EP2631367B1 - Machine de forage pour la réalisation de pieux comprenant une sonde pénétrométrique - Google Patents

Machine de forage pour la réalisation de pieux comprenant une sonde pénétrométrique Download PDF

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EP2631367B1
EP2631367B1 EP20130151329 EP13151329A EP2631367B1 EP 2631367 B1 EP2631367 B1 EP 2631367B1 EP 20130151329 EP20130151329 EP 20130151329 EP 13151329 A EP13151329 A EP 13151329A EP 2631367 B1 EP2631367 B1 EP 2631367B1
Authority
EP
European Patent Office
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ground
probe
penetrometer probe
boring
penetrometer
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP20130151329
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German (de)
English (en)
Other versions
EP2631367A2 (fr
EP2631367A3 (fr
Inventor
Nathanaël Deremble
Laurent Aubert
Marie Lebreton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
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Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Publication of EP2631367A2 publication Critical patent/EP2631367A2/fr
Publication of EP2631367A3 publication Critical patent/EP2631367A3/fr
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Publication of EP2631367B1 publication Critical patent/EP2631367B1/fr
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/36—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making without use of mouldpipes or other moulds

Definitions

  • the present invention relates to the field of the realization of piles of foundations in a soil, for example in the context of the realization of a public or private work, such as a building or a work of art.
  • a pile is understood to mean a deep and slender foundation that supports a structure by transferring the loads of the structure to soil layers of sufficient mechanical characteristics to prevent the ground breaking.
  • piles with soil displacement and piles made by excavation of the soil, such as piles drilled with a hollow auger.
  • the principle of manufacture of these drilled piles consists in screwing in the ground a hollow axis auger over a total length equal to the length of the pile to be made, then to extract it from the ground without unscrewing while injecting concrete by the axis hollow of the auger.
  • the document FR 2 566 813 discloses a machine and method for making such a pile.
  • the dimensioning of the pile that one wishes to achieve presents some difficulties, which generally result from the anisotropic and heterogeneous nature of the geological texture.
  • the dimensioning of the piles is carried out by means of polling campaigns during which several measurements are made in the ground localized randomly on the surface of the ground to build. Using these measurements, we model the nature of the soil before sizing the piles.
  • An object of the present invention is to overcome this disadvantage by providing a drilling machine and a drilling method for producing a pile having the necessary length and sufficient to achieve the desired bearing capacity.
  • the drilling machine makes it possible, for each of the piles, a sounding to the right of the area where the pile will be made.
  • This hole makes it possible to determine the local characteristics of the ground, and consequently, makes it possible to size the pile size according to the determined characteristics.
  • the pile is made optimally by having a precise knowledge of the structure of the soil that it passes through, and no longer from averages resulting from several measurements, most often made randomly in the soil.
  • the penetrometer probe determines the depth at which the pile of predetermined bearing capacity must be achieved.
  • predetermined bearing capacity is meant the predetermined load that the pile must take again.
  • each pile it is performed a sounding right stake.
  • a survey is carried out at the right of a group of piles, for each group of piles.
  • group of piles we mean a set of piles melting a single foundation.
  • the invention avoids unnecessarily oversize the piles, sizing them optimally with respect to the nature of the soil. This is particularly advantageous when the pile is to be built in a very heterogeneous soil.
  • Another advantage lies in the fact that the drilling carried out before the manufacture of the pile takes into account the possible modification of the characteristics of the soil resulting from the manufacture of the previous piles. Therefore, this possible modification of the soil characteristics due to the presence of other piles is also taken into account in the design of the pile, which is not possible with the previous methodology.
  • the drilling tool and the penetrometer probe are fixed on the same machine, which makes it possible to make the pile at the same time as, or just after, the boring operation.
  • Another advantage of the machine according to the invention explained above is that it avoids oversizing the piles. Therefore, the invention makes it possible to reduce the amount of concrete type fluid to be used. The piles are made faster, and at a lower cost.
  • the second longitudinal axis is distinct from the first longitudinal axis.
  • the first and second longitudinal axes could however be confused.
  • the operator is informed when the depth where the current bearing capacity corresponds at least to the predetermined bearing capacity is reached, so that it can stop the movement of the tool.
  • the machine according to the invention further comprises means for stopping the displacement of the drilling tool in the ground to the depth (L) where the current bearing capacity corresponds at least to the predetermined bearing capacity.
  • the distance between the first longitudinal axis and the second longitudinal axis is less than 5 meters, whereby the sounding is performed close to the area where the pile will be executed.
  • the penetrometer probe comprises a pressure sensor for measuring the resistance offered by the ground to the advance of the probe.
  • the penetrometer probe comprises a friction sensor.
  • the penetrometer probe further comprises an inclinometer for controlling the verticality of the descent of the probe.
  • the penetrometer probe further comprises an interstitial pressure sensor for measuring the interstitial pressure at the tip at the lower end of the probe.
  • the carrier is a mobile vehicle, preferably of the crawler type. Still more preferably, but not necessarily, the penetrometer probe is disposed on a side edge of the mast.
  • the drilling tool is a hollow auger of the type described in FR 2 566 813 .
  • the tool is a discharge type tool in which the pile is made without extracting the cuttings.
  • the actuator for moving the penetrometer probe is distinct from the means for moving the drill bit relative to the mast.
  • the displacement of the penetrometer probe is independent of the advance of the drilling tool.
  • the actuating device is configured to introduce the penetrometer probe into the ground at a predetermined constant speed, in advance with respect to the drilling tool.
  • the predetermined constant speed of the probe is between one and ten centimeters per second, preferably two centimeters per second.
  • the penetrometer probe is located at the lower end of a rod extending in a guide tube.
  • the actuating device for moving the probe in the soil allows the introduction of the probe into the ground, but also its ascent.
  • the actuating device is fixed to the mast, preferably at its lower end.
  • the actuating device is provided with at least one jack, preferably two, fixed to the mast, which are connected to a coupling device for securing the arms or the bodies of the jacks to the shaft of the penetrometer probe.
  • the coupling device has a locked position in which the arms or the bodies of the cylinders are secured to the rod of the probe so as to allow the vertical movement of the rod relative to the mast, upwards or downwards, by actuation the cylinder or cylinders, along a length substantially corresponding to the length of the cylinder arm.
  • the coupling device also has an unlocked position in which the probe rod is disengaged from the jack or cylinders, which makes it possible to move the coupling device relative to the rod after the arm has arrived at the end of the race. It is therefore understood that by a back-and-forth movement, the jack or cylinders make it possible to move the penetrometer probe relative to the mast along the second longitudinal axis.
  • the actuating device is configured so that, during the descent of the penetrometer probe and the drilling tool into the ground, the depth of the penetrometer probe is greater than that of the drilling tool.
  • the penetrometer probe is introduced into the ground before the drill bit while having a certain advance relative to the drill bit, in order to be able to calculate the bearing capacity of the soil at the level of the drill. lower end of the drill bit.
  • the machine further comprises means for cleaning the rod during its ascent, in order to remove the soil fragments which have remained stuck to the rod of the probe.
  • the machine according to the invention comprises two penetrometer probes disposed on either side of the mast.
  • An interest is to further improve the recognition of soil characteristics to the right of the stake that one wishes to achieve.
  • Both penetrometer probes can be introduced at the same time into the soil, one being able to be ahead of the other.
  • the penetrometer probe further comprises, but not necessarily, control means for controlling the structure of the pile formed in the ground.
  • the structure of the pile is advantageously controlled at the time of concreting, preferably during the ascent of the probe.
  • control means preferably comprise a wave generator disposed in the penetrometer probe, while the drilling tool is preferably equipped with a geophone.
