Brevet FR3076562A1 — publié le 20190712

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des pieux pour fondations d'ouvrage de génie civil ou de bâtiments et plus particulièrement les pieux battus en Béton Fibré à Ultra-hautes Performances (BFUP). ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Lors de la réalisation des fondations pour les ouvrages de génie civil, comme des passerelles de franchissement, ou de bâtiments, il est connu de battre ou de forer des pieux ou des micropieux afin de pouvoir s'appuyer sur un sol par effet de pointe ou par frottement. Les pieux peuvent être en bois, en métal ou en béton armé, et comprennent généralement en leur portion inférieure une pointe en métal. La portion supérieure du pieu comprend généralement une protection en métal pour que le bois ou le béton ne s'écrase pas sous les coups de l'engin de battage. Le pieu est généralement tubulaire et la portion centrale s'étendant entre la portion inférieure et la portion supérieure comprend un logement cylindrique dans lequel peut être coulé du béton après battage du pieu. Des armatures peuvent, si besoin, également être introduites dans le logement cylindrique. Généralement, un pieu composite est obtenu par l'assemblage d'un premier pieu sur un deuxième pieu. La portion inférieure du premier pieu est alors engagée dans la portion supérieure du deuxième pieu qui est au moins partiellement enfoncé dans le sol et un cordon de soudure est réalisé pour garantir une liaison et un bon alignement des pieux. La mise en oeuvre d'un tel cordon de soudure est délicate sur site et longue. Enfin, les pieux étant généralement battus dans des sols humides, la durabilité du cordon de soudure, et donc l'intégrité du pieu, est aléatoire. En effet, une rupture du cordon de 2 soudure par exemple sous l'effet de la corrosion, peut amener à un désalignement relatif du premier et du deuxième pieu amenant à une réduction importante des charges pouvant être appliquées sur le pieu composite, à 5 une décompression locale du sol, voire une rupture du pieu. Il existe également des pieux composites dont la liaison entre les pieux est assurée mécaniquement, par exemple par vissage. Il est nécessaire alors de manipuler 10 le premier pieu de manière à faire coïncider les perçages ce qui peut s'avérer particulièrement délicat lorsque les pieux ont des dimensions importantes. Enfin, il est nécessaire de prévoir des dispositifs assurant que la liaison est bien stable dans le temps, de tels 15 dispositifs ont une durabilité relative ou un coût important. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet d'améliorer la fiabilité 20 d'un pieu en béton battu et/ou d'en faciliter la mise en oeuvre. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit un pieu en matériau comportant du ciment, comprenant une portion supérieure 25 reliée à une portion inférieure par une portion centrale tubulaire définissant un logement central. La portion centrale comprend au moins un tronçon en forme de cylindre d'axe longitudinal dont une section présente un diamètre central extérieur et un diamètre central 30 intérieur. La portion supérieure comporte une première paroi délimitée par une première surface intérieure et une première surface extérieure. La portion inférieure comporte une deuxième paroi délimitée par une deuxième surface intérieure et une deuxième surface extérieure. La 35 première paroi délimite un premier logement tronconique 3 débouchant dans le logement central, un premier cercle de grande base du premier logement possède un premier grand diamètre et un premier cercle de petite base du premier logement possède un premier petit diamètre. La deuxième 5 surface extérieure délimite une partie tronconique tubulaire débouchant dans le logement central, un deuxième cercle de grande base de la partie tronconique possède un deuxième grand diamètre et un deuxième cercle de petite base de la partie tronconique possède un 10 deuxième petit diamètre. La portion supérieure comprend un cerclage dont la surface intérieure s'étend autour de la première surface extérieure et un diamètre extérieur du cerclage est sensiblement égal ou inférieur au diamètre central extérieur. Le deuxième grand diamètre 15 est supérieur au premier grand diamètre et/ou le deuxième petit diamètre est supérieur au premier petit diamètre. Le premier petit diamètre et/ou le deuxième petit diamètre étant inférieur au diamètre central intérieur. On obtient ainsi un pieu tubulaire léger, dont la 20 géométrie interne permet d'aisément bloquer deux pieux qui seraient montés l'un sur l'autre en phase chantier. En effet, la présence d'un cerclage couplé à la différence de diamètres entre la portion conique et le logement conique permet un assemblage rapide des deux 25 pieux l'un sur l'autre