposé contre au moins la paroi interne du second tube, ledit troisième tube assurant l'isolation de la paroi interne dudit second tube et étant mobile en translation par rapport audit second tube afin de pouvoir adopter une position haute et une position basse par rapport audit second tube. Selon une caractéristique de l'invention, le troisième tube comporte à son extrémité inférieure un épaulement de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur du second tube et destiné à constituer une butée à l'extrémité inférieure du second tube lorsque le troisième tube se trouve dans sa position haute. Selon une autre caractéristique de l'invention, le second tube comporte des moyens aptes à constituer une butée au troisième tube lorsque ce dernier se trouve dans sa position basse. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le troisième tube est disposé également à l'intérieur du premier tube afin d'assurer le centrage et le guidage selon l'axe Z du second tube lors de la translation de ce dernier par rapport au premier tube. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le premier tube interne comporte une butée disposée dans le prolongement du troisième tube et destinée à coopérer avec l'extrémité supérieure de ce dernier afin de lui transmettre l'action du vibrateur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la butée se présente sous la forme d'une bague ou d'un tube, de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'extrémité supérieure du troisième tube. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un unique actionneur assurant le blocage et le déplacement du second tube par rapport au premier tube. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'actionneur est un vérin à double effet. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le vérin est solidaire du vibrateur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le vérin comporte une tige de vérin mobile par rapport au corps du vérin selon l'axe Z et assurant la translation du second tube, au moyen d'une tige intermédiaire se déplaçant le long de l'axe Z. Selon une autre caractéristique de l'invention, le troisième tube est pourvu d'un clapet se présentant sous la forme de deux plaques semi-circulaires pivotant autour d'un axe perpendiculaire à l'axe Z et comportant des perçages permettant le passage d'un fluide. L'invention concerne également un procédé de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage, caractérisé en ce que : - on maintient le vérin sous tension afin de conserver le second tube solidaire du vibrateur, - on actionne le vibrateur afin d'enfoncer les premier et second tubes à une profondeur prédéterminée dans le sol, - on libère la tension du vérin afin de désolidariser le 15 second du vibrateur, - on relève le premier tube, - on actionne en traction le vérin jusqu'au décollement du second tube, et - on mesure la capacité portante locale lors du 20 décollement du second tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, on enfonce par vibrofonçage les tubes jusqu'à une profondeur prédéterminée dans le sol, on actionne en compression le vérin jusqu'à l'enfoncement du second tube et on mesure le 25 refus à la pointe du second tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, on mesure la capacité portante locale sur plusieurs portions consécutives le long de la hauteur totale selon laquelle on souhaite enfoncer le pieu et on additionne ces portances 30 locales afin de déterminer la portance totale du pieu. Un tout premier avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait que les tubes enfoncés dans le sol présentent un profil adapté à l'enfoncement. Un autre avantage réside dans le fait que le dispositif 35 selon l'invention est adapté à tous types de sols. Un autre avantage réside dans le fait que l'actionneur ainsi que tous les éléments mobiles du dispositif sont coaxiaux, ce qui permet une répartition homogène des contraintes. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des 5 dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe illustrant plus particulièrement les liaisons des éléments entre-eux, 10 -les figures 3 et 4 sont des vues illustrant le déplacement du tube de mesure, et - les figures 5 et 6 sont des vues illustrant la disposition d'un clapet de refoulement. La figure 1 représente un dispositif de détermination de 15 la force portante d'un pieu 1 enfoncé dans le sol par vibrofonçage, selon l'invention. Le dispositif comporte un vibrateur 2, un premier tube 3, dit "tube principal", en prise avec le vibrateur 2 et un second tube 4, dit "tube de mesure". Les tubes 3 et 4 constituant un pieu 1 pour lequel 20 on cherche à calculer la force portante. Le vibrateur 2 est classiquement soutenu par un véhicule de chantier (non représenté), par exemple au moyen d'un crochet 14, permettant de lever le pieu ou au contraire de l'enfoncer à l'aide du vibrateur 2. Le tube principal 3 est en prise avec le 25 vibrateur 2 (c'est à dire qu'il est solidaire et soumis aux efforts de ce dernier) et le tube de mesure 4 est disposé dans le prolongement du tube principal 3. Le tube principal 3 et le tube de mesure 4 sont cylindriques, d'axe vertical Z. Le tube de mesure 4 est mobile en translation par rapport au 30 tube principal 3 et est relié au vibrateur 2 par l'intermédiaire d'un actionneur 5 qui sera plus particulièrement décrit par la suite. L'actionneur 5 est un actionneur unique assurant le blocage ou le déplacement du tube de mesure 4 par rapport au tube principal 3. 