Brevet FR3010131A1 — publié le 20150306

"Elément modulaire pour la coulée de structures de comblement en béton" L'invention concerne un élément pour la réalisation d'une structure dans une cavité à combler. L'invention concerne plus particulièrement un élément modulaire rigide pour la réalisation d'une structure dans une cavité à combler, par coulée dans ladite cavité et autour dudit élément d'un matériau dit de coulée comportant un liant hydraulique, notamment du béton. Conventionnellement, le comblement de cavités est réalisé par introduction de gravats ou d'autres matériaux solides de comblement dans la cavité et par répartition desdits gravats dans ladite cavité. Plus le nombre d'ouvertures et/ou d'orifices qui permettent 15 d'accéder à ladite cavité est réduit, plus cette opération est fastidieuse car elle impose de répartir les matériaux de comblement dans la cavité au fur et à mesure de leur introduction. Dans le cas notamment d'opérations de comblement de marnières ou de galeries de mines, les opérations de comblement 20 sont bien souvent rendues nécessaires par l'effondrement de la cavité sous un terrain, créant ainsi un puits non désiré dans ledit terrain. Le comblement doit alors être effectué en introduisant les matériaux par ce puits, et en les répartissant dans la cavité au fur et à mesure de leur descente. 25 Le comblement de telles cavités uniquement par injection de béton liquide n'est pas envisageable, car il nécessiterait des quantités énormes de béton. Toutefois, le comblement à partir d'un matériau liquide est naturellement le plus aisé à réaliser, car il élimine l'opération de répartition du matériau, tout matériau 30 liquide occupant naturellement tout le volume qui lui est dévolu. L'invention tire parti de ce constat pour proposer un élément modulaire pouvant être mis en oeuvre pour réaliser des structures de comblement en béton alvéolé, permettant le comblement de cavités à l'aide de béton liquide et avec des quantités réduites de béton. On connaît par ailleurs de nombreux exemples d'éléments modulaires destinés à être inclus dans le béton lors d'une coulée. Il s'agit par exemple d'éléments réalisés en un matériau léger tel que du bois, du carton, du polystyrène, du polyéthylène ou autres matériaux plastiques qui sont destinés à être pré-positionnés dans une cavité, notamment un coffrage, dans laquelle va être coulé un matériau de coulée comportant un liant hydraulique tel que du béton. Ces matériaux sont destinés à délimiter dans la paroi ou le bloc de béton ainsi coulé un volume vide ou chambre permettant le passage d'accessoires dans la paroi ou dans le bloc ainsi coulé. Par exemple, ce volume vide ou chambre peut être destiné à permettre l'acheminement de gaines électriques, ou de conduits de ventilation ou de plomberie. Ces éléments sont donc naturellement de petite taille et d'un nombre réduit par rapport au volume total du béton mis en oeuvre pour la réalisation de ladite paroi ou dudit bloc. Lorsque l'on désire, de manière conventionnelle, réaliser des structures en béton comportant des chambres de grandes dimensions pour un usage autre que celui du passage d'accessoires, il n'existe actuellement pas d'autres solutions que de réaliser ces structures en mettant en place des coffrages dont l'assemblage est particulièrement fastidieux, ou de réaliser ces structures par l'assemblage de parois ou de bloc déjà préalablement coulés. Cette conception limite les possibilités de réaliser des 30 constructions en béton rigides de masse volumique globale réduite, et ne peut en tout état de cause pas être mise en oeuvre pour le comblement de cavités. L'invention remédie propose un élément modulaire du type décrit précédemment pouvant être mis en oeuvre lors de la réalisation d'une structure de comblement en béton coulé dans tous types de cavités, qu'il s'agisse de cavités artificielles ou de cavités naturelles telles que des galeries ou des marnières, en proposant un élément modulaire qui est être inclus dans le matériau de coulée lors de sa coulée dans la cavité pour y délimiter des chambres de manière à proposer une structure de comblement alvéolée. Dans ce but, l'invention propose un élément modulaire rigide du type décrit précédemment, caractérisé en ce que ledit élément est étanche au matériau de coulée liquide, en ce qu'il est de masse volumique inférieure à celle dudit matériau de coulage, et en ce qu'il comporte : - un noyau principal d'un volume déterminé, qui est destiné à délimiter une chambre dans ladite structure, - au moins une excroissance en saillie, de volume inférieur au noyau, qui est venue de matière avec ledit noyau, qui fait saillie à partir dudit noyau, et qui est destiné à entrer en contact avec au moins un autre élément modulaire et/ou une paroi de ladite cavité, pour permettre la coulée du matériau de coulée autour dudit noyau et de chaque excroissance afin de former une structure de masse volumique totale réduite comportant