Brevet FR2927097A1 — publié le 20090807

La présente invention concerne un pieu de fondation apte à soutenir au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz et un procédé de fabrication d'un tel pieu. L'installation d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, en particulier de liquéfaction et/ou séparation opérant à des température cryogéniques, par exemple d'air, nécessite le montage sur un site choisi d'un ensemble d'élément standard, par exemple des machines, la structure, ou encore la chaudronnerie de ladite usine. Le dimensionnement des structures de génie civil est généralement réalisé par des bureaux d'étude en se basant sur les données du terrain et en respectant les spécificités techniques de l'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. Parmi les éléments d'une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz nécessitant une attention particulière quant à la conception de ses fondations, on peut citer les structures élancées, type réservoir ou encore � boîte froide � contenant par exemple des colonnes de distillation, ainsi que les supports de machines tournantes type moteur ou compresseur. Les fondations des éléments d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz se présentent actuellement sous la forme de fondations superficielles lourdes, constituées de radiers, associées, ou non, à un ensemble de pieux en fonction de la nature du terrain. La mise en oeuvre de telles fondations est réalisée selon un procédé comprenant en général les étapes suivantes : - terrassement préalable du sol, suivi d'un nivellement réalisé par un géomètre, en vue de préparer le coulage du ou des radiers ; - disposition d'un béton de propreté pour le traitement de la surface d'accueil des radiers ; réalisation d'un coffrage en bois avant coulage des radiers ; disposition de cages d'armatures par des ouvriers spécialisés ; coulage du béton sur site, ledit béton étant livré par des camions toupies. La mise en oeuvre de telles fondations présente en outres les inconvénients suivants . la fabrication des radiers nécessite le recours à différents corps de métier, en particulier pour le coffrage, la mise en place des armatures et le coulage du béton. Ainsi, des contraintes de planification apparaissent, mettant en jeu un certain nombre d'intervenants sur le chantier ; le coulage du béton sur site impose un temps d'attente lié à la prise et au durcissement du béton afin de garantir des caractéristiques mécaniques optimales ; le coulage du béton sur site fait intervenir de nombreux aléas, empêchant de garantir une uniformité des différents radiers réalisés, et présente également une difficulté pour contrôler la qualité des fondations réalisées ; vient s'ajouter également le coût des matériaux, le temps de réalisation lié au caractère massif des radiers de la fondation, les volumes de béton et par voie de conséquence, de ferraille mis en jeu pour la construction qui sont importants en raison des dimensions des dites fondations ; finalement pour ce qui est du démantèlement desdites fondations, elles présentent un inconvénient important, puisqu'il faut les découper en éléments de petite dimension afin de pouvoir les mettre en décharge. Il existe donc un besoin de trouver un système de fondation pour les éléments d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz dont la mise en oeuvre ne présente pas les inconvénients des fondations actuelles. Un but de la présente invention est de proposer de nouvelles fondations pour des éléments d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz dont la mise en oeuvre ne présente pas les limitations des fondations actuelles. L'invention propose ainsi un pieu de fondation apte à soutenir au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, ledit pieu comprenant : - un corps en béton armé, et une tête de pieu comprenant au moins un élément d'ancrage, ledit élément d'ancrage étant conformé pour permettre l'ancrage à ladite tête de pieu d'au moins un élément 15 d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. Avantageusement, un tel pieu de fondation permet de réduire la quantité de béton utilisée, réduisant ainsi le coût et le temps de mis en oeuvre. D'autre part, dans le cas d'un démantèlement de l'élément ou de l'usine de liquéfaction 20 et/ou séparation de gaz, le démantèlement des fondations est rapide, en effet, il suffit de découper la tête de pieu. Un pieu selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons 25 possibles : la tête de pieu comprend une platine conformée pour supporter au moins en partie ledit au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, le pieu comprend une enveloppe rigide de protection 30 enveloppant au moins partiellement ledit corps en béton armé et ladite tête de pieu, ladite enveloppe rigide de protection étant fixée à ladite platine, l'au moins un élément d'ancrage comprend une tige filetée et/ou une crosse et/ou une plaque d'ancrage. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un pieu de fondation selon l'invention, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes où : A- l'on excave un trou de dimensions sensiblement égales à celles du corps en béton armé du pieu de fondation à fabriquer et l'on dispose un coffrage de dimensions sensiblement égales à celles de la tête de pieu du pieu de fondation à fabriquer ; B- l'on dispose des armatures dans ledit trou ; C- l'on coule du béton dans ledit trou afin de former ledit corps de pieu ; D- l'on dispose au moins un élément d'ancrage sur la tête de pieu dudit pieu à fabriquer. Avantageusement, un tel procédé de fabrication est plus 15 facile, moins coûteux, plus rapide à mettre en oeuvre que les procédés de fabrication des fondations actuelles. Un procédé selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées individuellement ou selon toutes les 20 combinaisons possibles : - l'étape A comprend les étapes suivantes où: Al- l'on sélectionne une enveloppe rigide de protection de forme et de dimension sensiblement égales à celles du pieu à fabriquer et tenant lieu de coffrage pour la tête de pieu, 25 A2- l'on enfonce ladite enveloppe rigide de protection dans le sol à l'endroit où ledit pieu est destiné à être placé, A3 - l'on excave à l'intérieur de ladite l'enveloppe rigide de protection un trou sensiblement de même dimension 30 que le corps en béton armé du pieu à fabriquer ; l'étape D comprend également la mise en place sur la tête de pieu d'une platine conformée pour supporter au moins une partie d'au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz; avant l'étape A, le procédé comprend une étape où l'on détermine les dimensions du corps en béton armée et de la tête de pieu du pieu à fabriquer et/ou les caractéristiques de l'élément d'ancrage en fonction de l'élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être au moins partiellement supporté par ledit pieu et/ou de paramètres géologiques du sol. L'invention se rapporte également à une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz dont au moins un élément est supporté par un des pieux de fondation selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de construction d'une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz comprenant au moins une étape où l'on dispose au moins un élément de ladite usine sur une pluralité de pieux selon l'invention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'un pieu de fondation selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique d'une coupe transversale de différentes étapes d'un procédé de fabrication d'un pieu de fondation selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique d'un réservoir d'une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz supporté par des pieux de fondation selon l'invention ; la figure 4 est une représentation schématique d'une fondation apte à supporter un élément d'une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, comprenant des pieux de fondation selon l'invention. Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle. Au sens de l'invention, on entend par � pieu � tout type d'élément de fondation élancé, disposé ou pouvant être disposé dans le sol pour assurer une capacité portante. Au sens de l'invention, on entend par � béton armé � tout type de béton dans lequel ont été incorporées des armatures métalliques dont le rôle principal est de supporter les contraintes là où elles sont susceptibles de se produire. Au sens de l'invention, l'expression � élément d'ancrage � se rapporte à tout moyen permettant de solidariser à un pieu de fondation au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. L'invention propose des pieux de fondation disposant d'une tête d'ancrage adaptée à un montage et démontage rapide d'au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. Ledit pieu de fondation étant apte à soutenir au moins un élément d'usine sans recourir à une semelle ou un radier. La figure 1 illustre une coupe dans un plan vertical d'un pieu de fondation 10 selon l'invention. Le pieu de fondation 10 représenté à la figure 1 comprend un corps en béton armé 12 disposé dans le sol 22 et une tête de pieu 14. Le corps en béton armé 12 et la tête de pieu 14 sont constitués de béton 16 renforcé par une armature métallique 18. Une partie du corps en béton armé 12 et de la tête de pieu 14 est enveloppée par une enveloppe en acier 20. Ladite enveloppe en acier 20 est liée au sol 22 au moyen d'un ciment 24. La tête de pieu 14 comprend en outre une platine 26 ainsi qu'un élément d'ancrage sous la forme d'une tige filetée 28. Selon un mode de réalisation, le pieu de fondation 10 peut présenter une forme de révolution autour d'un axe de révolution A. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'axe de révolution A est sensiblement vertical. Un pieu de fondation selon l'invention peut avoir une section dans un plan perpendiculaire à l'axe de révolution A, de préférence dans un plan horizontal, circulaire, carrée, triangulaire, ou encore hexagonale. La forme de ladite section du pieu de fondation 10, et en particulier la surface de cette section est déterminée par le type d'élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être soutenu par ledit pieu de fondation 10. De même, la longueur ou encore la profondeur du pieu de fondation est déterminée en particulier, en fonction de l'élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être soutenu par le pieu de fondation 10 ainsi que par la nature du sol 22. Selon un mode de réalisation de l'invention, le pieu de fondation 10 peut présenter une forme cylindrique de diamètre supérieur ou égal à 15 centimètres ou encore supérieur ou égal à 30 centimètres et/ou inférieur ou égal à un mètre ou encore inférieur ou égal à 60 centimètres et une hauteur supérieure ou égale à un mètre, ou encore supérieure ou égale à trois mètres, et/ou inférieure ou égale à 6 mètres ou encore inférieure ou égale à 5 mètres. L'enveloppe rigide 20 présente une forme sensiblement identique au pieu de fondation 10. Cependant, la longueur de l'enveloppe rigide 20 peut être plus courte que celle du pieu de fondation 10, par exemple, l'enveloppe rigide 20 présentera une longueur supérieure ou égale à 50 centimètres ou encore supérieure ou égale à 1 mètre et/ou inférieure ou égale à 3 mètres ou encore, inférieure ou égale à 2 mètres. L'enveloppe rigide 20 est maintenue fixe par rapport au sol 22 au moyen d'un ciment 24. La composition du ciment 24 peut être déterminée par l'homme du métier en fonction de la nature du sol 22 et du matériau de l'enveloppe rigide 20. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe rigide 20 peut être en métal, par exemple, en acier, ou encore en un matériau plastique. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, la tête de pieu 14 est recouverte d'une platine 26. La platine 26 peut être en un matériau rigide de préférence dans le même matériau que l'enveloppe rigide 20, par exemple en acier ou en matière plastique. La platine 26 peut être fixée, par exemple, par soudure à l'enveloppe rigide 20. Avantageusement, la platine sert de support à l'élément d'une usine à gaz destiné à être soutenu par le pieu de fondation 10. La platine 26 étant fixé à l'enveloppe rigide 20 elle-même liée au sol 22 via le ciment 24, cela permet de maintenir ladite platine 26 fixe par rapport au sol 22. Avantageusement, la platine 26 est apte à servir de support stable d'un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz supporté par le pieu de fondation 10. Le pieu de fondation 10 représenté à la figure 1 comprend comme élément d'ancrage une tige filetée 28. Selon d'autres modes de réalisation l'élément d'ancrage 28 peut comprendre une tige filetée et/ou une crosse et/ou une plaque d'ancrage et/ou tout autre moyen d'ancrage connu de l'homme du métier. L'élément d'ancrage 28 est constitué d'un corps d'ancrage 30 noyé dans le béton armé 16 du pieu de fondation 10 et d'une tête d'ancrage 32 dépassant de la tête de pieu 14. Le corps d'ancrage 30, en particulier sa forme et sa composition, est déterminé en fonction de l'élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être ancré à l'élément d'ancrage 28. Typiquement, le corps d'ancrage a une longueur supérieure ou égale à 20 centimètres ou encore supérieure ou égale à 50 centimètres et/ou supérieure ou égale à 1 mètre ou encore inférieure ou égale à 70 centimètres. La tête d'ancrage 32 peut être constituée de tous moyens d'ancrage connus de l'homme du métier, comme une tige filetée et/ou une crosse et/ou une plaque d'ancrage. Selon un mode de réalisation de l'invention, la platine 26 est traversée par les éléments d'ancrage et peut être fixée, par exemple par soudage, à l'élément d'ancrage 28. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un pieu de fondation selon l'invention. La figure 2 illustre différentes étapes d'un procédé de fabrication selon l'invention. Le procédé de fabrication d'un pieu selon l'invention peut comprendre une étape A0, non représentée sur la figure 2, où l'on détermine les dimensions du corps en béton armé 12 et de la tête de pieu 14 du pieu de fondation 10 à fabriquer, ainsi que les caractéristiques de l'élément d'ancrage 32. Ces dimensions et caractéristiques peuvent être déterminées en fonction de l'élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être au moins, partiellement supporté par ledit pieu de fondation 10 et/ou des paramètres géologique du sol 22. Un procédé de fabrication d'un pieu de fondation 10 peut comprendre une étape Al ou l'on sélectionne une enveloppe rigide 20, par exemple en acier, de forme et de dimensions sensiblement égales à celles du pieu de fondation 10 à fabriquer. Un procédé de fabrication d'un pieu selon l'invention peut comprendre une étape A2, représentée à la figure 2A où l'on enfonce ladite enveloppe en acier 20 dans le sol 22 à l'endroit où le pieu de fondation 10 est destiné à être placé. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe en acier 20 dépasse du sol 22 d'une hauteur correspondant à la hauteur de la tête de pieu 14 du pieu de fondation 10 à fabriquer. Un procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre une étape A2bis représentée à la figure 2B où l'on scelle ladite enveloppe en acier 20 par injection d'un coulis de ciment 24 autour de la périphérie enterrée de ladite enveloppe 20. Un procédé de fabrication selon l'invention peut en outre comprendre une étape A3 non représentée à la figure 2, où l'on excave le volume intérieur de l'enveloppe en acier 20. Selon une variante de l'invention, le procédé peut comprendre une étape où l'on excave le sol 22 sur une profondeur supérieure à celle de l'enveloppe en acier 20. Un procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre une étape B représentée à la figure 2C où l'on dispose des armatures métalliques 18 dons le trou excavé précédemment, par exemple au cours de l'étape A3. Un procédé selon l'invention peut comprendre une étape C représentée à la figure 2D où l'on coule du béton 16 à l'intérieur du trou précédemment excavé afin de former le corps en béton armé 12 ainsi qu'une partie de la tête de pieu 14. Un procédé selon l'invention peur comprendre une étape D représentée à la figure 2E où l'on dispose un élément d'ancrage 28 sur la tête de pieu dudit pieu 10 à fabriquer. Selon une variante de l'invention, on peut également disposer sur la tête de pieu 14, une platine 26 fixée à l'enveloppe en acier 20, par soudage. Avantageusement, la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de pieu selon l'invention est rapide, facile, et nécessitant une quantité de béton limitée. La mise en oeuvre de l'invention afin de supporter un élément d'une usine à gaz peut être illustrée par l'exemple suivant. Comme illustré sur la figure 3, les pieux de fondation 5 10 selon l'invention peuvent être utilisés afin de servir de fondation à un réservoir 34. Le réservoir 34 est lié au pieu de fondation 10 au moyen de triangle métallique de stabilisation 36. Avantageusement, les triangles métalliques de 10 stabilisation 36 permettent d'excentrer la position des pieux de fondation 10 et permettent d'avoir un bras levier important. Ainsi, le support du réservoir 34 ne nécessite pas de radiers. Selon un mode de réalisation de l'invention, les 15 assemblages, en particulier entre les triangles métalliques de stabilisation 36 et les éléments d'ancrage des pieux de fondation 10 peuvent être réalisés au moyen d'un système de boulonnage avec l'élément d'ancrage desdits pieux 10. Avantageusement, cela permet une réalisation plus facile et 20 rapide des opérations de montage et de démontage. Avantageusement, cela permet également de réemployer les pièces après démontage. Afin d'illustrer la configuration représentée à la figure 3, les inventeurs ont calculé un exemple de pré- 25 dimensionnement des pieux des fondations 10 selon l'invention, aptes à supporter un réservoir circulaire 34. Les inventeurs ont pu mettre en évidence qu'une disposition comprenant 6 triangles métalliques de 30 stabilisation 36 de longueurs verticales et horizontales environ égales à 1,5 mètres permet une stabilisation optimale du réservoir 34. Avantageusement, le nombre de triangles métalliques permet de diminuer de manière importante les efforts à reprendre et ainsi de diminuer les sections et/ou profondeurs des pieux nécessaires à la stabilisation du réservoir 34. A partir de cette configuration, les inventeurs ont pu déterminer les dimensions des pieux selon des caractéristiques géologiques du sol 22. Dans le cas d'un sol en sable à grain moyennement compact, module pressiométrique EM=30MPa, pression limite de 1,5 MPa, les charges limites des pieux de fondation peuvent être déterminées à partir de l'effet de pointe (pieux en compression) et/ou de frottement (pieux en compression et en traction). Les inventeurs ont pu mettre en évidence que les pieux d'une profondeur de 4 mètres et d'un diamètre de 30 centimètres permettent un support optimal d'un réservoir 34 selon les caractéristiques des tableaux 1 et 2. Les pieux selon l'invention peuvent également être utilisés afin de réaliser des fondations de type support de compresseur (dit � compressor skid �) utilisées en particulier pour les machines tournantes d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. Selon l'état de la technique, les moteurs et compresseurs des usines de liquéfaction et/ou séparation de gaz sont ancrés directement sur un radier massif. Les inventeurs ont pu mettre en évidence la possibilité de remplacer un tel radier massif par un système de pieux de 25 fondation 34, comme illustré sur la figure 4. Le système de pieux de fondation 34 permet d'assurer l'ancrage au sol et peut être associé à un bac rempli d'un matériau cohésif fournissant ainsi la masse nécessaire pour augmenter l'inertie du système afin d'éviter de trop grand 30 déplacement en cas de mis en résonnance. Comme illustré sur la figure 4, ledit bac peut être constitué de