35 L'actionneur 5 se présente sous la forme d'un vérin à double effet comportant un corps 12 de vérin fixé sur le vibrateur 2 et une tige de vérin (visible sur la figure 2) mobile par rapport au corps du vérin 12. Le tube principal 3 est relié au vibrateur 2 au moyen d'une interface de liaison 9 en forme d'entonnoir. L'interface de liaison 9 est maintenue par des mors 10 de deux demi-casques 13 intégrés au vibrateur 2. Une telle réalisation permet avantageusement au tube principal 3 d'être parfaitement en prise avec le vibrateur 2, tout en permettant de disposer l'actionneur 5 entre les mors 10. Les tubes 3 et 4 constituent un pieu 1 destiné à être enfoncé par vibrofonçage dans le sol au moyen du vibrateur 2. La figure 2 illustre plus particulièrement les liaisons 10 entre les différents éléments constituant le pieu. Le tube de mesure 4 est relié au vibrateur 2 par l'intermédiaire de l'actionneur 5 dont seule la tige de vérin 11 est visible. La tige de vérin 11 est solidaire d'une tige intermédiaire 6, elle-même fixée au tube de mesure 4. La tige 15 de vérin 11, la tige intermédiaire 6 et le tube de mesure 4 se déplacent le long de l'axe Z et sont mobiles par rapport au tube principal 3. La tige intermédiaire 6 est solidarisée au tube de mesure 4 au moyen de lames radiales 7 fixées au tube de mesure 4. Ces lames radiales sont ici représentées au 20 nombre de quatre (dont seules trois sont visibles), mais leur nombre peut être inférieur ou supérieur et sera déterminé en fonction des contraintes appliquées et des caractéristiques des tubes. Une butée 18, dite "tube interne fixe" et un troisième 25 tube 19, dit "tube interne mobile" sont disposés à l'intérieur du tube de mesure 4 et également du tube principal 3 dans cet exemple de réalisation. Le tube interne fixe 18 est disposé à l'intérieur de la partie supérieure 24 du tube principal 3 et est solidaire, par exemple par 30 soudage, de ce dernier. Le troisième tube 19 interne mobile est disposé à l'intérieur du tube de mesure 4, assure l'isolation de la paroi interne du tube de mesure 4 et est mobile en translation par rapport à ce dernier afin de pouvoir adopter une position haute et une position basse par 35 rapport au tube de mesure 4. La partie supérieure du tube interne mobile se prolonge jusqu'à l'intérieur du tube principal 3. Le tube interne mobile 19 présente des lumières longitudinales 21 traversées par les lames radiales 7. Ces lumières constituent un passage pour les lames 7 lors des translations du tube interne mobile 19 par rapport au tube de mesure 4. Le tube interne mobile 19 comporte à son extrémité inférieure un épaulement 22 de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur du tube de mesure 4. Cet épaulement est destiné à constituer une butée à l'extrémité inférieure du tube de mesure 4. Le tube interne mobile 19 se prolonge à l'intérieur du tube principal 3 afin d'assurer le centrage et le guidage selon l'axe Z du tube de mesure 4 lors de la translation de ce dernier. La figure 3 est une vue similaire à la figure 2 mais dans une configuration où le second tube de mesure 4 et le 15 troisième tube interne mobile 19 ont été translatés d'un intervalle (d) par rapport au tube principal 3. Lorsque l'on souhaite effectuer une mesure (selon un mode de fonctionnement qui sera décrit par la suite), le vérin 5 déplace sa tige de vérin 11. La tige intermédiaire 6 et le 20 tube de mesure 4 sont alors également entraînés en translation. Lorsque le tube de mesure 4 coulisse vers le bas dans le plan de la figure par rapport au tube principal 3, il entraîne, par l'intermédiaire du sabot 22, le tube interne mobile 19 qui coulisse dans le tube principal 3 selon l'axe 25 Z, tout en assurant son propre centrage, ainsi que le centrage du tube de mesure 4. Le troisième tube interne mobile 19 a donc également été déplacé du même intervalle (d) par rapport au tube interne fixe 18. La figure 4 illustre le déplacement du tube de mesure 4 30 par rapport au tube interne mobile 19. Afin d'effectuer la mesure locale de portance (dont le principe sera décrit par la suite), le vérin 5 agit sur le second tube de mesure 4 pour le rapprocher du premier tube 3. Le tube de mesure 4 s'est donc déplacé d'un intervalle (d) par rapport au 35 troisième tube interne mobile. Les lumières 21 du tube interne mobile permettent le passage des lames 7 lors du déplacement du tube de mesure 4. Après déplacement du tube de mesure 4, le tube interne mobile 19 est toujours éloigné de l'intervalle (d) par rapport au tube interne fixe 18. Lors de la remontée du pieu, les lames 7 viennent en butée contre la partie supérieure des lumières 21, ce qui