  • the waves emitted are reflected on the various interfaces of the ground and are recorded by the geophone.
  • the machine further comprises a real-time visualization system of the current bearing capacity as a function of the drilling depth.
  • the operator can visualize in real time the current bearing capacity of the pile.
  • the machine according to the invention further comprises means for measuring drilling parameters, and means for comparing the drilling parameters with the data provided by the penetrometer probe.
  • the drilling parameters include in particular the torque exerted on the drilling tool and the speed of descent of the drilling tool, in the soil, measures whose analysis makes it possible to assess the compactness of a soil.
  • the comparison thus makes it possible to ensure that the data provided by the penetrometer probe are consistent with the drilling data, and this in order to improve the reliability of the pile dimensioning operation.
  • the display system also makes it possible to display simultaneously on the same graph and as a function of the depth: injection parameters of the concrete-type fluid, for example the injection pressure, the drilling parameters, the measurement data of the penetrometer probe, as well as the current bearing capacity.
  • injection parameters of the concrete-type fluid for example the injection pressure, the drilling parameters, the measurement data of the penetrometer probe, as well as the current bearing capacity.
  • the method according to the invention allows an initial recognition of the local characteristics of the soil where the pile must be made by means of the penetrometer probe, and an optimal dimensioning of the pile from the measurement data provided by the penetrometer probe.
  • the method according to the invention makes it easy to perform a sounding at the right of each pile or each group of piles before the manufacture of said pile or group of piles.
  • the penetrometer probe is advantageously introduced into the ground at a predetermined constant speed, for example at a speed of about two centimeters per second.
  • the method further comprises a step of stopping the displacement of the drilling tool to the depth where the current bearing capacity corresponds at least to the predetermined current capacity.
  • This stopping step is advantageously performed automatically.
  • the step of insertion of the penetrometer probe and the step of performing the drilling are performed at the same time, the penetrometer probe being preferentially introduced into the ground a little before the drilling tool.
  • the drilling tool is introduced into the ground after the penetrometer probe has penetrated into the ground by at least 1.5 m.
  • the drilling tool is introduced into the ground after the penetrometer probe has determined the depth at which the predetermined bearing capacity is reached.
  • the borehole is first made before drilling.
  • the drilling is preferably done less than 24 hours after the drilling.
  • a step of controlling the pile structure is carried out during the step of raising the penetrometer probe.
  • the control step can take place during the concrete-type fluid injection step, that is to say during the concreting step, or after the drilling tool is pulled out of the ground. the outcome of the concreting step.
  • drilling parameters are determined during the drilling execution step, the drilling parameters are compared with the data provided by the penetrometer probe, and the drilling parameters are displayed together with the data provided by the penetrometer probe.
  • the method according to the invention is implemented using a drilling machine according to the invention.
  • the method according to the invention is implemented using a boring machine and a drilling and concreting machine, these two machines being distinct from each other.
  • a reinforcement cage is inserted into the volume of concrete-type fluid contained in the borehole, before the rise of the probe, so that the latter can carry out a control of the armed pile.
  • FIG. 1 there is shown a drilling machine 10 according to the invention which makes it possible to produce in a soil S a pile 100 having a predetermined bearing capacity C P.
  • the drilling machine 10 comprises a carrier 12 mounted on a track 14 which is provided with a longitudinal mast 16.
  • the machine 10 further comprises a drilling tool 18 which is parallel to the mast 16 and extends along a first longitudinal axis A.
  • the drilling tool 18 has a lower end 18a.
  • the drill tool has an auger portion.
  • This machine further comprises means 20 for injecting into the soil S a concrete-type fluid from the lower end 18a of the drill bit 18.
  • the means for injecting into the ground a concrete-type fluid comprise a dip tube 20 extending longitudinally inside the drill bit 18, and a pipe 22 for feeding the concrete-type fluid from a concrete tank 21 to the upper end 18b of the drilling tool. drilling 18.
  • the upper end 18b of the drill bit has an inlet for receiving the fluid of the concrete type, and bring it to the lower end of the tube diver.
  • the means for injecting concrete-type fluid into the ground is described in more detail in the document FR 2 566 813 .
  • the drilling machine 10 further comprises means 24 for moving the drill bit 18 relative to the mast 16 in the longitudinal direction of the mast.
  • these means 24 for moving the drilling tool 18 relative to the mast 16 comprise a carriage 26 movable in the longitudinal direction of the mast, and a hydraulic rotation head 28 mounted on said carriage.
  • the hydraulic rotation head 28 is intended to rotate the drill bit 18.
  • the drilling machine 10 further comprises at least one penetrometer probe 30.
  • the penetrometer probe 30 is located at the lower end of a rod 32 which is slidably mounted within a guide tube 34.
  • the rod extends along a length greater than half the length of the mast and more precisely along a length substantially equal to that of the drilling tool 18.
  • the penetrometer probe 20 extends along a second longitudinal axis B which is parallel to the first longitudinal axis A of the drill bit.
  • the penetrometer probe 30 is here intended to be introduced into the ground S at the same time as the drilling tool 18.
  • the first longitudinal axis A is distinct from the second longitudinal axis. B.
  • the penetrometer probe is disposed on a lateral edge 16c of the mast.
  • At least one actuating device 40 is provided for moving the penetrometer probe 30 in translation along the second longitudinal axis B.
  • the actuating device 40 is fixed to the mast, preferably to the lower end 16a of the mast.
  • the actuating device 40 comprises a pair of jacks 42 provided with body 44 and arms 45 attached to the lower end of the mast.
  • the bodies 44 which are connected to a coupling device 46 for securing the rod 32 of the penetrometer probe 30 with the bodies 44 of the cylinders 42.
  • This coupling device 46 also makes it possible to separate the rod 32 from the penetrometer probe 30 of the arms 45 jacks in order to allow the displacement of the coupling device 46 with respect to the penetrometer probe rod.
  • the coupling device 46 is unlocked , the jacks 42 are actuated so as to make the arms 45 leave , which causes the bodies 44 to rise with respect to the rod 32 , the coupling device 46 is locked and the actuators are actuated so as to retract the arms 45 into the bodies 44 of the jacks 42, which makes it possible to lower the penetrometer probe by the length of the arms 45.
  • the device is then unlocked. coupling 46 before deploying the arms 44 to raise the coupling device and again to lock the coupling device 46.
  • This reciprocating movement allows to regularly lower the penetrometer probe in the ground.
  • the speed of displacement of the penetrometer probe is a predetermined constant speed substantially equal to 2 cm / s.
  • the penetrometer probe is also connected to computing means 50 which make it possible to calculate a current bearing capacity of the soil, using mathematical formulas known elsewhere.
  • the penetrometer probe continuously records the peak resistance thanks to the pressure sensor arranged at the tip of the probe, and the resistance to local lateral friction by means of a friction sensor belonging to the probe.
  • the signals of the pressure sensors are transmitted as amplified analog signals via a cable 51 to the calculating means 50. They are then converted into digital signals via an acquisition system.
  • the current carrying capacity is therefore calculated from the pressure measurements made at the tip of the penetrometer probe and the friction measurements also made by the penetrometer probe.
  • These calculation means 50 are also intended to determine the depth where the current bearing capacity corresponds at least to the predetermined bearing capacity. Means not shown here allow to inform the operator that the value of said depth. If so, it is informed that the tool has reached, or is about to reach, said depth.
  • the machine further comprises means for controlling the stopping of the displacement of the drilling tool 18 in the soil S to the depth where the current bearing capacity corresponds at least to the predetermined bearing capacity.
  • This predetermined bearing capacity can be between ten tons and several hundred tons.
  • the distance between the first longitudinal axis A and the second longitudinal axis B is less than 3 m. Preferably, this length is at least equal to 1 m.