en phase chantier. Le cerclage maintien une tension radiale au niveau de la jonction du pieu ce qui bloque les deux pieux longitudinalement. Enfin, la géométrie tubulaire du pieu le rend léger, aisément manipulable et permet de couler du béton à 30 l'intérieur. Le changement de section au niveau de la jonction de deux pieux et qui est créé par le rapport particulier entre le premier petit diamètre, le deuxième petit diamètre et le diamètre central intérieur permet de créer un verrou une fois que le béton dans le logement 35 central a pris. Le blocage obtenu par la conception du 4 pieu composite de l'invention est suffisant lors des opérations de battage. Le verrouillage obtenu grâce à la géométrie interne du pieu composite est suffisant une fois le pieu dans le sol, indépendamment de l'oxydation 5 du cerclage. On obtient un pieu particulièrement léger et résistant lorsque le matériau comportant du ciment est du Béton Fibré Ultra Haute Performance. Une compression optimale du matériau comportant de 10 ciment est obtenue lorsque la différence entre le premier grand diamètre et le deuxième grand diamètre est comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres, et est préférentiellement égale à 0.3 millimètres. Il est possible d'injecter les sols lorsque le pieu 15 comprend au moins un canal s'étendant selon une direction sensiblement radiale, le canal reliant le logement central et une surface extérieure du pieu. Le verrouillage d'un pieu sur l'autre est particulièrement performant lorsque le cerclage est en 20 métal, et avantageusement en acier à Haute limite Elastique. Une réalisation économique est obtenue lorsque le cerclage est en forme de cylindre droit. L'invention concerne également un pieu composite 25 comprenant au moins un premier et un deuxième pieu précédemment décrits dans lequel la portion inférieure du deuxième pieu est engagée dans la portion supérieure du premier pieu. Le pieu composite est particulièrement durable lorsque le logement central est rempli de béton. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention. 35 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 Il sera fait référence aux figures annexées, parmi lesquelles : la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un pieu selon l'invention ; 5 la figure 2 est une vue schématique d'une section du pieu du pieu selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une portion supérieure du pieu du pieu selon l'invention ; 10 la figure 4 est une vue schématique en perspective du logement de la portion supérieure du pieu selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une portion inférieure du 15 pieu du pieu selon l'invention ; la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une portion tronconique de la portion inférieure du pieu selon l'invention ; la figure 7 est une vue schématique en coupe 20 longitudinale d'une portion inférieure d'un pieu composite selon l'invention ; la figure 8 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion centrale d'un pieu composite selon l'invention ; 25 la figure 9 est une vue schématique en coupe longitudinale de détail d'une portion inférieure d'un pieu composite selon l'invention ; la figure 10 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un pieu composite selon 30 l'invention ; les figures 11.a à 11.e sont des représentations schématiques des étapes de mise en oeuvre d'un pieu composite selon l'invention. 35 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 6 En référence aux figures 1 à 9, le pieu selon l'invention, et généralement désigné 1, possède une forme sensiblement cylindrique et est en Béton Fibré à Ultra-hautes Performances (BFUP). Le pieu 1 comprend une 5 portion supérieure 10 reliée à une portion inférieure 20 par une portion centrale 30 tubulaire définissant un logement central 31. La portion centrale 30 comprend un tronçon 32 en forme de cylindre droit d'axe longitudinal Oy. Le tronçon 32 possède une section 33 qui présente un 10 diamètre central extérieur D34 (ici de trois cent cinquante millimètres) et un diamètre central intérieur D35 - Comme visible en figure 3, la portion supérieure 10 comporte une première paroi 11 délimitée par une première 15 surface intérieure 12 et une première surface extérieure 13. La première paroi 11 délimite un premier logement 14 tronconique droit débouchant dans le logement central 31. Le premier logement 14 tronconique, représenté en figure 4, est défini par un premier cercle de grande base 15 qui 20 possède un premier grand diamètre Du et un premier cercle de petite base 16 du premier logement qui possède un premier petit diamètre D. Le premier cercle de grande base 15 et le premier cercle de petite base 16 sont, ici, compris dans des plans Pu et Pu perpendiculaires à l'axe 25 