au moins une chambre délimitée par au moins une paroi alvéolée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le noyau est de forme sensiblement sphérique et il comporte sur toute sa périphérie une pluralité d'excroissances orientées radialement et réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau selon une densité surfacique déterminée. - en variante, chaque noyau est de forme sensiblement parallélépipédique et il comporte : - sur des première, deuxième et troisième faces, une pluralité d'excroissances réparties de manière uniforme qui s'étendent perpendiculairement auxdites faces et dont des bases sont agencées à intervalles réguliers suivant les deux dimensions desdites faces, - sur des quatrième, cinquième et sixième faces, opposées aux première, deuxième et troisième faces, des empreintes complémentaires des extrémités des excroissances des première, deuxième et troisième faces, notamment pour que les excroissances d'au moins une des première, deuxième ou troisième faces pénètrent dans les empreintes d'au moins une des quatrième, cinquième ou sixième faces d'un élément modulaire voisin, - en variante, chaque noyau est de forme sensiblement parallélépipédique et il comporte sur toutes ses faces une pluralité d'excroissances réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau selon une densité déterminée qui s'étendent perpendiculairement auxdites faces, dont des bases sont agencées à intervalles réguliers suivant les deux dimensions desdites faces, pour que les excroissances d'au moins une face de l'élément modulaire entrent en contact avec les excroissances en regard d'au moins une face d'un élément modulaire voisin et/ou avec une paroi de ladite cavité. - chaque excroissance présente une section polygonale, circulaire ou elliptique, - l'élément modulaire est plein et il est réalisé en un matériau imperméable au matériau de coulée liquide, notamment du polystyrène, - en variante, l'élément modulaire est creux et il est réalisé en un matériau délimitant des parois étanches au matériau de coulée liquide, notamment du polyéthylène. L'invention concerne aussi un procédé de comblement d'une cavité, notamment une marnière ou une galerie par réalisation d'une structure en béton de masse réduite et de rigidité élevée à partir d'éléments modulaires du type décrit précédemment , caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - une première étape au cours de laquelle on dispose dans ladite cavité des éléments modulaires jusqu'à ce que la cavité soit remplie d'éléments modulaires ; - une deuxième étape au cours de laquelle on coule du béton liquide au travers de l'ouverture dans ladite cavité ; - une troisième étape de séchage du béton. Selon un premier mode de réalisation de ce procédé, au cours de la première étape, on empile manuellement les éléments 15 modulaires. Selon un second mode de réalisation de ce procédé, au cours de la première étape, on remplit la cavité en distribuant aléatoirement les éléments modulaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage d'éléments modulaire selon un premier mode de réalisation de 25 l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un assemblage d'éléments modulaires selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'une dalle de 30 béton de fondation comportant une structure en béton coulé selon le procédé de fabrication mettant en oeuvre le deuxième mode de réalisation de l'élément modulaire ; - la figure 4 est une vue en coupe illustrant la mise en oeuvre d'une première étape d'un premier mode de réalisation d'un procédé de comblement selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe illustrant la mise en oeuvre d'une deuxième étape d'un premier mode de réalisation d'un procédé de comblement selon l'invention ; - la figure 6 est une vue en coupe illustrant la mise en oeuvre d'une première étape d'un second mode de réalisation d'un procédé de comblement selon l'invention ; - la figure 7 d'une deuxième étape d'un second mode de réalisation d'un procédé de comblement selon l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté aux figures 1 et 2 un assemblage de plusieurs éléments modulaires 10 rigides pour la réalisation d'une structure de comblement réalisée en un matériau comportant un liant hydraulique, tel que du béton, susceptible d'être coulé dans une cavité, naturelle ou artificielle. A titre d'exemple, et de manière non limitative de l'invention, un élément modulaire 10 selon l'invention permet par exemple de réaliser une structure aérée en béton coulé (non représentée) dans une cavité 38 de forme organisée telle qu'un sous-sol d'immeuble ou une cavité 38 non organisée, telle qu'une cavité naturelle comme une grotte ou une marnière, telle que représentée aux figures 4 à 7. Un élément modulaire 10 réalisé selon un premier mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 1 permet d'obtenir une structure alvéolée comportant des chambres (non représentées) disposées