  • the actuating device 40 is configured to introduce the penetrometer probe 30 into the ground S at a predetermined constant speed Vo, in advance with respect to the drilling tool.
  • the drill bit 18 is introduced into the soil S after the penetrometer probe 30 has penetrated the soil S by at least 1.5 m in order not to interfere with the penetrometer measurement.
  • the actuating device 40 is configured so that, during the descent of the penetrometer probe 30 and the drilling tool 18 in the soil S, the depth of the penetrometer probe is greater than that of the tool. drilling. In this case, it is expected that the penetrometer probe 30 is disposed about 1.5 m below the lower end of the drill bit 18.
  • the machine comprises two penetrometer probes disposed on either side of the mast 16.
  • the two penetrometer probes are symmetrical with respect to a vertical plane P passing through the axis A of the drilling tool 18.
  • the penetrometer probe further comprises control means 60 for controlling the structure of the pile formed in the ground.
  • control means 60 comprise a wave generator 60 disposed in the penetrometer probe, a geophone 62.
  • the data received by the geophone make it possible to determine the structure and the geometry of the pile in formation.
  • the machine according to the invention further comprises a visualization system 70 in real time of the bearing capacity current Q P as a function of drilling depth p .
  • Sample graphs will be described in more detail below.
  • the drilling machine 10 further comprises means for measuring drilling parameters, for example the penetration speed V of the drilling tool 18 in the ground and the torque applied to the drill bit.
  • Said means comprise a speed sensor and a torque sensor mounted on the mobile carriage 24.
  • the machine 10 further comprises means for comparing the drilling parameters with the data provided by the penetrometer probe 30 in order to check the coherence of the measurement data. provided.
  • These means consist of a calculator which may be identical or distinct from the calculation means 50 described above. The result of the comparison can be displayed on the above-mentioned visualization system 70 .
  • the method according to the invention first comprises a step of insertion into the soil S of the penetrometer probe 30 in order to measure the characteristics of the soil and to measure the current bearing capacity of the soil.
  • the penetrometer probe will make it possible to determine the length of the pile that is necessary and sufficient for the latter to have a bearing load substantially equal to 300 tons.
  • the method further comprises a step of performing a drilling in the soil S by penetrating into the ground, next to the penetrometer probe 30, the drilling tool 18.
  • the penetrometer probe 30 is, in this for example, introduced in advance in the ground relative to the drill bit 18.
  • the probe provides a current capacity value of the ground for a depth slightly less than the depth reached by the tip of the probe.
  • the probe in order to be able to supply the current starting capacitance value of the ground at the depth P, the probe must be depressed to the depth P + X.
  • the feed length X is approximately equal to 1.5 m.
  • the insertion of the penetrometer probe 30 into the ground is carried out prior to the introduction of the drilling tool 18 into the ground, and then the probe and the drill bit are simultaneously inserted into the ground. soil, usually at different speeds.
  • the boring tool 18 is introduced into the soil penetrometer after the probe 30 has entered a length of about 2 m into the ground S.
  • the penetrometer probe 30 is introduced into the ground S at a predetermined constant speed which is equal in this example to 2 cm / s.
  • the vertical displacement speed of the drill bit as for it is not constant because it depends on the nature of the soil encountered at the lower end of the drilling tool 18. It is indeed understood that the tool of Drilling will tend to go down faster in a portion of soil that is softer than in another, more compact soil portion. Be that as it may, the speed of the penetrometer probe remains constant. It is also ensured that the penetrometer probe 30 has a length of advance at least equal to the minimum length X above.
  • a step is performed to calculate the current carrying capacity C of the soil. Calculation methods for determining the current bearing capacity of the soil are well known elsewhere. In particular, reference may be made to standard NF P 94-262.
  • the current bearing capacity is calculated from the tip pressure measurement values 30a of the penetrometer probe 30 and the coefficient of friction. The capacity current bearing also takes into account the diameter D of the pile 100 that one wishes to achieve.
  • the soil S has an upper layer S1 having a height H1 which is softer than a lower layer S2 located below the upper layer S1.
  • the displacement of the drilling tool 18 is stopped at the depth where the calculated current carrying capacity C corresponds to at least the predetermined bearing capacity C p of the pile 100 .
  • the penetrometer 30 has made it possible to determine that the predetermined lift load is reached for a pile length equal to L.
  • the penetrometer probe extends to a depth equal to L + X where X is equal to 1.5 m.
  • the drilling tool 18 could be introduced into the soil S after the penetrometer probe 30 has detected that the depth at which the current bearing capacity is at least equal to the predetermined bearing capacity is reached.
  • the drilling step begins after the end of the probing step.
  • the drilling tool is raised while injecting into the ground a concrete-type fluid from the lower end 18a of the drill bit 18.
  • the injection of the concrete-type fluid is achieved through a dip tube 20 provided with openings.
  • a step of raising the penetrometer probe 30 is carried out with the aid of the actuating device 40 mentioned above.
  • a step is performed to control the structure of the pile 100 being formed. To do this, waves are sent from the probe to the forming pile to determine the geometry using the reflected waves.
  • drilling parameters such as the descent speed V of the drilling tool 18 and the torque K applied to the drill bit 18 are determined. These drilling parameters are compared in FIG. real time with the data provided by the penetrometer probe. The drilling parameters are then displayed together with the data provided by the penetrometer probe on the visualization system 70. This comparison makes it possible to verify in real time that the measurements made by the penetrometer probe (the peak pressure and the friction) are consistent with the drilling parameters.
  • the graph G1 illustrates the compactness Q P measured at the tip of the penetrometer probe 30 according to the depth p. It can be seen from this graph that the compactness value Q P increases substantially as the drill bit penetrates into the compact bottom layer S2 located at a depth H1.
  • Graph G2 shows the current carrying capacity C as a function of the depth p. It is found that this current bearing capacity increases with the depth and that the predetermined bearing capacity Cp of the pile is reached for a pile having a length L.
  • Graph G4 illustrates for its part drilling parameters measured during the step of carrying out the drilling. These include the rotational torque and the speed of movement of the drill bit.
  • Graph G3 illustrates the parameters measured during the concreting step, when the tool is raised. These include concreting pressure and a "profile" of the pile, namely the ratio of actual volume to theoretical volume of concrete, calculated per unit unit pile. Visualization of all these graphs allows the operator to control in real time the drilling and execution operation of the pile.
  • the data set of the figure 7 constitutes an "identity and quality control sheet" of the pile.

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Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention a trait au domaine de la réalisation de pieux de fondations dans un sol, par exemple dans le cadre de la réalisation d'un ouvrage public ou privé, tel un bâtiment ou un ouvrage d'art.
  • De manière connue, on entend par pieu une fondation profonde et élancée qui supporte une structure en reportant les charges de la structure sur des couches de sol de caractéristiques mécaniques suffisantes pour éviter la rupture du sol.
  • On distingue traditionnellement deux types de pieux : les pieux mis en oeuvre avec refoulement du sol, ainsi que les pieux réalisés par excavation du sol, tel par exemple les pieux forés à l'aide d'une tarière creuse. Le principe de fabrication de ces pieux forés consiste à visser dans le sol une tarière à axe creux sur une longueur totale égale à la longueur du pieu à réaliser, puis à l'extraire du sol sans dévisser tout en injectant du béton par l'axe creux de la tarière.
  • Le document FR 2 566 813 décrit une machine et un procédé pour la réalisation d'un tel pieu.
