Brevet FR2942248A1 — publié le 20100820

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 de détermination de la force portante dont le tube de mesure n'est pas soumis à des frottements au niveau de sa surface interne et ne comportant pas d'importantes protubérances susceptibles de nuire à l'enfoncement du pieu. 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, 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 solidaire du premier tube. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un unique actionneur assurant le blocage et le déplacement du second tube de mesure par rapport au premier tube principal. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'actionneur est un vérin annulaire disposé entre le premier 10 tube et le second tube. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le vérin comporte une chambre annulaire, dans laquelle se déplace un piston solidaire du second tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, le 15 troisième tube est disposé également à l'intérieur du premier tube afin d'assurer le centrage et le guidage selon l'axe du second tube lors de sa translation de par rapport au premier tube. Selon une autre caractéristique de l'invention, le second 20 tube est soumis à l'action d'un second actionneur de manière à exercer une poussée afin de l'enfoncer dans le sol. L'invention concerne également un procédé de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage mettant en œuvre un dispositif selon 25 l'invention, caractérisé en ce qu'on maintient l'actionneur sous tension afin de conserver le second tube solidaire du premier tube, 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 30 le second tube du premier tube, on relève le premier tube, on actionne en traction le vérin jusqu'au décollement par retrait du second tube par rapport au sol, et on mesure la capacité portante locale lors du décollement du second tube. Selon une caractéristique du procédé, on mesure la 35 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. 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 5 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. 10 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 dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale du dispositif selon 15 l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe illustrant plus particulièrement les liaisons des éléments entre-eux, - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe illustrant la réalisation du vérin, et 20 - les figures 6a et 6b illustrent une variante de réalisation du dispositif. La figure 1 représente un dispositif de détermination de la force portante d'un pieu 1 enfoncé dans le sol par vibrofonçage, selon l'invention. Le dispositif comporte un 25 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 on cherche à calculer la force portante. Le vibrateur 2 est classiquement soutenu par un véhicule de chantier (non 30 représenté), par exemple au moyen d'un crochet 8, 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 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 35 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 tube principal 3 et est relié à un actionneur 5 (non visible sur cette figure) qui sera plus particulièrement décrit par la suite. Le tube principal 3 est relié au vibrateur 2 au moyen de mors 10. Les tubes 3 et 4 constituent un pieu 1 destiné à être enfoncé par vibrofonçage dans le sol au mcyen du vibrateur 2. La figure 2 est une vue de la partie inférieure II du pieu 1 (représentée par un cadre en pointillés sur la figure 1) et illustre plus particulièrement les liaisons entre les différents éléments constituant le pieu 1. Le tube de mesure 4 est de diamètre sensiblement inférieur au diamètre du tube principal 3 afin de pouvoir coulisser dans le tube principal. L'actionneur 5 est un actionneur unique assurant le blocage ou le déplacement du tube de mesure 4 par rapport au tube principal 3. 15 L'actionneur 5 se présente sous la forme d'un vérin annulaire disposé entre le tube principal 3 et le tube de mesure 4. Un troisième tube 9, dit "tube interne fixe" est disposé à l'intérieur du tube de mesure 4 et du tube principal 3. Le tube interne fixe 9 est solidaire du tube principal 3. Le 20 tube interne fixe 9 assure l'isolation de la paroi interne du tube de mesure 4. La partie supérieure du tube interne fixe se prolonge jusqu'à l'intérieur du tube principal 3. Le tube interne fixe 9 comporte à son extrémité inférieure une semelle 7 spécialement traitée pour être résistantes aux 25 contraintes lors de l'enfoncement du pieu. La figure 3 est une vue en coupe du piston annulaire 5 selon un premier mode de réalisation. On peut distinguer sur cette figure que le tube interne fixe 9 comporte une extrémité supérieure 11 sensiblement 30 évasée afin de présenter un diamètre externe égale au diamètre interne du tube 3 principal afin de pouvoir solidariser ces tubes 3 et 9 (par exemple par soudage). Dans ce premier mode de réalisation, le vérin 5 comporte une chambre annulaire 6, dont la paroi externe est réalisée 35 par le tube principal 3 et la paroi externe est réalisée par le tube interne fixe 9 et un piston 15, mobile en translation et relié au second tube 4 par des tiges de piston 16. Une première conduite 12 (par exemple une conduite souple) assure l'alimentation en fluide de la partie haute de la chambre 6. Une seconde conduite 21 assure l'alimentation en fluide de la partie basse de la chambre 6. Ces conduites 12 et 21 sont disposées à l'intérieur du tube principal 3 et permettent d'assurer l'alimentation en fluide (par exemple de l'huile) de la chambre 6, depuis un réservoir qui pourra être porté par le véhicule de chantier, le crochet 8 ou le vibrateur 2 (non représentés). Ainsi la mise sous pression de la partie haute ou basse de la chambre 6 permet de déplacer le second 10 tube 4 par rapport aux premier et troisième tubes. La figure 4 illustre un second mode de réalisation du vérin annulaire 5. Ce mode de réalisation diffère de celui précédemment décrit par le fait que le vérin est un vérin double effet rapporté entre le tube principal 3 et le tube de 15 mesure 4. Le vérin annulaire 5 comporte un corps de vérin 14 solidaire du tube principal 3 (par exemple par soudage ou vissage). Une jupe 13 de même diamètres externe et interne que le tube principal 3 prolonge le vérin annulaire 5. Le vérin annulaire 5 comporte une chambre annulaire 6 dans 20 laquelle se déplace un piston annulaire 15. Des entrées d'alimentation supérieure 17 et inférieure 18 permettent d'alimenter la chambre 6 en fluide, d'un côté ou de l'autre du piston 15 afin de le déplacer dans un sens ou dans l'autre. Le piston annulaire 15 est relié au tube de mesure 4 25 au moyen de tiges de piston 16 qui pourront, par exemple, être vissées dans l'épaisseur du tube de mesure 4. Avantageusement, des carters coniques 19 et 20 prolongent le corps de vérin 14 afin d'améliorer sa pénétration et sa progression dans le sol. 30 La figure 5 est une vue de dessus en coupe du vérin 5 selon le plan AA (visible sur la figure 4). Cette vue illustre la liaison entre le piston et le tube de mesure. On peut notamment distinguer sur cette figure que le tube de mesure 4 est disposé entre le tube interne fixe 9 et la jupe 35 13. On peut aussi distinguer que le tube de mesure 4 est solidarisé au piston 15 (non visible) au moyen de quatorze tiges de piston 16. 