aléatoirement, par coulée de béton ou de tout autre matériau du même type comportant un liant hydraulique. En variante, de manière non limitative de l'invention, un élément modulaire 10 réalisé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention tel qu'il a été représenté à la figure 2 permet de réaliser une structure en béton 12 du type de celle de la figure 3 obtenue par coulée de béton ou de tout autre matériau du même type comportant un liant hydraulique. Conformément à l'invention, quel que soit le mode de réalisation envisagé de l'élément modulaire 10, l'élément modulaire est étanche au matériau de coulée dans sa phase liquide, et il présente une masse volumique inférieure à celle dudit matériau de coulée. Cette configuration permet avantageusement à l'élément modulaire rigide de ne pas être pénétré par le matériau de coulée lors de ladite coulée, et donc de délimiter à l'intérieur de la structure 12 ainsi coulée dans la cavité 38 des chambres 16 permettant de proposer un bloc de masse volumique totale inférieure à celle d'un même volume qui serait coulé de manière conventionnelle. Cette configuration permet d'alléger le poids global de ladite structure 12 tout en la réalisant néanmoins en béton. A cet effet, conformément à l'invention, l'élément modulaire 10 comporte un noyau principal 14 d'un volume déterminé qui est destiné à délimiter au moins une chambre 16 dans ladite structure, à partir duquel s'étend au moins une excroissance 18 en saillie, de volume inférieur au noyau 14, qui est venue de matière avec ledit noyau, qui est destiné à entrer en contact avec au moins un autre élément modulaire 10 et/ou avec une paroi de ladite cavité pour permettre la coulée du matériau de coulée, notamment du béton autour dudit noyau 14 et de excroissance 18 afin de former une structure 12 comportant au moins une chambre 16 délimitée par au moins une paroi 20 alvéolée. Les alvéoles sont donc complémentaires des excroissances 18. Un exemple d'une telle structure 12 obtenue à partir des éléments modulaires de la figure 2 a été représenté à la figure 3. Il sera compris que la structure 12 est réalisée en coulant un matériau de coulée comportant un liant hydraulique autour d'un assemblage d'éléments modulaires 10 préalablement disposés les uns en contact avec les autres dans la cavité 38, comme représenté à la figure 4. La structure 12 aérée ainsi obtenue, qui a été réalisée ici de préférence en béton, comporte des chambres 16 qui ont été 10 représentées ici en l'absence des éléments modulaires 10 qui demeurent en principe inclus dans le béton après la coulée. Chaque chambre 16 est ici d'une forme complémentaire à celle d'un élément 10 et elle délimite dans la structure 12 un volume qui présente par conséquent une masse volumique 15 inférieure à celle du béton dans lequel elle est coulée. Chaque chambre 16 est délimitée par des parois 20 dans au moins une desquelles sont formées lors de la coulée des alvéoles 21 complémentaires des excroissances 18 précédemment décrits en référence aux figures 1 et 2. 20 Selon des premier et deuxième modes de réalisation qui ont été représentés aux figures 1 et 2, chaque élément d'espacement 18 est constitué d'une excroissance 18 en saillie qui est venue de matière avec le noyau 14. Selon le premier mode de réalisation qui a qui a été 25 représentée à la figure 1, l'élément modulaire 10 comporte une pluralité d'excroissances 18 orientées radialement et réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau 14 selon une densité surfacique déterminée. Dans ce mode de réalisation, les excroissances 18 sont 30 appelées à coopérer aléatoirement avec la surface des noyaux 14 voisins ou avec des excroissances 18 voisines. Une telle configuration pourrait aussi être envisagée pour un élément modulaire possédant un noyau de forme parallélépipédique, qui comporterait des excroissances 18 sur chacune de ses faces. Dans ce cas (non représenté), chaque noyau de forme sensiblement parallélépipédique pourrait comporter sur toutes ses faces une pluralité d'excroissances réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau selon une densité déterminée qui s'étendent perpendiculairement auxdites faces, dont des bases sont agencées à intervalles réguliers suivant les deux dimensions desdites faces pour que les excroissances d'au moins une face de l'élément modulaire entrent en contact avec les excroissances en regard d'au moins une face d'un élément modulaire voisin et/ou avec une paroi de ladite cavité. Dans ce premier mode de réalisation, les éléments modulaires 10 ne sont maintenus en contact les uns avec les autres que par leur seule gravité, ou peuvent aussi l'être par collage des extrémités des excroissances avec les extrémités des excroissances voisines. Cette configuration trouve particulièrement à s'appliquer dans le cadre d'éléments 10 modulaires du type de ceux représentés à la figure 1, qui permettent, comme l'illustre la figure 6, de remplir de manière aléatoire des cavités de formes irrégulières telles que des marnières ou des galeries de mines préalablement à la coulée d'un matériau de coulée destiné à en permettre le comblement. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 2, chaque noyau 14 est de forme sensiblement parallélépipédique et il comporte sur des première, deuxième et troisième faces 22, 24, 26, une pluralité d'excroissances 18 réparties de manière uniforme qui s'étendent perpendiculairement auxdites face 22, 24, 26 et dont des bases 28 sont agencées à intervalle régulier "I, L" suivant les deux dimensions desdites faces 22, 24 et 26. Par ailleurs, chaque noyau 14 comporte sur des quatrième, cinquième et sixième faces 30, 32 et 34, respectivement opposées aux première, deuxième et troisième faces 22, 24 et 26, des empreintes 36 qui sont complémentaires des extrémités des excroissances 18 des première, deuxième et troisième faces 22, 24 et 26. Ainsi, cette complémentarité permet l'assemblage des éléments modulaires 10 les uns aux autres, les excroissances 18 pénétrant dans les empreintes 36 et permettant l'assemblage des éléments modulaires 10 parallélépipédiques les uns aux autres. Avantageusement, comme les empreintes ne sont complémentaires que des extrémités des excroissances 18, les excroissances 18 ne pénètrent pas entièrement dans les empreintes 36 et forment ainsi entre deux éléments modulaires 10 des éléments d'espacement 18 qui permettent de délimiter entre deux éléments modulaires 10 un espace dans lequel peut être coulé le matériau de coulée. Cette configuration permet, comme l'illustre la figure 4, de remplir de manière organisée des cavités de formes diverses préalablement à la coulée d'un matériau de coulée destiné à en permettre le comblement. Dans tous les modes de réalisation précédemment décrits, chaque excroissance 18 présente de préférence une section régulière polygonale, circulaire ou elliptique. En particulier, comme l'illustre la figure 1, chaque excroissance peut présenter une section triangulaire équilatérale. En variante, comme l'illustre la figure 2, chaque excroissance 18 peut comporter une section de forme carrée. En variante, (non représentée) chaque excroissance 18 peut présenter une section circulaire. Chaque élément modulaire peut être plein. Dans ce cas, il est réalisé en un matériau imperméable au matériau de coulée liquide, notamment du polystyrène. L'élément modulaire 18 peut aussi être creux. Dans ce cas il est réalisé en un matériau délimitant des parois étanches au matériau de coulée liquide, notamment du polyéthylène. Dans cette configuration, un procédé de comblement d'une cavité, notamment une marnière un ou galerie 38, par réalisation d'une structure en béton de masse réduite et de rigidité élevée à partir d'éléments modulaires 10 comporte au moins une première étape, représentée aux figures 4 et 6, au cours de laquelle on dispose dans ladite cavité 38 des éléments modulaires 10 jusqu'à ce que la cavité 38 soit remplie d'éléments modulaires. Puis, le procédé comporte une deuxième étape, représentée aux figures 5 et 7, au cours de laquelle on coule du béton liquide au travers d'une ouverture 40 de ladite cavité 38. Enfin le procédé comporte une troisième étape de séchage du béton. Selon un premier mode réalisation du procédé qui a été représenté à la figure 4, on utilise des éléments modulaires 10 selon le second mode de réalisation desdits éléments. Ainsi, au cours de la première étape, on pénètre dans la cavité par une ouverture 40 puis on empile manuellement les éléments modulaires 10 dans la cavité 38 en les assemblant les uns aux autres, en partant du fond de la cavité vers l'ouverture 40 de ladite cavité 38. A l'issue de cette première étape, on dispose un tube 44 d'amenée de béton liquide 46 au-dessus de l'ouverture 40 et on coule le béton liquide 46. Selon un second mode réalisation du procédé qui a été représenté à la figure 6, il n'est pas nécessaire de pénétrer dans la cavité 38. Au cours de la première étape, il suffit de remplir la cavité 38 en injectant par l'ouverture 40, par exemple au moyen d'un tube 48, des éléments modulaires 10 qui se distribuent alors aléatoirement de manière spontanée. La forme sphérique des noyaux 14 des éléments 10 leur permet de rouler les uns sur les autres pour se distribuer spontanément avec une grande efficacité. De la même façon que précédemment, a l'issue de cette première étape, on dispose un tube 44 d'amenée de béton liquide 46 au-dessus de l'ouverture 40 et on coule le béton liquide 46. L'avantage de la réalisation d'une telle structure dans une cavité est qu'elle est aussi rigide qu'un comblement massif en béton, tout en nécessitant beaucoup moins de béton. De plus, la légèreté de la structure 16 ainsi obtenue permet de limiter les risques d'effondrement d'éventuelles autres galeries ou cavités situées sous la cavité 38, ce qui est monnaie courante dans le cas de marnières