  • Pour autant, le dimensionnement du pieu que l'on souhaite réaliser présente certaines difficultés, qui résultent généralement du caractère anisotrope et hétérogène de la texture géologique. Habituellement, le dimensionnement des pieux est réalisé à l'aide de campagnes de sondages au cours desquelles on réalise plusieurs mesures dans le sol localisées de manière aléatoire sur la surface du terrain à bâtir. A l'aide de ces mesures, on modélise la nature du sol avant de dimensionner les pieux.
  • Cependant, ces campagnes de sondage ne permettent pas d'obtenir des résultats statistiquement fiables du fait du nombre limité de mesures effectuées. Le géotechnicien procède le plus souvent par simplification ou modélisation, en évaluant la nature du terrain avec une grande prudence dans la mesure où il n'est pas exclu que le terrain puisse présenter localement des caractéristiques mécaniques nettement inférieures à celles déterminées à l'aide des sondages. Par exemple, il est tout à fait possible de rencontrer une zone argileuse compressible au sein d'une couche d'alluvions compacte.
  • Cette dispersion des propriétés des sols oblige les opérateurs à utiliser des coefficients de sécurité élevés dès lors que le nombre de mesures réalisées lors de la campagne de sondage n'est généralement pas suffisant pour modéliser correctement la nature du terrain.
  • L'utilisation des coefficients de sécurité élevés a pour effet de surdimensionner la longueur ou le diamètre de l'ensemble des pieux sans pour autant être certain que cela soit suffisant dans le cas particulier où un pieu se trouverait ancré au dessus d'une lentille de faible résistance.. Le surcoût engendré ainsi que la subsistance d'un aléa pourraient être évités si l'on pouvait mieux connaître la structure du sol au droit de chaque pieu.
    • Objet et résumé de l'invention
  • Un but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant une machine de forage et un procédé de forage permettant de réaliser un pieu ayant la longueur nécessaire et suffisante pour atteindre la capacité portante recherchée.
  • Pour atteindre son but, l'invention porte sur une machine de forage pour réaliser dans un sol un pieu ayant une capacité portante prédéterminée, ladite machine comportant :
    • un porteur muni d'un mât longitudinal ;
    • un outil de forage parallèle au mât, s'étendant selon un premier axe longitudinal, et ayant une extrémité inférieure ;
    • des moyens pour injecter dans le sol un fluide du type béton depuis ladite extrémité inférieure de l'outil de forage;
    • des moyens pour déplacer l'outil de forage par rapport au mât selon la direction longitudinale du mât ;
    la machine de forage comportant en outre :
    • au moins une sonde pénétrométrique destinée à être introduite dans le sol avec l'outil de forage, ladite sonde pénétrométrique s'étendant selon un second axe longitudinal parallèle au premier axe longitudinal du mât ;
    • au moins un dispositif d'actionnement pour déplacer la sonde pénétrométrique dans le sol en translation selon le second axe longitudinal, ce dispositif d'actionnement étant fixé à la machine ;
    • des moyens de calcul (50) connectés à la sonde pénétrométrique (30) pour déterminer la profondeur (L) où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée.
  • Ainsi, la machine de forage selon l'invention permet de réaliser, pour chacun des pieux, un sondage au droit de la zone où sera réalisé ledit pieu. Ce sondage permet de déterminer les caractéristiques locales du sol, et par voie de conséquence, permet de dimensionner la taille du pieu en fonction des caractéristiques déterminées. Par suite, le pieu est fabriqué de manière optimale en ayant une connaissance précise de la structure du sol qu'il traverse, et non plus à partir de moyennes issues de plusieurs mesures réalisées le plus souvent aléatoirement dans le sol. La sonde pénétrométrique détermine la profondeur à laquelle le pieu de capacité portante prédéterminée doit être réalisée. Par capacité portante prédéterminée, on entend la charge prédéterminée que le pieu doit reprendre.
  • De préférence, pour chaque pieu, il est réalisé un sondage au droit du pieu. Autrement dit, on réalise préférentiellement autant de sondages que de pieux, chaque sondage étant réalisé avant la fabrication du pieu. Selon une variante, on réalise un sondage au droit d'un groupe de pieux, pour chaque groupe de pieux. Par groupe de pieux, on entend un ensemble de pieux fondant un unique massif de fondation.
  • Cette façon de procéder permet d'utiliser les données géotechniques telles quelles sans application d'un quelconque coefficient réducteur. Par conséquent, l'invention permet d'éviter de surdimensionner inutilement les pieux, en les dimensionnant de manière optimale par rapport à la nature du sol. Cela est particulièrement avantageux lorsque le pieu doit être construit dans un sol très hétérogène.
  • Un autre intérêt réside dans le fait que le sondage réalisé avant la fabrication du pieu tient compte de la modification éventuelle des caractéristiques du sol résultant de la fabrication des pieux précédents. Par conséquent, cette modification éventuelle des caractéristiques du sol du fait de la présence d'autres pieux est également prise en compte dans le dimensionnement du pieu, ce qui n'est pas possible avec la méthodologie antérieure.
  • Conformément à l'invention, l'outil de forage et la sonde pénétrométrique sont fixés sur une même machine, ce qui permet de fabriquer le pieu en même temps que, ou juste après l'opération de sondage.
  • Un autre intérêt de la machine selon l'invention expliqué plus haut est que l'on évite de surdimensionner les pieux. Par conséquent, l'invention permet de réduire la quantité de fluide de type béton à utiliser. Les pieux sont donc réalisés plus rapidement, et à un coût inférieur.
  • De préférence, mais non exclusivement, le second axe longitudinal est distinct du premier axe longitudinal. Les premier et second axes longitudinaux pourraient toutefois être confondus.
  • Selon l'invention, l'opérateur est informé lorsque la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée est atteinte, afin qu'il puisse arrêter le déplacement de l'outil.
  • Avantageusement, la machine selon l'invention comporte en outre des moyens pour arrêter le déplacement de l'outil de forage dans le sol à la profondeur (L) où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée.
  • Ces moyens permettent d'arrêter le déplacement de l'outil de forage de manière automatique.
  • Avantageusement, la distance entre le premier axe longitudinal et le second axe longitudinal est inférieure à 5 mètres, grâce à quoi le sondage est réalisé à grande proximité de la zone où sera exécuté le pieu.
  • De préférence, la sonde pénétrométrique comporte un capteur de pression permettant de mesurer la résistance qu'oppose le sol à l'avancée de la sonde.
  • Encore de préférence, la sonde pénétrométrique comporte un capteur de frottements.
  • De préférence, mais non nécessairement, la sonde pénétrométrique comporte en outre un inclinomètre permettant de contrôler la verticalité de la descente de la sonde.
  • De préférence, mais non nécessairement, la sonde pénétrométrique comporte un outre un capteur de pression interstitielle permettant de mesurer la pression interstitielle à la pointe située à l'extrémité inférieure de la sonde.
  • De préférence, le porteur est un véhicule mobile, de préférence de type à chenilles. Encore de préférence, mais non nécessairement, la sonde pénétrométrique est disposée sur un bord latéral du mât.
  • De préférence, mais pas nécessairement, l'outil de forage est une tarière creuse de type de celle décrite dans FR 2 566 813 . Selon une variante, l'outil est un outil de type à refoulement dans lequel le pieu est réalisé sans extraction des déblais.
  • De préférence, le dispositif d'actionnement pour déplacer la sonde pénétrométrique est distinct des moyens pour déplacer l'outil de forage par rapport au mât. Autrement dit, le déplacement de la sonde pénétrométrique est indépendant de l'avancée de l'outil de forage.
  • Avantageusement, le dispositif d'actionnement est configuré pour introduire la sonde pénétrométrique dans le sol à une vitesse constante prédéterminée, en avance par rapport à l'outil de forage.
  • De préférence, la vitesse constante prédéterminée de la sonde est comprise entre un et dix centimètres par seconde, de préférence deux centimètres par seconde.
