Brevet FR2980222A1 — publié le 20130322

[0001] La présente invention est relative aux procédés de réparation d'ouvrages de génie civil. Elle concerne plus précisément les ouvrages de construction dont les fondations comportent des pieux d'ancrage au sol et une ou plusieurs semelles en béton pour transférer les charges de l'ouvrage vers ces pieux. [0002] Chaque semelle repose sur plusieurs pieux et reçoit une pile sur sa face supérieure. Dans une configuration typique, les pieux sont répartis sous la périphérie de la semelle, et la pile est placée sensiblement au centre de la semelle. Les semelles travaillent en flexion pour transférer les charges des piles vers les pieux. Pour cette raison, elles doivent avoir une épaisseur relativement importante. [0003] Une semelle est ainsi un élément structurel en béton très massif. A ce titre, elle est sujette, lors de sa réalisation, à une élévation de température qui peut être importante, due à la chaleur interne d'hydratation du béton. [0004] On sait maîtriser cette montée en température. Pour réaliser cette limitation de la montée en température, la semelle est éventuellement refroidie pendant la prise du béton. Il a, en effet, été démontré qu'une montée en température trop élevée (supérieure à 70°C) provoque l'initiation de réactions secondaires dans le béton qui se font au détriment de sa durabilité. C'est par exemple le cas de la Réaction Sulfatique Interne (RSI) qui provoque le gonflement du bloc de béton et la désagrégation progressive depuis la surface vers le coeur dudit bloc en béton. Cette réaction s'étend sur le long terme. [0005] Un certain nombre d'ouvrages ont été réalisés avec des précautions insuffisantes ou avant que ce phénomène ne soit suffisamment connu. Ces ouvrages présentent aujourd'hui des pathologies potentiellement graves. Les semelles ou autres éléments structurels massifs indispensables à la résistance et à la stabilité de la structure risquent de se fissurer et se désagréger, la mettant en péril. [0006] Une solution classique consiste à démolir l'ouvrage et à le reconstruire. Il est aussi possible de construire une nouvelle fondation (semelle + pieux) et de la connecter aux piles existantes. [0007] Ces solutions connues présentent notamment l'inconvénient d'un coût de reconstruction entière ou partielle assez élevé. L'emprise de l'ouvrage augmente et le temps d'exécution des travaux est souvent long qui entraîne des conséquences négatives sur l'usage normal de l'ouvrage voire l'interdiction de son usage. La construction d'une nouvelle fondation n'est pas toujours possible au regard de la géométrie de l'ouvrage et de la configuration du terrain avoisinant, ou peut entraîner de très fortes contraintes. De plus, les autres éléments, non défectueux, de la fondation seront aussi éliminés en même temps que ceux qui sont endommagés. [0008] La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients, ou d'en limiter l'incidence. [0009] A cet effet, l'invention propose un procédé de réparation d'un ouvrage de construction ayant plusieurs pieux, une semelle en béton reposant sur les pieux et une pile disposée au-dessus de la semelle de façon que des charges soient transférées de la pile aux pieux par l'intermédiaire de la semelle. Ce procédé comprend: réaliser un corps en béton armé au-dessus de la semelle et autour de la pile; connecter le corps en béton armé à la pile; et connecter certains au moins des pieux au corps en béton armé à travers la semelle. [0010] Grâce à ce procédé, on peut réparer sans trop de difficultés la semelle défectueuse, tout en réutilisant les structures saines de l'ouvrage, notamment les piles et les pieux. 