longitudinal Oy. Un cerclage 17 en acier de type S355J2N (selon la norme NF EN 10113) s'étend autour de la première paroi 11. Le cerclage 17 est en forme de cylindre droit d'axe longitudinal Oy et possède une surface intérieure 17.1 30 qui s'étend autour de la première surface extérieure 13, et est préférentiellement au contact de la première surface extérieure 13. Le cerclage 17 comprend également une surface extérieure 17.2 dont un diamètre extérieur D17.2 est sensiblement égal au diamètre central 35 extérieur D. 7 Comme visible en figure 5, la portion inférieure 20 comporte une deuxième paroi 21 délimitée par une deuxième surface intérieure 22 et une deuxième surface extérieure 5 23. La deuxième surface extérieure 23 délimite une partie tronconique tubulaire 24 débouchant dans le logement central 31. La partie tronconique 24, représentée en figure 6, est définie par un deuxième cercle de grande base 25 qui possède un deuxième grand diamètre Dm et un 10 deuxième cercle de petite base 26 qui possède un deuxième petit diamètre D. Selon l'invention, le deuxième grand diamètre Dm est supérieur au premier grand diamètre Du d'une différence de grand diamètre D et le deuxième petit 15 diamètre Dm est supérieur au premier petit diamètre Du d'une différence de petit diamètre d. La différence de grand diamètre D est idéalement comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres et préférentiellement égale à 0.3 millimètres. 20 La différence de petit diamètre d est idéalement comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres et préférentiellement égale à 0.3 millimètres. Selon l'invention encore, le premier petit diamètre Du est inférieur au diamètre central intérieur D35 et le 25 deuxième petit diamètre Dm est inférieur au diamètre central intérieur D. Un tel pieu peut être obtenu par usinage intérieur d'une préforme en BFUP ou par des procédés de moulage à noyau dont la forme est modifiable connus de l'homme du 30 métier. Avantageusement, la portion centrale 30 du pieu 1 comprend une première série 2 de six canaux 2.1 à 2.6 qui s'étendent selon une direction sensiblement radiale reliant le logement central 31 et une surface extérieure 35 3 du pieu 1. La première série 2 de six canaux 2.1 à 2.6 8 est située à proximité de la portion supérieure 10 du pieu 1. Une deuxième série 4 de six canaux 4.1 à 4.6, une troisième série 5 de six canaux 5.1 a 5.6 et une quatrième série 6 de six canaux 6.1 à 6.6 similaires à la 5 première série 2 sont régulièrement implantées sur la portion centrale 30 entre la portion supérieure 10 et la portion inférieure 20 du pieu 1. Les canaux 2.1-2.6, 4.14.6, 5.1-5.6 et 6.1-6.6 peuvent être réalisés lors du moulage du pieu 1 ou percés après fabrication du pieu 1. 10 La mise en oeuvre de l'invention va être décrite en en application au battage d'un pieu composite 100 comprenant un premier pieu 1 et un deuxième pieu 51, identique au pieu 1. Les éléments identiques ou 15 similaires à ceux décrits ci-dessus porteront une référence identique augmentée d'une cinquantaine lorsqu'ils concernent le deuxième pieu 50. En référence aux figures 7 à 10, la portion 20 inférieure 20 du premier pieu 1 est introduite dans un logement 40 d'une pointe 41 en métal. Le pieu 1 est ensuite battu à l'aide d'un mouton (non représenté) et s'enfonce dans le sol 45. Une fois que le pieu 1 est suffisamment enfoncé dans le sol 45, la portion 25 inférieure 70 d'un pieu 51 est présentée face à la portion supérieure 10 du premier pieu 1 de manière à ce que la partie tronconique 74 du deuxième pieu coopère avec le logement tronconique 14 du premier pieu 1. Les géométries tronconiques de la partie tronconique 74 et du 30 logement 14 facilitent l'approche et le positionnement relatif des pieux 1 et 51. Comme visible en figure 9, la différence entre le deuxième grand diamètre D-75 de la partie tronconique 74 du deuxième pieu 51 et le premier grand diamètre D15 du 35 logement 14 du premier pieu 1 ainsi que la différence de 9 diamètre entre le deuxième petit diamètre D-78 de la partie tronconique 74 du deuxième pieu 51 et le premier petit diamètre Du du logement 14 du premier pieu 1 maintient la portion inférieure 70 du deuxième pieu 51 à distance de 5 la portion supérieure 10 du premier pieu 1. Dès le premier impact du mouton sur la portion supérieure 60 du deuxième pieu 51, la portion tronconique 74 du deuxième pieu 51 s'enfonce dans le logement 14 et vient mettre en compression le BFUP de la première paroi 11 du premier 10 pieu 1 ainsi que le BFUP de la deuxième paroi 21 du deuxième pieu 51. Le cerclage 17 du premier pieu 1 reprend ces efforts radiaux et, en empêchant le cisaillement de la première paroi 11, réalise une précontrainte de jonction entre la première paroi 11 du 15 premier pieu 1 et la deuxième