  • Avantageusement, la sonde pénétrométrique est située à l'extrémité inférieure d'une tige s'étendant dans un tube de guidage.
  • De préférence, le dispositif d'actionnement pour déplacer la sonde dans le sol permet l'introduction de la sonde dans le sol, mais aussi sa remontée.
  • Avantageusement, le dispositif d'actionnement est fixé au mât, de préférence à son extrémité inférieure.
  • De préférence, le dispositif d'actionnement est muni d'au moins un vérin, de préférence deux, fixés au mât, qui sont reliés à un dispositif de couplage permettant de solidariser les bras ou les corps des vérins à la tige de la sonde pénétrométrique. Le dispositif de couplage présente une position verrouillée dans laquelle les bras ou les corps des vérins sont solidarisés à la tige de la sonde de manière à permettre le déplacement vertical de la tige par rapport au mât, vers le haut ou vers le bas, par actionnement du ou des vérins, selon une longueur correspondant sensiblement à la longueur du bras du vérin.
  • Le dispositif de couplage présente en outre une position déverrouillée dans laquelle la tige de la sonde est désolidarisée du ou des vérins, ce qui permet de déplacer le dispositif de couplage par rapport à la tige après que le bras est arrivé en fin de course. On comprend donc que par un mouvement de va-et-vient, le ou les vérins permettent de déplacer la sonde pénétrométrique par rapport au mât selon le second axe longitudinal.
  • Avantageusement, le dispositif d'actionnement est configuré pour que, lors de la descente de la sonde pénétrométrique et de l'outil de forage dans le sol, la profondeur de la sonde pénétrométrique est supérieure à celle de l'outil de forage. En d'autres termes, la sonde pénétrométrique est introduite dans le sol avant l'outil de forage tout en ayant une certaine avance par rapport à l'outil de forage, et ce afin de pouvoir calculer la capacité portante du sol au niveau de l'extrémité inférieure de l'outil de forage.
  • De préférence, mais non nécessairement, la machine comporte en outre des moyens pour nettoyer la tige lors de sa remontée, afin d'enlever les fragments de sol qui sont restés collés à la tige de la sonde.
  • Selon une variante avantageuse, la machine selon l'invention comporte deux sondes pénétrométriques disposées de part et d'autre du mât. Un intérêt est d'améliorer encore la reconnaissance des caractéristiques du sol au droit du pieu que l'on souhaite réaliser. Les deux sondes pénétrométriques peuvent être introduites en même temps dans le sol, l'une pouvant être en avance par rapport à l'autre.
  • Avantageusement, la sonde pénétrométrique comporte en outre, mais non nécessairement, des moyens de contrôle pour contrôler la structure du pieu formé dans le sol.
  • Selon l'invention, la structure du pieu est avantageusement contrôlée au moment du bétonnage, de préférence lors de la remontée de la sonde.
  • Pour ce faire, les moyens de contrôle comportent de préférence un générateur d'ondes disposé dans la sonde pénétrométrique, tandis que l'outil de forage est préférentiellement muni d'un géophone. Les ondes émises se réfléchissent sur les différentes interfaces du sol et sont enregistrées par le géophone. Par traitement mathématique basé sur la vitesse de propagation des ondes et sur la nature du fluide injecté, on reconstitue la géométrie réelle du pieu.
  • Avantageusement, la machine comporte en outre un système de visualisation en temps réel de la capacité portante courante en fonction de la profondeur de forage.
  • L'opérateur peut donc visualiser en temps réel la capacité portante courante du pieu.
  • Avantageusement, la machine selon l'invention comporte en outre des moyens pour mesurer des paramètres de forage, et des moyens pour comparer les paramètres de forage aux données fournies par la sonde pénétrométrique.
  • Les paramètres de forage comprennent notamment le couple exercé sur l'outil de forage et la vitesse de descente de l'outil de forage, dans le sol, mesures dont l'analyse permet d'apprécier la compacité d'un sol.
  • La comparaison permet ainsi de s'assurer que les données fournies par la sonde pénétrométrique sont cohérentes avec les données de forage, et ce afin d'améliorer la fiabilité de l'opération de dimensionnement du pieu.
  • De préférence, le système de visualisation permet en outre d'afficher simultanément sur un même graphique et en fonction de la profondeur : des paramètres d'injection du fluide de type béton, par exemple la pression d'injection, les paramètres de forage, les données de mesure de la sonde pénétrométrique, ainsi que la capacité portante courante.
  • L'invention porte en outre sur un procédé de réalisation dans un sol d'un pieu ayant une capacité portante prédéterminée, comportant :
    • une étape d'insertion dans le sol d'une sonde pénétrométrique;
    • une étape de réalisation d'un forage dans un sol en faisant pénétrer dans le sol, à côté de la sonde pénétrométrique, un outil de forage, la sonde pénétrométrique étant introduite en avance par rapport à l'outil de forage;
    • une étape de calcul d'une capacité portante courante à l'aide de la sonde pénétrométrique;
    • une étape de détermination de la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée;
    • une étape d'injection dans le sol d'un fluide de type béton depuis une extrémité inférieure de l'outil de forage ;
    • une étape de remontée de l'outil de forage tout en injectant ledit fluide ;
    • une étape de remontée de la sonde pénétrométrique.
  • Ce procédé présente les avantages mentionnés ci-dessus lors de la description de la machine. En particulier, le procédé selon l'invention permet une reconnaissance initiale des caractéristiques locales du sol où doit être réalisé le pieu grâce à la sonde pénétrométrique, et un dimensionnement optimal du pieu à partir des données de mesures fournies par la sonde pénétrométrique.
  • Le procédé selon l'invention permet de réaliser aisément un sondage au droit de chaque pieu ou chaque groupe de pieux avant la fabrication dudit pieu ou groupe de pieux.
  • Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, la sonde pénétrométrique est avantageusement introduite dans le sol à une vitesse constante prédéterminée, par exemple à une vitesse d'environ deux centimètres par seconde.
  • Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d'arrêt du déplacement de l'outil de forage à la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité courante prédéterminée.
  • Cette étape d'arrêt est avantageusement réalisée de manière automatique.
  • De manière avantageuse, mais non exclusivement, l'étape d'insertion de la sonde pénétrométrique et l'étape de réalisation du forage sont réalisées en même temps, la sonde pénétrométrique étant préférentiellement introduite dans le sol un peu avant l'outil de forage.
  • Avantageusement, l'outil de forage est introduit dans le sol après que la sonde pénétrométrique a pénétré dans le sol d'au moins 1,5 m.
  • Selon une autre variante, l'outil de forage est introduit dans le sol après que la sonde pénétrométrique a déterminé la profondeur à laquelle la capacité portante prédéterminée est atteinte.
  • En d'autres termes, selon cette autre variante de l'invention, on réalise tout d'abord le sondage avant de réaliser le forage. Dans ce cas, on réalise le forage de préférence moins de 24 heures après avoir réalisé le sondage.
  • Avantageusement, on réalise une étape de contrôle de la structure du pieu lors de l'étape de remontée de la sonde pénétrométrique.
  • On profite ainsi de la remontée de la sonde pénétrométrique pour contrôler la structure du pieu, c'est-à-dire notamment sa géométrie. L'étape de contrôle peut avoir lieu pendant l'étape d'injection de fluide de type béton, c'est-à-dire pendant l'étape de bétonnage, ou bien après que le l'outil de forage est sorti de terre à l'issue de l'étape de bétonnage.
  • Avantageusement, on détermine des paramètres de forage au cours de l'étape de réalisation du forage, on compare les paramètres de forage aux données fournies par la sonde pénétrométrique, et on affiche les paramètres de forage ensemble avec les données fournies par la sonde pénétrométrique.