15 Fonctionnellement, cette semelle sera remplacée par le corps en béton armé réalisé au- dessus d'elle. Le procédé évite d'augmenter l'emprise de l'ouvrage. Il est avantageux que les travaux soient réalisés essentiellement sur le dessus de la semelle existante à réparer. On évite en particulier l'installation d'un coffrage sur la face inférieure de la semelle. Le temps d'exécution et le coût des travaux seront réduits tout en maintenant autant que 20 possible l'usage normal de l'ouvrage. [0011] Dans un mode de réalisation, la réalisation du corps en béton armé comprend la réservation de zones non bétonnées au-dessus de certains au moins des pieux, et la connexion d'un pieu au corps en béton armé comprend: enlever du béton de la semelle au-dessus du pieu à travers la zone non- 25 bétonnée; - engager au moins un ferraillage de connexion dans le pieu en faisant dépasser ce ferraillage jusqu'au corps en béton armé; et - sceller le ferraillage de connexion avec un produit de scellement coulé au moins jusqu'à la face supérieure du pieu. 30 [0012] Dans un autre mode de réalisation, au moins un pieu a des armatures qui s'étendent jusque dans l'épaisseur de la semelle, et la connexion d'un tel pieu au corps en béton armé comprend: enlever du béton de la semelle au-dessus du pieu à travers la zone non-bétonnée, en conservant la partie des armatures du pieu s'étendant dans 35 l'épaisseur de la semelle; et .^ ^ ^ disposer dans la zone dégagée des ferraillages nouveaux permettant le prolongement par recouvrement des armatures du pieu vers le corps en béton armé. [0013] Dans un autre mode de réalisation, le béton de la semelle situé au-dessus d'un pieu est enlevé sur l'épaisseur de la semelle par secteurs angulaires successifs. La connexion d'un pieu au corps en béton armé comprend alors, après avoir enlevé le béton de la semelle dans l'un des secteurs et avant d'enlever le béton de la semelle dans un secteur suivant: ^ forer au moins un trou dans le pieu en dessous du secteur; engager au moins un ferraillage de connexion dans chaque trou foré en dessous du secteur; et sceller chaque ferraillage de connexion engagé dans un trou foré en dessous du secteur. [0014] Les ferraillages de connexion à sceller peuvent être engagés dans des trous respectifs forés dans le pieu. Ces trous peuvent, dans leurs sections transversales, se recouvrir ou ne pas se recouvrir. Ils sont par exemple répartis le long de la périphérie du pieu. [0015] Un mode de réalisation du procédé comprend en outre les étapes suivantes: installer des structures de support en tête des pieux, sous la semelle; installer des structures de transfert à travers la semelle, les structures de transfert prenant appui sur les structures de support à leur partie inférieure; et faire transférer les charges du corps en béton armé vers les pieux par l'intermédiaire desdites structures de transfert avant de réaliser la connexion des pieux au corps en béton armé. [0016] Les structures de transfert peuvent être équipées d'un système de levage activé pour le transfert des charges du corps en béton armé vers les pieux. Ce système de levage est désactivé après la connexion des pieux au corps en béton armé. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, et des exemples de réalisation représentés sur les dessins, sur lesquels : les Figs. 1A, 1B sont des vues d'ensemble en perspective, d'une fondation en béton d'un ouvrage de génie civil auquel est appliquée un exemple de réalisation du procédé de réparation selon invention, avant et après la réparation; - les Figs. 2A, 2B et 3A, 3B sont des vues de côté et de dessus de la fondation des Figs. 1A, 1B; - les Figs. 4A, 4B sont des vues en coupe axiale de cette même fondation, prises selon la ligne A-A' des Fig. 3A, 3B; - les Figs. 5A-C sont des vues agrandies du détail IIA de la Fig. 4A, illustrant des étapes successives du procédé; - la Fig. 6A est un schéma en vue de dessus illustrant le traitement par secteurs d'une semelle endommagée au-dessus d'un pieu; les Figs. 6B-6D sont des schémas en vue de dessus montrant quelques configurations possibles de ferraillages de connexion sur la section d'un pieu; - la Fig. 7 est une vue en coupe axiale d'une fondation en béton d'un ouvrage de construction, réparée selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention; la Fig. 8 est un schéma illustrant une structure de support utilisable dans cet autre mode de réalisation; les Figs. 9A-F sont des vues agrandies du détail IIB de la figure 7, illustrant des étapes de cet autre mode de réalisation du procédé; et les Figs. 10A-D sont des vues agrandies du détail IIA de la Fig. 4A, illustrant des étapes successives du procédé selon un autre mode de réalisation. [0018] En référence aux dessins annexés, on va maintenant décrire des formes de réalisation de la présente invention. Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques, présents dans plusieurs figures distinctes, sont affectés d'une seule et même référence numérique ou alphanumérique. [0019] Le procédé considéré ici vise à la réparation d'un ouvrage en béton dont les fondations sont endommagées ou fragilisées. Ces fondations comportent un ou plusieurs ensembles du genre illustré aux figures 1 à 4. Un tel ensemble (fondation) comporte un certain nombre de pieux bétonnés 1, sur lesquels repose une semelle 2 en béton armé. Une pile 3 en béton armé prend appui sur cette semelle 2, au-dessus et au centre I. Cette pile 3 ne recouvre pas les surfaces qui sont situées directement au-dessus de certains au moins des pieux 3. Le rôle de la semelle 2 est de transmettre des charges de l'ouvrage exercées par la pile 3 vers les pieux 1. [0020] Dans la construction des ouvrages de certaines dimensions, chaque pieu 1 est bétonné après installation d'une cage d'armatures 7' à l'intérieur d'un trou foré dans le sol, la cage 7' et le pieu 1 dépassant d'une certaine hauteur au-dessus du sol. Une partie du pieu 1 peut être immergée. Par exemple, la semelle 2 peut se trouver à faible distance au-dessus du niveau de l'eau. [0021] Les pieux 1 ont typiquement une forme de colonne cylindrique de révolution ayant chacune un centre II. Ils sont par exemple disposés symétriquement autour du centre I de la semelle 2. Dans l'exemple représenté, la géométrie de la semelle est rectangulaire en vue de dessus, avec deux plans de symétrie perpendiculaires X-X' et Y-Y'. [0022] Les Figs. 1A-4A montrent la fondation en béton avant exécution de la réparation, tandis que les figures 1B-4B la montrent après réparation. [0023] Un corps en béton armé 2' est réalisé sur la semelle existante 2, autour de la pile 3. Une fois la réparation terminée, ce corps 2' jouera le rôle d'une semelle de remplacement ou de renforcement. Avant coulage du béton, les armatures métalliques du corps 2' sont posées. Elles peuvent éventuellement être connectées à la pile 3. Le coffrage recevant le béton du corps 2' est formé de manière à réserver une zone non bétonnée 10 respective 4 au-dessus de chaque pieu 1. La section transversale de ces zones non bétonnées 4 est sensiblement de même diamètre que les pieux 1, comme le montre la Fig. 5A. [0024] Une fois que le béton du corps 2' a été coulé, il peut lui être appliqué une précontrainte à l'aide de câbles de précontrainte comme il est usuel dans les techniques de 15 construction. Les câbles de précontrainte peuvent également être configurés pour presser le corps en béton armé 2' sur la pile 3 afin de connecter mécaniquement le corps 2' et la pile 3. [0025] La Fig. 5A est une vue agrandie du détail IIA de la Fig. 4B, montrant un exemple d'une partie de la fondation, avec la réservation d'une zone non bétonnée 4 au-dessus d'un 20 pieu 1 existant. Dans le fond de cette réservation 4 et sur la surface de la semelle 2, on enlève sur l'épaisseur de la semelle 2, par secteurs angulaires successifs, le béton contaminé de la semelle 2 au-dessus du pieu 1 à travers la zone non-bétonnée 4, comme illustré aux Figs. 5B et 6A, par exemple par hydrodémolition. [0026] Après enlèvement du béton contaminé sur un secteur 5, on fore un ou plusieurs 25 trous 6 dans la partie supérieure du pieu 1 sous ce secteur 5, et on engage un ferraillage de connexion 7 dans chacun de ces trous 6, en faisant dépasser ce ferraillage 7 au moins jusqu'au niveau du corps en béton armé 2'. Les trous 6 sont percés dans les pieux 1 en prenant garde de ne pas toucher les cages d'armatures 7' de ces pieux. On