paroi 71 du deuxième pieu 51. Le battage du pieu composite 100 se poursuit jusqu'à ce que la portion supérieure 60 du deuxième pieu 50 soit à la hauteur du sol fini (figure 10). Le fait que 20 le diamètre extérieur D17.2 du cerclage 17 du premier pieu 1 soit sensiblement égal au diamètre central extérieur D85 du premier pieu 1 évite une décompression du sol localisée le long du deuxième pieu 51. Un effet similaire est obtenu lorsque le diamètre extérieur D17.2 du cerclage 25 17 du premier pieu 1 est sensiblement inférieur au diamètre central extérieur D35 du premier pieu 1. L'intérieur du pieu composite 100 est ensuite coulé l'aide d'un flexible d'injection 46 muni d'un obturateur inférieur 46.1 et d'un obturateur supérieur 30 46.2 selon une technique connue de l'homme du métier sous le nom de fracturation des sols-ou claquage des pieux-et qui est représentée à titre indicatif aux figures 11.a à 11.e. Le volume de béton qui s'étend entre le logement central 31 du premier pieu 1 et le logement central 81 du 35 deuxième pieu 51 comprend une portion 47, ici 10 sensiblement en forme de sablier, qui assure un verrouillage relatif du premier pieu 1 et du deuxième pieu 2. En effet, le fait que le premier petit diamètre Du du premier pieu 1 soit inférieur au diamètre central 5 intérieur D35 du premier pieu crée une réduction de section de la portion 47 qui, une fois que le béton coulé dans le logement central 31 a pris, interdit un déplacement relatif longitudinal ou transversal du premier pieu 1 et du deuxième pieu 51. Une réduction de 10 section similaire, mais symétrique, a lieu en raison du fait que le deuxième petit diamètre D-78 du deuxième pieu 51 soit inférieur au diamètre central intérieur D85 du deuxième pieu 51. Ce verrou de béton peut avantageusement être renforcé par l'introduction d'une ou plusieurs 15 barres ou torons de ferraillage, ce qui améliore grandement la résistance de la portion 47 à la traction selon l'axe longitudinal Oy. On obtient ainsi un pieu composite 100 dont les éléments le composant sont facilement transportables. Le 20 positionnement relatif des premier et deuxième pieux 1 et 51 du pieu composite 100 et le maintien de leur jonction est rapide et fiable en raison notamment de la précontrainte du béton au niveau du joint. Enfin, le verrou de béton armé entre le premier pieu 1 et le 25 deuxième pieu 51 est protégé par du BFUP, ce qui améliore fortement la durabilité et la fiabilité de la jonction indépendamment de la tenue dans le temps du cerclage métallique. 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, 35 - bien qu'ici l'invention soit décrite en lien 11 avec la fabrication d'un pieu de 350 mm de diamètre extérieur, l'invention s'applique également à la fabrication de pieux de diamètre différent, préférentiellement compris entre 120 5 et 350 millimètres mais également des diamètres inférieurs à 120 millimètres ou supérieurs à 350 millimètres ; bien qu'ici la portion centrale comprenne un tronçon en forme de cylindre droit, l'invention 10 s'applique également à une portion centrale comprenant plus d'un tronçon en forme de cylindre droit ; bien qu'ici le pieu soit en BFUP, l'invention s'applique également à d'autres 15 comportant du ciment comme standard ou du mortier ; le pieu peut avoir d'autres formes, matériaux intérieures par exemple du béton et/ou extérieures, que celles décrites ; bien qu'ici le pieu comprenne quatre séries de 20 six canaux de liaison radiaux reliant le logement central et une surface extérieure du pieu l'invention s'applique également à un nombre différents de canaux, comme par exemple entre un et cinq ou plus de six canaux. Ces 25 canaux peuvent également s'étendre dans des directions qui ne sont pas radiales, tant que l'extrémité distale de ces canaux débouche sur une surface extérieure du pieu. bien qu'ici le cerclage soit en acier S355J2N, 30 l'invention s'applique également à d'autres types de cerclage comme par exemple un cerclage en fibre minérale comme le carbone ou le kevlar, ou en d'autres types d'acier à Haute Limite élastique (dit HLE) dont la limite élastique est 35 supérieure ou égale à trois cent cinquante-cinq 12 Newtons par millimètres carrés , des aciers doux alliés ou non, éventuellement inoxydable, ou des métaux non ferreux ; bien qu'ici le diamètre extérieur de la surface 5 extérieure du cerclage soit sensiblement égal au diamètre central extérieur de la portion centrale, l'invention s'applique également à un cerclage dont le diamètre extérieur de la surface extérieure est sensiblement inférieur au 10 diamètre central extérieur de la portion centrale ; bien qu'ici le deuxième grand diamètre de la partie tronconique soit supérieur au premier grand diamètre du logement tronconique et le 15 deuxième petit diamètre soit supérieur