  • De manière préférentielle, mais non nécessairement, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre à l'aide d'une machine de forage selon l'invention. Dans une autre variante, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre à l'aide d'une machine de sondage et d'une machine de forage et bétonnage, ces deux machines étant distinctes l'une de l'autre.
  • De préférence, mais pas nécessairement, une cage d'armature est insérée dans le volume de fluide de type béton contenu dans le forage, avant la remontée de la sonde, afin que cette dernière puisse réaliser un contrôle du pieu armé.
    • Brève description des dessins
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de deux modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 représente une machine de forage selon l'invention dans laquelle l'outil de forage est constituée d'une tarière creuse, l'outil de forage et la sonde pénétrométrique étant en position remontée ;
    • la figure 1A est une vue de détail de l'extrémité inférieure du mât ;
    • les figures 1B à 1D illustrent le principe de fonctionnement du dispositif d'actionnement permettant de déplacer la sonde pénétrométrique ;
    • la figure 2 représente la machine de forage de la figure 1 en vue de dessus ;
    • la figure 3 illustre les étapes de forage et d'introduction de la sonde pénétrométrique dans le sol conformément au procédé selon l'invention, à l'aide de la machine de la figure 1 ;
    • la figure 4 illustre l'étape d'arrêt du déplacement de l'outil de forage, la profondeur de forage du pieu de charge de portance prédéterminée ayant été atteinte ;
    • la figure 5 illustre l'étape de bétonnage du pieu et de remontée de la sonde pénétrométrique, un contrôle du pieu étant réalisé lors de la remontée de la sonde ;
    • la figure 6 représente le pieu réalisé dans le sol, l'outil de forage et la sonde pénétrométrique étant en position remontée ; et
    • la figure 7 illustre les différentes courbes que l'opérateur peut visualiser au cours de la réalisation du pieu.
    Description détaillée de l'invention
  • Sur la figure 1 , on a représenté une machine de forage 10 selon l'invention qui permet de réaliser dans un sol S un pieu 100 ayant une capacité portante prédéterminée CP . La machine de forage 10 comporte un porteur 12 monté sur chenille 14 qui est muni d'un mât longitudinal 16.
  • La machine 10 comporte en outre un outil de forage 18 qui est parallèle au mât 16 et s'étend selon un premier axe longitudinal A. L'outil de forage 18 comporte une extrémité inférieure 18a. Dans cet exemple, l'outil de forage comporte une portion formant tarière. Cette machine comporte en outre des moyens 20 pour injecter dans le sol S un fluide du type béton depuis l'extrémité inférieure 18a de l'outil de forage 18. Dans cet exemple, les moyens pour injecter dans le sol un fluide du type béton comprennent un tube plongeur 20 s'étendant longitudinalement à l'intérieur de l'outil de forage 18, ainsi qu'une conduite 22 pour amener le fluide du type béton depuis un réservoir de béton 21 vers l'extrémité supérieure 18b de l'outil de forage 18. De manière connue, l'extrémité supérieure 18b de l'outil de forage comporte une entrée pour recevoir le fluide du type béton, et l'amener vers l'extrémité inférieure du tube plongeur. Le moyen pour injecter dans le sol le fluide du type béton est décrit plus en détail dans le document FR 2 566 813 .
  • La machine de forage 10 comporte en outre des moyens 24 pour déplacer l'outil de forage 18 par rapport au mât 16 selon la direction longitudinale du mât. De manière connue, ces moyens 24 pour déplacer l'outil de forage 18 par rapport au mât 16 comportent un chariot 26 mobile selon la direction longitudinale du mât, ainsi qu'une tête de rotation hydraulique 28 montée sur ledit chariot. La tête de rotation hydraulique 28 est destinée à mettre en rotation l'outil de forage 18.
  • Conformément à l'invention, la machine de forage 10 comporte en outre au moins une sonde pénétrométrique 30. Dans cet exemple, la sonde pénétrométrique 30 est située à l'extrémité inférieure d'une tige 32 qui est montée coulissante à l'intérieur d'un tube de guidage 34. Comme on le constate en se référant à la figure 1 , la tige s'étend selon une longueur supérieure à la moitié de la longueur du mât et plus précisément selon une longueur sensiblement égale à celle de l'outil de forage 18. La sonde pénétrométrique 20 s'étend selon un second axe longitudinal B qui est parallèle au premier axe longitudinal A de l'outil de forage. Comme on le verra plus en détail ci-dessous, la sonde pénétrométrique 30 est ici destinée à être introduite dans le sol S en même temps que l'outil de forage 18. En outre, le premier axe longitudinal A est distinct du second axe longitudinal B. On constate également sur la figure 2 que la sonde pénétrométrique est disposée sur un bord latéral 16c du mât.
  • Pour permettre le déplacement de la sonde pénétrométrique dans le sol, à savoir son introduction dans le sol ou bien sa remontée, il est prévu au moins un dispositif d'actionnement 40 pour déplacer la sonde pénétrométrique 30 en translation selon le second axe longitudinal B. En référence aux figures 1B à 1C , on constate que le dispositif d'actionnement 40 est fixé au mât, de préférence à l'extrémité inférieure 16a du mât. Dans cet exemple, le dispositif d'actionnement 40 comporte une paire de vérins 42 munie de corps 44 et de bras 45 fixés à l'extrémité inférieure du mât. Les corps 44 qui sont reliés à un dispositif de couplage 46 destiné à solidariser la tige 32 de la sonde pénétrométrique 30 avec les corps 44 des vérins 42. Ce dispositif de couplage 46 permet également de désolidariser la tige 32 de la sonde pénétrométrique 30 des bras 45 des vérins afin de permettre le déplacement du dispositif de couplage 46 par rapport à la tige de la sonde pénétrométrique.
  • On comprend donc que pour faire descendre la sonde pénétrométrique dans le sol, on déverrouille le dispositif de couplage 46, on actionne les vérins 42 de manière à faire sortir les bras 45, ce qui provoque la montée des corps 44 par rapport à la tige 32, on verrouille le dispositif de couplage 46 et on actionne les vérins de manière à rétracter les bras 45 dans les corps 44 des vérins 42, ce qui permet de faire descendre la sonde pénétrométrique de la longueur des bras 45. On déverrouille ensuite le dispositif de couplage 46 avant de déployer les bras 44 pour faire monter le dispositif de couplage et pour à nouveau verrouiller le dispositif de couplage 46. Ce mouvement de va-et-vient permet de faire descendre régulièrement la sonde pénétrométrique dans le sol. De préférence, la vitesse de déplacement de la sonde pénétrométrique est une vitesse constante prédéterminée sensiblement égale à 2 cm/s.
  • La sonde pénétrométrique est par ailleurs connectée à des moyens de calcul 50 qui permettent de calculer une capacité portante courante du sol, à l'aide de formules mathématiques connues par ailleurs.
  • Pour ce faire, la sonde pénétrométrique enregistre en continu la résistance de pointe grâce au capteur de pression disposé en pointe de la sonde, et de la résistance au frottement latéral local grâce à un capteur de frottements appartenant à la sonde. Les signaux des capteurs de pression sont transmis en tant que signaux analogiques amplifiés via un câble 51 au moyen de calcul 50. Ils sont alors convertis en signaux numériques via un système d'acquisition. La capacité portante courante est donc calculée à partir des mesures de pression réalisées en pointe de la sonde pénétrométrique et des mesures de frottement également réalisées par la sonde pénétrométrique.
  • Ces moyens de calcul 50 sont également prévus pour déterminer la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée. Des moyens non représentés ici permettent d'informer l'opérateur que de la valeur de ladite profondeur. Le cas échéant, il est informé que l'outil a atteint, ou est sur le point d'atteindre, ladite profondeur.