ou de galeries de mines qui sont parfois construites sur plusieurs niveaux. L'invention permet donc avantageusement de simplifier considérablement les opérations de comblement de cavités. REVENDICATIONS1. Elément (10) modulaire rigide pour la réalisation d'une structure (12) dans une cavité à combler, par coulée dans ladite cavité et autour dudit élément d'un matériau dit de coulée comportant un liant hydraulique, notamment du béton, caractérisé en ce que ledit élément est étanche au matériau de coulée liquide, en ce qu'il est de masse volumique inférieure à celle dudit matériau de coulage, et en ce qu'il comporte : - un noyau (14) principal d'un volume déterminé, qui est destiné à délimiter une chambre (16) dans ladite structure (12), - au moins une excroissance (18) en saillie, de volume inférieur au noyau (14), qui est venue de matière avec ledit noyau (14), qui fait saillie à partir dudit noyau (14), et qui est destiné à entrer en contact avec au moins un autre élément (10) modulaire et/ou une paroi de ladite cavité, pour permettre la coulée du matériau de coulée autour dudit noyau (14) et de chaque excroissance (18) afin de former une structure de masse volumique totale réduite comportant au moins une chambre (16) délimitée par au moins une paroi (12) alvéolée. 2. Elément modulaire (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau (14) est de forme sensiblement sphérique et en ce qu'il comporte sur toute sa périphérie une pluralité d'excroissances (18) orientées radialement et réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau (14) selon une densité surfacique déterminée. 3. Elément (10) modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque noyau (14) est de forme sensiblement parallélépipédique et en ce qu'il comporte : - sur des première, deuxième et troisième faces (22, 24, 26) une pluralité d'excroissances (18) réparties de manière uniforme qui s'étendent perpendiculairement auxdites faces (22, 24, 26) et dont des bases (28) sont agencées à intervallesréguliers (I, L) suivant les deux dimensions desdites faces (22, 24, 26), - sur des quatrième, cinquième et sixième faces (30, 32, 34), opposées aux première, deuxième et troisième faces (22, 24, 26), des empreintes (36) complémentaires des extrémités des excroissances (18) des première, deuxième et troisième faces (22, 24, 26), notamment pour que les excroissances (18) d'au moins une des première, deuxième ou troisième faces (22, 24, 26) pénètrent dans les empreintes (36) d'au moins une des quatrième, cinquième ou sixième faces (30, 32, 34) d'un élément modulaire voisin. 4. Elément (10) modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque noyau (14) est de forme sensiblement parallélépipédique et en ce qu'il comporte sur toutes ses faces une pluralité d'excroissances (18) réparties de manière uniforme sur toute la surface du noyau (14) selon une densité déterminée qui s'étendent perpendiculairement auxdites faces (22, 24, 26), dont des bases (28) sont agencées à intervalles réguliers (I, L) suivant les deux dimensions desdites faces (22, 24, 26), pour que les excroissances (18) d'au moins une face de l'élément modulaire entrent en contact avec les excroissances (10) en regard d'au moins une face d'un élément modulaire voisin et/ou avec une paroi de ladite cavité. 5. Elément modulaire (10) selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que chaque excroissance (18) présente une section polygonale, circulaire ou elliptique. 6. Elément modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément modulaire est plein et en ce qu'il est réalisé en un matériau 30 imperméable au matériau de coulée liquide, notamment du polystyrène. 7. Elément modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément modulaireest creux et en ce qu'il est réalisé en un matériau délimitant des parois étanches au matériau de coulée liquide, notamment du polyéthylène. 8. Procédé de comblement d'une cavité (38), notamment une marnière par réalisation d'une structure (12) en béton de masse réduite et de rigidité élevée à partir d'éléments modulaires (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - une première étape au cours de laquelle on dispose dans 10 ladite cavité des éléments modulaires (10) jusqu'à ce que la cavité soit remplie d'éléments modulaires (10) ; - une deuxième étape au cours de laquelle on coule du béton liquide au travers de l'ouverture dans ladite cavité (38) ; - une troisième étape de séchage du béton. 15 9. Procédé de comblement selon la revendication précédente prise en combinaison avec l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'au cours de la première étape on empile manuellement les éléments modulaires (10) dans la cavité (38). 10. Procédé de comblement selon la revendication 8 prise 20 en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce qu'au cours de la première étape on remplit la cavité (38) en distribuant aléatoirement les éléments modulaires (10).