permet l'entraînement en translation du troisième tube mobile 5 interne 19 lorsque ce dernier se trouve dans sa position basse. Le dispositif selon l'invention a été ici représenté de manière simplifiée pour une meilleure compréhension, mais on prévoira évidemment des éléments d'étanchéité (par exemple 10 des joints à lèvre) afin d'empêcher des souillures de pénétrer à l'intérieur des premier et second tubes lors de leurs déplacements relatifs. Lorsque la mesure est réalisée dans des sols spongieux ou fortement imbibés d'eau, il est préférable de ne laisser 15 pénétrer dans le tube interne mobile 19 que des éléments fluides. Ainsi, les figures 5 et 6 sont des vues illustrant la disposition d'un clapet de refoulement 8. Dans un mode de réalisation particulier, le tube interne mobile 19 comporte 20 un clapet de refoulement. La figure 5 est une vue en coupe d'une portion du tube interne mobile comportant un clapet 8 de refoulement. Ce clapet 8 est solidaire du tube interne mobile au moyen d'un axe 15 perpendiculaire à l'axe Z. Comme illustré par la 25 figure 5, le clapet 8 se présente sous la forme de deux plaques semi-circulaires 16a et 16b pivotant autour d'un axe 15 perpendiculaire à l'axe Z. Des butées 17 (visibles sur la figure 4) empêchent le clapet de s'ouvrir vers le haut du tube. Des perçages permettent le passage d'un fluide, tout en 30 empêchant aux corps solides de pénétrer à l'intérieur du tube 19. On pourra également munir le clapet d'un ressort de rappel permettant de maintenir le clapet fermé lorsque aucune contrainte n'est exercée sur les plaques 16a et 16b. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le 35 suivant : - on dispose le pieu 1 à l'endroit où l'on souhaite effectuer la mesure de portance à l'aide par exemple d'un véhicule de chantier, - on maintient le vérin 5 sous tension afin de conserver le tube de mesure 4 solidaire du vibrateur 2, - on déplace l'ensemble constitué du vibrateur 2, des premier 3 et second 4 tubes et du troisième tube interne mobile 19 jusqu'à ce qu'il soit en contact avec le sol, - on actionne le vibrateur afin d'enfoncer les tubes 3, 4 et 19 à une profondeur prédéterminée (par exemple 3 m) dans le sol, - on libère la tension du vérin 5 afin de libérer le tube 10 de mesure 4 du vibrateur, - on relève le vibrateur 2 et le tube principal 3 à l'aide du véhicule de chantier maintenant le dispositif à la hauteur selon laquelle on souhaite effectuer la mesure, simultanément, on actionne le vibrateur 2 afin de faciliter 15 la désolidarisation du tube principal 3 et du tube de mesure 4 afin de parvenir dans la configuration illustrée par la figure 3, - on actionne en traction le vérin 5 jusqu'au décollement du tube de mesure 4, et 20 - on mesure la capacité portante locale lors du décollement du tube de mesure 4. Lors de la mesure, sous l'effet de l'action du vérin 5, le tube de mesure 4 se déplace en translation vers le haut. Seule sa paroi externe est en contact avec le sol puisqu'elle 25. est isolée par le troisième tube. On ne mesure donc que la portance appliquée à cette surface. La paroi interne du tube de mesure 4 est isolée par le tube interne mobile 19 est n'est donc soumise à aucun effort. Durant cette phase de mesure, le tube interne mobile 19 est soumis aux seuls 30 efforts de portance d'une part au niveau de sa paroi externe, au niveau de l'épaulement 22 et d'autre part au niveau de sa paroi interne, en raison des éléments constituant le sol, ayant pénétré à l'intérieur du pieu. A ces efforts s'ajoute le propre poids du troisième tube interne mobile 19. Ainsi, 35 lors de la remontée du tube de mesure 4, le tube interne mobile 19 demeure immobile jusqu'à ce que le tube de mesure 4 cesse sa remontée ou que le tube interne mobile 19 se trouve dans sa position basse, telle qu'illustrée par la figure 4. Le pieu 1 est ensuite redescendu puis enfoncé pour effectuer une autre mesure et le tube interne mobile 19 se trouve dans sa position haute, illustrée par la figue 2. Le procédé est ainsi répété sur plusieurs portions de terrain dont on veut déterminer la portance. On mesure ainsi la capacité portante locale sur plusieurs portions consécutives le long de la hauteur totale selon laquelle on souhaite enfoncer le pieu et on additionne ces portances locales afin de déterminer la portance totale du pieu. Pour mesurer le refus à la pointe, on enfonce par vibrofonçage les tubes jusqu'à une profondeur prédéterminée dans le sol, on actionne en compression le vérin jusqu'à l'enfoncement du tube de mesure et on mesure le refus à la pointe du tube de mesure. Une telle réalisation permet avantageusement de déterminer précisément la portance du pieu en ne mesurant que les efforts appliqués à l'extérieur du tube de mesure 4 et non ceux appliqués à l'intérieur du tube. En effet, le tube de mesure 4 est un tube creux. Lorsqu'il s'enfonce, les matériaux constituant le sol (terre, sable, alluvions,...) pénètrent à l'intérieur du troisième tube interne mobile. Les efforts relatifs à ces matériaux s'appliquent donc sur le tube interne mobile 19 et non sur le tube de mesure 4. A titre d'exemple, on pourra réaliser l'invention en mettant en oeuvre un vérin d'une puissance de 100 tonnes et un vibrateur d'une puissance de 110 tonnes. Le tube principal pourra présenter une longueur de 15 m et le tube de mesure une longueur de 3 m. D'une manière générale, les dimensions et la puissance mis en oeuvre seront déterminées en fonction de la profondeur à laquelle on souhaite effectuer la mesure. Le pieu ainsi réalisé peut présenter une longueur totale de plusieurs dizaines de mètres. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage, comportant un vibrateur (2), et un pieu (1) se présentant sous la forme d'un premier tube (3) dit principal solidaire du vibrateur (2) et un second tube (4) dit de mesure disposé dans le prolongement du premier tube (3) et mobile en translation par rapport à ce premier tube (3) selon un axe (Z), caractérisé en ce qu'il comporte un troisième tube (19) disposé contre au 10 moins la paroi interne du second tube (4), ledit troisième (19) tube. assurant l'isolation de la paroi interne dudit second tube (4) et étant mobile en translation par rapport audit second tube (4) afin de pouvoir adopter une position haute et une position basse par rapport audit second tube 15 (4). 2. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième tube (19) comporte à son extrémité inférieure un épaulement (22) de diamètre extérieur sensiblement égale au diamètre 20 extérieur du second tube (4) et destiné à constituer une butée pour l'extrémité inférieure du second tube (4) lorsque le troisième tube (19) se trouve dans sa position haute. 3. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second tube 25 (4) comporte des moyens (7) aptes à constituer une butée au troisième tube (19) lorsque ce dernier se trouve dans sa position basse. 4. Dispositif de détermination de la force portante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le 30 troisième tube (19) est disposé également à l'intérieur du premier tube (3) afin d'assurer le centrage et le guidage selon l'axe (Z) du second tube (4) lors de sa translation de par rapport au premier tube (3). 5. Dispositif de détermination de la force portante selon 35 la revendication 4, caractérisé en ce que le premier tube interne (3) comporte une butée {18) disposée dans le prolongement du troisième tube (19) et destinée à coopéreravec l'extrémité supérieure de ce dernier afin de lui transmettre l'action du vibrateur (2). 6. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 5, caractérisé en ce que la butée (18) se présente sous la forme d'une bague ou d'un tube, de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'extrémité supérieure du troisième tube (19). 7. Dispositif de détermination de la force portante selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un unique actionneur (5) assurant le blocage et le déplacement du second tube (4) de mesure par rapport au premier tube (3) principal. 8. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'actionneur (5) 15 est un vérin à double effet. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le vérin (5) est solidaire du vibrateur (2). 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le vérin (5) comporte une tige de vérin 20 (11) mobile par rapport au corps du vérin selon l'axe (Z) et assurant la translation du second tube (4), au moyen d'une tige intermédiaire (6) se déplaçant le long de l'axe (Z). 11. Dispositif de selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième tube (19) est 25 pourvu d'un clapet (8) se présentant sous la forme de deux plaques semi-circulaires (16a, 16b) pivotant autour d'un axe (15) perpendiculaire à l'axe (Z) et comportant des perçages permettant le passage d'un fluide. 12. Procédé de détermination de la force portante d'un 30 pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage mettant en œuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : -on maintient le vérin (5) sous tension afin de conserver le second tube (4) solidaire du vibrateur (2), 35 - on actionne le vibrateur afin d'enfoncer les premier (3) et second (4) tubes à une profondeur prédéterminée dans le sol, - on libère la tension du vérin (5) afin de désolidariser 12 le second (4) du vibrateur (2), - on relève le premier tube (3), - on actionne en traction le vérin (5) jusqu'au décollement du second tube (4) par rapport au sol, et - on mesure la capacité portante locale lors du décollement du second tube(4). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on enfonce par vibrofonçage les tubes (3, 4) jusqu'à une profondeur prédéterminée dans le sol, on actionne en compression le vérin (5) jusqu'à l'enfoncement du second tube (4) et on mesure le refus à la pointe du second tube (4) préalablement ou postérieurement à la mesure de la capacité portante locale. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on mesure la capacité portante locale sur plusieurs portions consécutives le long de la hauteur totale selon laquelle on souhaite enfoncer le pieu et on additionne ces portances locales afin de déterminer la portance totale du pieu.