  • Dans cet exemple, la machine comporte en outre des moyens pour commander l'arrêt du déplacement de l'outil de forage 18 dans le sol S à la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée. Cette capacité portante prédéterminée peut être comprise entre une dizaine de tonnes et plusieurs centaines de tonnes.
  • En se référant à nouveau à la figure 1 , on constate que la distance entre le premier axe longitudinal A et le second axe longitudinal B est inférieure à 3 m. De préférence, cette longueur est au moins égale à 1 m. L'intérêt est de pouvoir réaliser le sondage au plus près du pieu. Conformément à l'invention, le dispositif d'actionnement 40 est configuré pour introduire la sonde pénétrométrique 30 dans le sol S à une vitesse constante prédéterminée Vo, en avance par rapport à l'outil de forage. De préférence, l'outil de forage 18 est introduit dans le sol S après que la sonde pénétrométrique 30 a pénétré dans le sol S d'au moins 1,5 m afin de ne pas interférer la mesure pénétrométrique.
  • Par ailleurs, le dispositif d'actionnement 40 est configuré pour que, lors de la descente de la sonde pénétrométrique 30 et de l'outil de forage 18 dans le sol S, la profondeur de la sonde pénétrométrique soit supérieure à celle de l'outil de forage. En l'espèce, on prévoit que la sonde pénétrométrique 30 soit disposée à environ 1,5 m en dessous de l'extrémité inférieure de l'outil de forage 18.
  • Selon une variante, non représentée ici, la machine comporte deux sondes pénétrométriques disposées de part et d'autre du mât 16. Par exemple, les deux sondes pénétrométriques sont symétriques par rapport à un plan P vertical passant par l'axe A de l'outil de forage 18.
  • La sonde pénétrométrique comporte en outre des moyens de contrôle 60 pour contrôler la structure du pieu formé dans le sol. Ces moyens de contrôle 60 comprennent un générateur d'onde 60 disposé dans la sonde pénétrométrique, un géophone 62. Les données reçues par le géophone permettent de déterminer la structure et la géométrie du pieu en formation.
  • Afin de permettre à un opérateur de contrôler le bon déroulement des opérations, la machine selon l'invention comporte en outre un système de visualisation 70 en temps réel de la capacité portante courante QP en fonction de la profondeur de forage p. Des exemples de graphique seront décrits plus en détail ci-dessous.
  • La machine de forage 10 comporte en outre des moyens pour mesurer des paramètres de forage, par exemple la vitesse V de pénétration de l'outil de forage 18 dans le sol et le couple appliqué à l'outil de forage. Lesdits moyens comportent un capteur de vitesse et un capteur de couple montés sur le chariot mobile 24. La machine 10 comporte en outre des moyens pour comparer les paramètres de forage aux données fournies par la sonde pénétrométrique 30 afin de contrôler la cohérence des données de mesures fournies. Ces moyens sont constitués d'un calculateur qui peut être identique ou distinct du moyen de calcul 50 décrit précédemment. Le résultat de la comparaison peut être affiché sur le système de visualisation 70 précité.
  • A l'aide des figures 3 à 6 , on va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du procédé de réalisation dans un sol S d'un pieu 100 ayant une capacité portante prédéterminée CP conforme à la présente invention. Dans cet exemple, le procédé est mis en oeuvre à l'aide de la machine de forage 10 précédemment décrite. Cet exemple n'est pas limitatif, ce procédé pouvant être mis en oeuvre à l'aide d'une machine différente ou bien encore à l'aide d'une machine de forage et d'une machine de sondage distinctes l'une de l'autre.
  • Le procédé selon l'invention comporte tout d'abord une étape d'insertion dans le sol S de la sonde pénétrométrique 30 afin de mesurer les caractéristiques du sol et de mesurer la capacité portante courante du sol.
  • Si par exemple le pieu 100 que l'on souhaite réaliser présente une capacité portante prédéterminée de 300 tonnes, c'est-à-dire qu'il doit reprendre une charge égale à 300 tonnes, et que l'on souhaite réaliser un pieu 100 ayant un diamètre de 70 cm, la sonde pénétrométrique va permettre de déterminer la longueur du pieu qui est nécessaire et suffisante pour que ce dernier présente une charge portante sensiblement égale à 300 tonnes.
  • Selon l'invention, le procédé comporte en outre une étape de réalisation d'un forage dans le sol S en faisant pénétrer dans le sol, à côté de la sonde pénétrométrique 30, l'outil de forage 18. Comme on le constate sur la figure 3 , la sonde pénétrométrique 30 est, dans cet exemple, introduite en avance dans le sol par rapport à l'outil de forage 18. La raison en est que la sonde fournit une valeur de capacité courante du sol pour une profondeur légèrement inférieure à la profondeur atteinte par la pointe de la sonde. Autrement dit, pour pouvoir fournir la valeur de capacité partante courante du sol à la profondeur P, la sonde doit être enfoncée jusqu'à la profondeur P+X. Cette technologie est bien connue par ailleurs. Dans cet exemple, la longueur d'avance X est environ égale à 1,5 m.
  • En d'autres termes, l'insertion de la sonde pénétrométrique 30 dans le sol est réalisée préalablement à l'introduction de l'outil de forage 18 dans le sol, puis la sonde et l'outil de forage s'enfoncent simultanément dans le sol, généralement à des vitesses différentes. Dans cet exemple, l'outil de forage 18 est introduit dans le sol après que la sonde pénétrométrique 30 a pénétré d'une longueur d'environ 2 m dans le sol S.
  • La sonde pénétrométrique 30 est introduite dans le sol S à une vitesse constante prédéterminée qui est égale dans cet exemple à 2 cm/s. La vitesse de déplacement vertical de l'outil de forage quant à elle n'est pas constante car elle dépend de la nature du sol rencontré à l'extrémité inférieure de l'outil de forage 18. On comprend en effet que l'outil de forage aura tendance à descendre plus vite dans une portion de sol qui est plus tendre que dans une autre portion de sol plus compacte. Quoi qu'il en soit, la vitesse de la sonde pénétrométrique reste constante. On s'assure également que la sonde pénétrométrique 30 présente une longueur d'avance au moins égale à la longueur minimale X précitée.
  • On comprend donc que dans l'exemple illustré ici, l'étape d'insertion de la sonde pénétrométrique 30 et l'étape de réalisation du forage sont réalisées en même temps.
  • Au cours de la descente de la sonde pénétrométrique 30, on réalise une étape de calcul de la capacité portante courante C du sol. Les méthodes de calcul pour déterminer la capacité portante courante du sol sont bien connues par ailleurs. On pourra notamment se référer à la norme NF P 94-262. Dans cet exemple, la capacité portante courante est calculée à partir des valeurs de mesure de pression en pointe 30a de la sonde pénétrométrique 30 et du coefficient de frottement. La capacité portante courante tient également compte du diamètre D du pieu 100 que l'on souhaite réaliser.
  • Dans cet exemple, le sol S présente une couche supérieure S1 ayant une hauteur H1 qui est plus tendre qu'une couche inférieure S2 située en-dessous de la couche supérieure S1.
  • Selon l'invention, le déplacement de l'outil de forage 18 est arrêté à la profondeur où la capacité portante courante calculée C correspond au moins à la capacité portante prédéterminée Cp du pieu 100. En se référant à la figure 4 , on comprend que la sonde pénétrométrique 30 a permis de déterminer que la charge de portance prédéterminée est atteinte pour une longueur de pieu égale à L.
  • Dans cet exemple, on constate que la sonde pénétrométrique s'étend jusqu'à une profondeur égale à L + X où X est égal à 1,5 m.