coule ensuite un produit de scellement tel qu'un mortier ou un coulis de ciment dans les trous 6 et on 30 remplit de béton armé le secteur 5 sur l'épaisseur de la semelle existante 2. Après prise de ce produit de scellement et du béton armé dans le secteur 5 (Fig. 5C), on répète l'opération sur le secteur suivant jusqu'à avoir remplacé tout le béton contaminé au dessus du pieu. Cette opération peut être réalisée successivement pour chaque pieu, par exemple sur trois secteurs de 120° ou encore sur quatre secteurs de 90° comme illustré sur la figure 6A. Une 35 fois que tout le béton contaminé au-dessus d'un pieu 1 a été remplacé, un béton armé 4', identique ou non à celui qui a été mis dans le secteur 5 est coulé dans la zone non-bétonnée 4 pour compléter la connexion entre le corps en béton 2' et le pieu 1. [0027] La substitution progressive du béton contaminé peut être réalisée de diverses autres façons. Par exemple, les trous cylindriques 6 recevant les ferraillages de connexion 7 peuvent être forés dans la semelle 2 depuis le fond des réservations 4, sur toute l'épaisseur de la semelle 2 et jusqu'à une certaine profondeur dans les pieux 1, sans procéder préalablement à une démolition du béton de la semelle 2. Il est toutefois préférable de remplacer la totalité du béton de la semelle 2 dans les parties situées au-dessus des pieux 1, par exemple par secteurs successifs. Le béton de remplacement dans ces parties peut éventuellement être muni de ferraillages d'armature en plus des ferraillages verticaux 7. Il agit comme un plot pour transférer le poids de l'ouvrage du corps 2', qui jouera le rôle de semelle de remplacement, vers les pieux 1. 100281 Différentes répartitions sont possibles sur la section transversale d'un pieu 1 pour les trous 6 et les ferraillages d'armature 7. La Fig. 6B montre un exemple de répartition de ces trous 6 et ferraillages 7 le long de la périphérie du pieu 1, juste à l'intérieur de la cage d'armature 7'. Dans la configuration représentée sur la Fig. 6C, certains trous 6 sont ajoutés dans la partie centrale du pieu 1, sans toutefois que les différents trous 6 se recouvrent dans leurs sections transversales. Dans l'exemple de la Fig. 6D, les ferraillages 7 sont plus nombreux, et les trous 6 qui les reçoivent ont des sections transversales qui se recouvrent. Dans ce cas, chaque trou 6 est foré après prise du produit de scellement dans les trous adjacents déjà réalisés. [0029] Le procédé de réparation selon la présente invention s'effectue en intervenant sur le dessus de la semelle 2. Cela permet de limiter l'emprise de l'ouvrage tout en évitant d'avoir à réaliser un coffrage en sous-face de la semelle 2. L'intervention sur le dessus de la semelle est particulièrement préférable lorsque sa face inférieure est au même niveau qu'une étendue d'eau ou à faible distance. 100301 Comme les structures saines, y compris les piles 3 et les pieux 1 sont réutilisées, le procédé présente un intérêt économique certain. Cet intérêt est renforcé par le fait qu'on peut éventuellement se dispenser d'interrompre l'usage normal de l'ouvrage pendant les travaux. 100311 Dans le mode de réalisation illustré par les Figs. 7-8, un transfert progressif et contrôlable de charge sur un pieu est effectué. Cette disposition permet de décharger complètement la semelle 2 au dessus du pieu, et de procéder à l'enlèvement du béton contaminé au dessus du pieu en une fois. Une structure de support 8 et une structure de transfert 9 sont mises en place pour transférer la charge de la pile 3 au pieu 1, à travers le corps en béton armé 2', pendant l'enlèvement du béton contaminé de la semelle 2. [0032] Ces structures 8, 9 sont installées avant le coulage du corps en béton armé 2'. La structure de support peut être sous la forme d'un corbeau 8, installé sous la semelle 2 en tête de chaque pieu 1. La structure de transfert est par exemple constituée de montants métalliques 9 qui prennent appui sur les corbeaux 8 à leur partie inférieure et dont la partie supérieure recevra la