parois en béton préfabriquées 38, boulonnées sur des tiges filetées latérales 40 disposées sur les têtes de pieux 14 des pieux de fondation 10. Le bac peut être rempli d'un matériau cohésif par exemple du béton. Le béton préalablement coulé dans le bac pourra au moment du démantèlement être détruit grâce par exemple à l'insertion d'un matériau de gonflement versé dans des réservations prévus dans ledit béton. Avantageusement, un tel système permet de recourir à des éléments préfabriqués permettant un gain de temps dans la réalisation des fondations et limitant le nombre d'intervenant sur le chantier. La précision du montage des éléments d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz est assurée par les platines 26 et les tiges filetées 28. Dans le cas d'un démantèlement de l'installation, une fois les éléments d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, par exemple les machines tournantes, démontées, le démantèlement du système de fondation est rapide. Ce démantèlement peut être fait par exemple par destruction du béton de remplissage, vidage du bac, destruction des parois et découpage des têtes de pieux 14. L'invention de se limite pas aux modes de réalisation décrits et doit être interprétée de façon non limitative et comme englobant tout mode de réalisation équivalent.25 REVENDICATIONS 1. Pieu de fondation (10) apte à soutenir au moins un 5 élément (34) d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, ledit pieu comprenant : -un corps en béton armé (12), et - une tête de pieu (14) comprenant au moins un élément d'ancrage (28), 10 ledit élément d'ancrage (28) étant conformé pour permettre l'ancrage à ladite tête de pieu (14) d'au moins un élément (34) d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. 2. Pieu de fondation selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que la tête de pieu (14) comprend une platine (26) conformée pour supporter au moins en partie ledit au moins un élément (34) d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz. 20 3. Pieu de fondation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe rigide de protection (20) enveloppant au moins partiellement ledit corps en béton armé (12) et ladite tête de pieu (14), ladite enveloppe rigide de protection (20) étant fixée à ladite 25 platine. 4. Pieu de fondation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un élément d'ancrage (28) comprend une tige filetée et/ou une 30 crosse et/ou une plaque d'ancrage. 5. Procédé de fabrication d'un pieu de fondation selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes où :A- l'on excave un trou de dimensions sensiblement égales à celles du corps en béton armé (12) du pieu de fondation à fabriquer et l'on dispose un coffrage de dimensions sensiblement égales à celles de la tête de pieu (14) du pieu de fondation à fabriquer ; B- l'on dispose des armatures (18) dans ledit trou ; C- l'on coule du béton (16) dans ledit trou afin de former ledit corps (12) de pieu ; D- l'on dispose au moins un élément d'ancrage (28) sur 10 la tête de pieu (14) dudit pieu (10) à fabriquer. 6. Procédé de fabrication d'un pieu (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape A comprend les étapes suivantes où: 15 Al-l'on sélectionne une enveloppe rigide de protection (20) de forme et de dimension sensiblement égales à celles du pieu (10) à fabriquer et tenant lieu de coffrage pour la tête de pieu (14), A2- l'on enfonce ladite enveloppe rigide de protection 20 (20) dans le sol à l'endroit où ledit pieu est destiné à être placé, A3 - l'on excave à l'intérieur de ladite l'enveloppe rigide de protection (20) un trou sensiblement de même dimension que le corps en béton armé (12) du pieu à 25 fabriquer. 7. Procédé de fabrication d'un pieu selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'étape D comprend également la mise en place sur la tête de pieu (14) 30 d'une platine (26) conformée pour supporter au moins une partie d'au moins un élément d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz (34). 8. Procédé de fabrication d'un pieu selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'avant l'étape A, le procédé comprend une étape où l'on détermine les dimensions du corps en béton armée (12) et de la tête de pieu (14) du pieu (10) à fabriquer et/ou les caractéristiques de l'élément d'ancrage (28) en fonction de l'élément (34) d'usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz destiné à être au moins partiellement supporté par ledit pieu (10) et/ou de paramètres géologiques du sol (22). 9. Usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, caractérisée en ce qu'au moins un élément (34) de ladite usine est supporté par au moins un pieu (10) selon l'une des revendications 1 à 4. 10. Procédé de construction d'une usine de liquéfaction et/ou séparation de gaz, comprenant au moins une étape où l'on dispose au moins un élément (34) de ladite usine sur une pluralité de pieux (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.