  • Selon une variante non représentée ici, l'outil de forage 18 pourrait être introduit dans le sol S après que la sonde pénétrométrique 30 a détecté que la profondeur à laquelle la capacité portante courante est au moins égale à la capacité portante prédéterminée est atteinte. En d'autres termes, l'étape de forage débute après la fin de l'étape de sondage.
  • Selon l'invention, après l'étape de forage, on remonte l'outil de forage tout en injectant dans le sol un fluide de type béton depuis l'extrémité inférieure 18a de l'outil de forage 18. Dans cet exemple, l'injection du fluide de type béton est réalisée grâce à un tube plongeur 20 muni d'ouvertures. Concomitamment à la remontée de l'outil de forage 18, on réalise une étape de remontée de la sonde pénétrométrique 30 à l'aide du dispositif d'actionnement 40 précité.
  • Au cours de l'étape de remontée de la sonde pénétrométrique 30, on réalise une étape de contrôle de la structure du pieu 100 en cours de formation. Pour ce faire, on envoie des ondes depuis la sonde vers le pieu en formation afin d'en déterminer la géométrie à l'aide des ondes réfléchies.
  • Pendant l'étape de réalisation du forage, on détermine des paramètres de forage, tels que la vitesse de descente V de l'outil de forage 18 et le couple K appliqué à l'outil de forage 18. Ces paramètres de forage sont comparés en temps réel avec les données fournies par la sonde pénétrométrique. On affiche ensuite les paramètres de forage ensemble avec les données fournies par la sonde pénétrométrique sur le système de visualisation 70. Cette comparaison permet de vérifier en temps réel que les mesures effectuées par la sonde pénétrométrique (la pression en pointe et les frottements) sont cohérentes avec les paramètres de forage. Sur la figure 7 , on a représenté les graphiques affichés sur le système de visualisation 70. Le graphique G1 illustre la compacité QP mesurée à la pointe de la sonde pénétrométrique 30 en fonction de la profondeur p. On constate sur ce graphique que la valeur de compacité QP augmente sensiblement lorsque l'outil de forage pénètre dans la couche inférieure S2 compacte située à une profondeur H1.
  • Le graphique G2 représente la capacité portante courante C en fonction de la profondeur p. On constate que cette capacité portante courante augmente avec la profondeur et que la capacité portante prédéterminée Cp du pieu est atteinte pour un pieu présentant une longueur L. Le graphique G4 illustre quant à lui des paramètres de forage mesurés lors de l'étape de réalisation du forage. Il s'agit notamment du couple de rotation et de la vitesse de déplacement de l'outil de forage. Le graphique G3 illustre les paramètres mesurés lors de l'étape de bétonnage, à la remontée de l'outil. Il s'agit notamment de la pression de bétonnage et d'un « profil » du pieu, à savoir le rapport volume réel sur volume théorique de béton, calculé par tranche unitaire de pieu. La visualisation de l'ensemble de ces graphiques permet à l'opérateur de contrôler en temps réel l'opération de sondage et d'exécution du pieu. L'ensemble des données de la figure 7 constitue une « fiche d'identité et de contrôle qualité » du pieu.

Claims (20)

  1. Machine de forage (10) pour réaliser dans un sol (S) un pieu (100) ayant une capacité portante prédéterminée (Cp), ladite machine comportant :
    • un porteur (12) muni d'un mât (16) longitudinal ;
    • un outil de forage (18) parallèle au mât, s'étendant selon un premier axe longitudinal (A), et ayant une extrémité inférieure (18a) ;
    • des moyens (20) pour injecter dans le sol un fluide du type béton depuis ladite extrémité inférieure de l'outil de forage;
    • des moyens (24) pour déplacer l'outil de forage par rapport au mât selon la direction longitudinale du mât ;
    caractérisée en ce qu'elle comporte en outre :
    • au moins une sonde pénétrométrique (30) destinée à être introduite dans le sol avec l'outil de forage, ladite sonde pénétrométrique s'étendant selon un second axe longitudinal (B) parallèle au premier axe longitudinal du mât ;
    • au moins un dispositif d'actionnement (40) pour déplacer la sonde pénétrométrique dans le sol en translation selon le second axe longitudinal, ce dispositif d'actionnement étant fixé à la machine ; et
    • des moyens de calcul (50) connectés à la sonde pénétrométrique (30) pour déterminer la profondeur (L) où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée.
  2. Machine de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens pour arrêter le déplacement de l'outil de forage dans le sol à la profondeur (L) où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée.
  3. Machine de forage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la distance entre le premier axe longitudinal (A) et le second axe longitudinal (B) est inférieure à 5 mètres.
  4. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement (40) est configuré pour introduire la sonde pénétrométrique dans le sol à une vitesse constante prédéterminée (Vo), de préférence en avance par rapport à l'outil de forage.
  5. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la sonde pénétrométrique (30) est située à l'extrémité inférieure d'une tige (32) s'étendant dans un tube de guidage (34).
  6. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement (40) est fixé à une extrémité inférieure (16a) du mât (16).
  7. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement (40) est configuré pour que, lors de la descente de la sonde pénétrométrique (30) et de l'outil de forage (18) dans le sol, la profondeur de la sonde pénétrométrique soit supérieure à celle de l'outil de forage.
  8. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte deux sondes pénétrométriques disposées de part et d'autre du mât (16).
  9. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la sonde pénétrométrique (30) comporte en outre des moyens de contrôle (60, 62) pour contrôler la structure du pieu formé dans le sol, ou en cours de formation.
  10. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un système de visualisation (70) en temps réel de la capacité portante courante en fonction de la profondeur de forage.
  11. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens pour mesurer des paramètres de forage, et des moyens (50) pour comparer les paramètres de forage aux données fournies par la sonde pénétrométrique.
  12. Procédé de réalisation dans un sol d'un pieu ayant une capacité portante prédéterminée, comportant :
    • une étape d'insertion dans le sol d'une sonde pénétrométrique;
    • une étape de réalisation d'un forage dans un sol en faisant pénétrer un outil de forage dans le sol, à côté de la sonde pénétrométrique, la sonde pénétrométrique étant introduite en avance par rapport à l'outil de forage;
    • une étape de calcul d'une capacité portante courante à l'aide de la sonde pénétrométrique;
    • une étape de détermination de la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité portante prédéterminée;
    • une étape d'injection dans le sol d'un fluide de type béton depuis une extrémité inférieure de l'outil de forage ;
    • une étape de remontée de l'outil de forage tout en injectant ledit fluide ;
    • une étape de remontée de la sonde pénétrométrique.
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'arrêt du déplacement de l'outil de forage à la profondeur où la capacité portante courante correspond au moins à la capacité courante prédéterminée.
  14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle l'étape d'insertion de la sonde pénétrométrique et l'étape de réalisation du forage sont réalisées en même temps.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel on réalise une étape de contrôle de la structure du pieu lors de l'étape de remontée de la sonde pénétrométrique.
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel la sonde pénétrométrique est introduite dans le sol à une vitesse constante prédéterminée.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel l'outil de forage est introduit dans le sol après que la sonde pénétrométrique a pénétré dans le sol d'au moins 1,5 m.
  18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel l'outil de forage est introduit dans le sol après que la sonde pénétrométrique a détecté que la capacité portante prédéterminée est atteinte.
  19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, dans lequel on détermine des paramètres de forage au cours de l'étape de réalisation du forage, on compare les paramètres de forage aux données fournies par la sonde pénétrométrique, et on affiche les paramètres de forage ensemble avec les données fournies par la sonde pénétrométrique.
  20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, dans lequel on utilise une machine de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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