charge du corps 2' une fois celui-ci connecté à la pile 3. [0033] La Fig. 9A illustre le corbeau 8 constituant un élément saillant radialement sur la périphérie du pieu 1. Le corbeau 8 connecté au pieu peut être métallique ou en béton, carré ou rond ou d'autres formes. Il est dimensionné pour être capable de supporter la charge totale passant par le pieu 1. [0034] Au droit de ce corbeau 8 et donc à l'extérieur de l'emprise du pieu 1, les montants 9 sont installés dans des passages verticaux 10 percés à travers la semelle 2 (Fig. 9B-C). Les montants 9 sont répartis de façon symétrique autour du pieu 1. [0035] Les montants 9 sont équipés de systèmes de levage (non représentés) tels que des vérins plats qui autorisent un soulèvement infinitésimal du corps 2' une fois celui-ci réalisé afin que pendant l'intervention sur la semelle 2, la charge de l'ouvrage soit transférée aux pieux par les montants plutôt que par la semelle endommagée 2. [0036] Après l'installation du corbeau 8 et des montants 9, le coulage du corps en béton armé 2' peut être réalisé sur la semelle, comme illustré dans la Fig. 9D. Cette opération est réalisée en utilisant une technique connue de l'homme du métier pour éviter un dégagement de chaleur excessif non maîtrisé dans le béton. [0037] Une fois la phase de coulage du béton du corps en béton armé 2' et sa connexion à la pile 3 réalisées, le système de levage couplé avec les montants 9 est activé, transférant la charge du pieu 1 sur la semelle 2 vers le corps en béton armé 2' par l'intermédiaire des montants 9 et des corbeaux 8. La charge ne passe plus par la semelle 2 qui peut être réparée localement au droit des pieux, afin de réaliser les étapes d'enlèvement-substitution de la semelle 2 par le corps en béton armé 2' (Fig. 9E). Dans ce cas, le remplacement du béton endommagé de la semelle n'a pas besoin d'être réalisé par secteurs. [0038] Le coulage du béton du corps en béton armé 2' est fait sur la surface supérieure de la semelle 2, en recouvrant les surfaces supérieures de contact des montants 9, sans gêner le fonctionnement de ces montants dans l'activation et désactivation du système de levage. Une fois ce système de levage activé, le corps en béton armé 2' peut être très légèrement soulevé de quelques millimètres, comme illustré par la figure 9D. La charge passe donc de la pile 3 au pieu 1, par l'intermédiaire du corps en béton armé 2' à l'aide des montants 9 couplés au système de levage activé. [0039] Après substitution du béton contaminé de la semelle 2, les réservations 4 sont remplies de béton, mortier ou coulis 4', ce qui complète la connexion mécanique entre le corps en béton armé 2' et le pieu 1. Le système de levage est alors désactivé. Les montants 9 et le corbeau 8 peuvent éventuellement être démontés. [0040] La présente invention est sujette à de nombreuses variantes quant à sa mise en oeuvre. Bien qu'un ou plusieurs modes de réalisations aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer une étape décrite par une autre étape équivalente sans sortir du cadre de la présente invention. [0041] Ainsi, comme représenté sur les figures 10A-10D, lorsqu'une partie des armatures 7' du pieu 1 dépasse dans l'épaisseur de la semelle 2, la connexion de ce pieu 1 au corps en béton armé 2' peut être réalisée en disposant dans la zone dégagée des nouveaux ferraillages de connexion 7, permettant le prolongement par recouvrement des armatures du pieu 1 vers le corps en béton armé. Dans ce cas, on enlève d'abord le béton de la semelle 2 au-dessus du pieu 1 à travers la zone non-bétonnée, tout en conservant intacte la partie des armatures du pieu 1 s'étendant dans l'épaisseur de la semelle 2. [0042] Dans cette situation là, l'engagement des nouveaux ferraillages de connexion 7 se réalise dans le corps en béton armé 2' sans avoir besoin de forer des trous dans le pieu, comme les autres modes de réalisation décrits ci-dessus. [0043] Ce mode de réalisation peut être effectué de façon progressive, par exemple, par secteurs comme décrit ci-dessus, ou