au premier petit diamètre, l'invention s'applique également à une partie tronconique dont seul le deuxième grand diamètre de la partie tronconique est supérieur au premier grand diamètre du 20 logement tronconique ou une partie tronconique dont seul le deuxième petit diamètre est supérieur au premier petit diamètre ; bien qu'ici le pieu composite comprenne un premier et un deuxième pieu, l'invention 25 s'applique également à un pieu composite comprenant plus de deux pieux ; bien qu'ici le premier cercle de grande base, le premier cercle de petite base, le deuxième cercle de grande base et le deuxième cercle de 30 petite base définissant le premier logement tronconique et la partie tronconique soient compris dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal, l'invention s'applique également à d'autres types de logement tronconique et de 35 première partie tronconique dans lesquels le 13 premier cercle de grande base et/ou le premier cercle de petite base et/ou le deuxième cercle de grande base et/ou le deuxième cercle de petite base sont compris dans des plans ayant 5 une orientation quelconque par rapport à l'axe longitudinal ; bien qu'ici la portion centrale comprenne au moins un tronçon en forme de cylindre droit, l'invention s'applique également à d'autres 10 types de forme de cylindre comme par exemple un cylindre dont la courbe de base est ovale, REVENDICATIONS1. Pieu (1) en matériau comportant du ciment, comprenant une portion supérieure (10) reliée à une portion inférieure (20) par une portion centrale (30) tubulaire définissant un logement central (31), la portion centrale (30) comprend au moins un tronçon en forme de cylindre d'axe longitudinal dont une section (33) présente un diamètre central extérieur (D34) et un diamètre central intérieur (Dm), dans lequel : - la portion supérieure (10) comporte une première paroi (11) délimitée par une première surface intérieure (12) et une première surface extérieure (13), - la portion inférieure (20) comporte une deuxième paroi (21) délimitée par une deuxième surface intérieure (22) et une deuxième surface extérieure (23); - la première paroi (11) délimite un premier logement (14) tronconique débouchant dans le logement central (31), un premier cercle de grande base (15) du premier logement (14) possède un premier grand diamètre (Du) et un premier cercle de petite base (16) du premier logement (14) possède un premier petit diamètre (Du); - la deuxième surface extérieure (23) délimite une partie tronconique (24) tubulaire débouchant dans le logement central (31), un deuxième cercle de grande base (25) de la partie tronconique (24) possède un deuxième grand diamètre (Dm) et un deuxième cercle de petite base (26) de la partie tronconique (24) possède un deuxième petit diamètre (Dm); - la portion supérieure (10) comprend un cerclage (17) dont la surface intérieure (17.1) s'étend autour de la première surface extérieure (13); dans lequel, - un diamètre extérieur (D17.2) du cerclage (17) est 35 sensiblement égal ou inférieur au diamètre central 15 extérieur (D34); et -le deuxième grand diamètre (D25) est supérieur au premier grand diamètre (Du) et/ou le deuxième petit diamètre (D26) est supérieur au premier petit 5 diamètre (Du); - le premier petit diamètre (Du) et/ou le deuxième petit diamètre (D26) étant inférieur au diamètre central intérieur (D35). 10 2. Pieu (1) selon la revendication 1, dans lequel le matériau comportant du ciment est du Béton Fibré Ultra Haute Performance. 3. Pieu (1) selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, dans lequel la différence entre le premier grand diamètre (Du) et le deuxième grand diamètre (D25) est comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres, et est préférentiellement égale à 0.3 millimètres. 20 4. Pieu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pieu (1) comprend au moins un canal (2.1-2.6 ; 4.1-4.6 ; 5.1-5.6 ; 6.1-6.6) s'étendant selon une direction sensiblement radiale, le canal (2.1-2.6 ; 4.1-4.6 ; 5.1-5.6 ; 6.1-6.6) 25 reliant le logement central (31) et une surface extérieure (3) du pieu (1). 5. Pieu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cerclage (17) 30 est en métal. 6. Pieu (1) selon la revendication 5, dans lequel le cerclage (17) est en acier à Haute limite Elastique. 7. Pieu (1) selon l'une quelconque des 16 revendications précédentes dans lequel le cerclage (17) est en forme de cylindre droit. 8. Pieu composite (100) comprenant au moins un 5 premier et un deuxième pieu (1 ; 51) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la portion inférieure (70) du deuxième pieu (51) est engagée dans la portion supérieure (10) du premier pieu (1). 10 9. Pieu composite (100) selon la revendication 8, dans lequel le logement central (31) est rempli de béton.