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 des joints à lèvre) afin d'empêcher des souillures de pénétrer à l'intérieur des premier et second tubes lors de leurs déplacements relatifs. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le 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 10 véhicule de chantier, - on maintient le vérin 5 sous tension afin de conserver le tube de mesure 4 solidaire du tube principal 3, - on déplace l'ensemble constitué du vibrateur 2, des premier 3 et second 4 tubes et du troisième tube interne fixe 15 9 jusqu'à ce qu'il soit en contact avec le sol, - on actionne le vibrateur afin d'enfoncer les tubes 3, 4 et 9 à une profondeur prédéterminée (par exemple 3 m) dans le sol, - on libère la tension du vérin 5 afin de libérer le tube 20 de mesure 4 du tube principal 3, - 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 25 la désolidarisation du tube principal 3 et du tube de mesure 4, - on actionne en traction le vérin 5 jusqu'au décollement par retrait du tube de mesure 4, et - on mesure la capacité portante locale lors du 30 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 entre le tube principal 3 et le tube interne 9. Seule sa paroi externe est en contact avec le sol puisqu'elle est 35 isolée par le tube interne 9. 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 fixe 9 est n'est donc soumise à aucun effort. Durant cette phase de mesure, le tube interne fixe 9 est soumis aux efforts de portance d'une part au niveau de sa paroi externe, au niveau de la semelle et d'autre part au niveau de sa paroi interne, en raison des éléments constituant le sol, ayant pénétré à l'intérieur du pieu. De plus le tube interne fixe est solidaire du tube principal 3. Ainsi, lors de la remontée du tube de mesure 4, le tube interne fixe 9 demeure immobile. Le pieu 1 est ensuite redescendu puis enfoncé pour effectuer une autre mesure. Le procédé est ainsi répété sur 10 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 15 portances locales afin de déterminer la portance totale du pieu. 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 20 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 fixe. Les efforts relatifs à ces matériaux s'appliquent donc sur le 25 tube interne fixe 9 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 30 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. 35 Sur la figure 6a, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle un actionneur supplémentaire a été rajouté afin de mesurer une friction de contact finale. On retrouve sur cette figure le tube interne fixe 9, le tube de mesure 4 et la jupe 13. A cette fin, le tube 4 est soumis à l'action d'un actionneur 40, par exemple vérin annulaire, alimenté par les conduits 41 et 42. Cet actionneur permet d'actionner en fin de course du tube de mesure 4 le tube 4 afin de déterminer la friction finale. Sur cette figure, la partie A représente le vérin annulaire de mesure de la friction latérale, la partie B le vérin annulaire de mesure de la friction de contact finale et la partie C le tube principal. Sur la figure 6b, on a représenté le tube de mesure 4 en fin de course après l'action du vérin 40 qui a actionné ce tube 4 en translation suivant la flèche F par rapport au tube interne fixe 9 pour l'enfoncer dans le sol. Ainsi, la mesure de la friction ne se fait plus dans cette phase finale par retrait du tube 4 mais par une poussée permettant de déterminer la pression maximale de poussée du vérin 40 et par suite la mesure de la friction de contact. REVENDICATIONS1. 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 (9) disposé contre au moins la paroi interne du second tube (4), ledit troisième (9) tube assurant l'isolation de la paroi interne dudit second tube (4) et étant solidaire du premier tube (3). 2. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier actionneur (5) assurant le blocage et le déplacement du second tube (4) de mesure par rapport au premier tube (3) principal. 3. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'actionneur (5) 20 est un vérin annulaire disposé entre le premier tube (3) et le second tube (4). 4. Dispositif de détermination de la force portante selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vérin (5) comporte une chambre annulaire (6), dans laquelle se déplace 25 un piston solidaire du second tube (4). 5. Dispositif de détermination de la force portante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième tube (9) est disposé également à l'intérieur du premier tube (3) afin d'assurer le centrage et le guidage 30 selon l'axe (Z) du second tube (4) lors de sa translation de par rapport au premier tube (3). 6. Dispositif de détermination de la force portante selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second tube (4) est soumis à l'action d'un second 35 actionneur (40) de manière à exercer une poussée afin de l'enfoncer dans le sol. 7. Procédé de détermination de la force portante d'un pieu enfoncé dans le sol par vibrofonçage mettant en œuvre un 2942248 lo dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que : - on maintient l'actionneur (5) sous tension afin de conserver le second tube (4) solidaire du premier tube (3), 5 - 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 le second tube (4) du premier tube (3), 10 - on relève le premier tube (3), - on actionne en traction le vérin (5) jusqu'au décollement par retrait du second tube (4) par rapport au sol, et - on mesure la capacité portante locale lors du 15 décollement du second tube(4). 8. Procédé selon la revendication 7, 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.