en utilisant des structures 8, 9 pour décharger préalablement la semelle 2 au-dessus du pieu 1. REVENDICATIONS1. Procédé de réparation d'un ouvrage de construction, l'ouvrage ayant plusieurs pieux (1), une semelle en béton (2) reposant sur les pieux et une pile (3) disposée au-dessus de la semelle de façon que des charges soient transférées de la pile aux pieux par l'intermédiaire de la semelle, le procédé comprenant: - réaliser un corps en béton armé (2') au-dessus de la semelle (2) et autour de la pile (3); - connecter le corps en béton armé (2') à la pile (3); et connecter certains au moins des pieux (1) au corps en béton armé (2') à travers la semelle (2). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins un pieu (1) a des armatures (7') qui s'étendent jusque dans l'épaisseur de la semelle (2), dans lequel la réalisation du corps en béton armé (2') comprend la réservation de zones non bétonnées (4) au-dessus dudit pieu, et dans lequel la connexion dudit pieu au corps en béton armé comprend: enlever du béton de la semelle (2) au-dessus dudit pieu à travers la zone non-bétonnée, en conservant la partie des armatures du pieu s'étendant dans l'épaisseur de la semelle; - disposer dans la zone dégagée des nouveaux ferraillages permettant le prolongement par recouvrement des armatures du pieu vers le corps en béton armé. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la réalisation du corps en béton armé (2') comprend la réservation de zones non bétonnées (4) au-dessus de certains au moins des pieux (1), et dans lequel la connexion d'un pieu (1) au corps en béton armé (2') comprend: - enlever du béton de la semelle (2) au-dessus dudit pieu à travers la zone non- bétonnée; engager au moins un ferraillage de connexion (7) dans ledit pieu en faisant dépasser ce ferraillage jusqu'au corps en béton armé; et sceller le ferraillage de connexion avec un produit de scellement coulé au moins jusqu'à la face supérieure du pieu. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le béton de la semelle (2) situé au- dessus d'un pieu (1) est enlevé sur l'épaisseur de la semelle par secteurs angulaires successifs (5), et dans lequel la connexion d'un pieu (1) au corps en béton armé (2')comprend, après avoir enlevé le béton de la semelle dans l'un des secteurs et avant d'enlever le béton de la semelle dans un secteur suivant: forer au moins un trou (6) dans le pieu en dessous dudit secteur; - engager au moins un ferraillage de connexion (7) dans chaque trou foré en dessous dudit secteur; et - sceller chaque ferraillage de connexion engagé dans un trou foré en dessous dudit secteur. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel des trous (6) forés dans le pieu (1) 10 pour y engager les ferraillages de connexion (7) à sceller sont sans recouvrement dans leurs sections transversales. 6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel des trous (6) forés dans le pieu (1) pour y engager les ferraillages de connexion (7) à sceller se recouvrent dans leurs sections 15 transversales. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel lesdits trous (6) sont répartis le long de la périphérie du pieu (1). 20 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre: - installer des structures de support (8) en tête des pieux (1), sous la semelle (2); installer des structures de transfert (9) à travers la semelle, les structures de transfert prenant appui sur les structures de support à leur partie inférieure; et faire transférer les charges du corps en béton armé vers les pieux par 25 l'intermédiaire desdites structures de transfert avant de réaliser la connexion des pieux (1) au corps en béton armé (2'). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les structures de transfert (9) sont équipées d'un système de levage activé pour le transfert des charges du corps en béton 30 armé (2') vers les pieux (1). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le système de levage est désactivé après la connexion des pieux (1) au corps en béton armé (2').