PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CONSTITUER UN PIEU TUBULAIRE DE FONDATION DANS UN SOL
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour constituer un pieu tubulaire de fondation dans un sol. Les pieux de fondation sont notamment destinés à servir d'appui sur le sol à des ouvrages d'art.
L'invention vise à réaliser des pieux robustes, faciles à mettre en œuvre et peu onéreux.
En outre, la résistance mécanique du pieu n'est pas la seule contrainte à satisfaire. Il faut aussi que la force portante exercée par le sol sur le pieu, due au frottement du terrain le long du pieu et à la réaction verticale exercée par le terrain sur le pieu, soit suffisante pour supporter l'ouvrage d'art.
On connaît déjà des procédés pour constituer un pieu tubulaire. Le procédé décrit dans DE-A-2231 923 comprend les opérations suivantes :
- a) utiliser un élément structurel comportant une partie sensiblement tubulaire, laquelle est délimitée par une surface extérieure et une surface intérieure, réserve intérieurement un passage délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure,
- b) accoupler ledit élément structurel à des moyens de manœuvre,
- c) creuser une cavité tubulaire par enfoncement de l'élément structurel dans le sol, à l'aide desdits moyens de manœuvre, puis réaliser le pieu de fondation par introduction de béton dans la cavité tubulaire, et
- d) désaccoupler les moyens de manœuvre et l'élément structurel.
Le fait de réaliser un pieu tubulaire permet de réduire notablement la masse de terre à creuser pour mettre en place le pieu et d'augmenter la force portante exercée par le terrain due au frottement entre le pieu et le terrain, par rapport à un pieu plein ayant la même section (horizontale) de béton.
Toutefois, l'introduction du béton dans la cavité tubulaire est problématique au-delà de quelques mètres de longueur et les pieux ne présentent pas une résistance satisfaisante sur toute leur longueur.
Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose que lors de l'étape c), pour réaliser le pieu de fondation, on relève l'élément structurel, libérant ainsi une partie de ladite cavité tubulaire et on introduit du béton dans ladite partie de la cavité libérée par le relevage de l'élément structurel.
Ainsi, le béton descend par gravité dans la cavité, ce qui nécessite une moins grande pression d'injection pour remplir uniformément la cavité de béton et permet d'obtenir un pieu plus homogène. La réalisation d'un pieu de résistance satisfaisante est donc facilitée. En outre, la réalisation du pieu in situ après relevage de l'élément structurel assure un bon contact entre le pieu et le terrain, et une meilleure résistance du pieu.
Pour améliorer encore la qualité du pieu, l'invention propose que : - on introduise du béton dans l'élément structurel par l'extrémité supérieure et on le fasse ressortir par l'extrémité inférieure,
- on effectue concomitamment le relevage de l'élément structurel et l'introduction de béton dans la partie de la cavité libérée par le relevage de l'élément structurel. Ainsi, le béton vient consolider le sol au fur et à mesure de la libération de la cavité. On réduit donc le risque que le sol, en s'éboulant vienne remplir une partie de la cavité et crée un affaiblissement dans le pieu.
Afin de faciliter l'enfoncement de l'élément structurel dans le sol, l'invention propose qu'avantageusement, on lie à l'extrémité inférieure de l'élément structurel, une trousse coupante comprenant des dents biseautées vers l'extérieur destinées à creuser le sol.
Cette trousse coupante réduit en outre le risque d'endommager l'élément structurel lors de son enfoncement dans le sol. La forme biseautée des dents évacue la terre vers l'extérieur et facilite l'enfoncement de l'élément structurel.
Toujours dans le but de faciliter l'enfoncement de l'élément structurel dans le sol, l'invention propose que :
- l'élément structurel présente en saillie, sur une partie au moins de sa surface intérieure et/ ou de sa surface extérieure, une nervure en forme d'hélice, et
- lors de l'étape c), les moyens de manœuvre impriment à l'élément structurel un mouvement hélicoïdal combinant rotation et enfoncement.
La nervure en forme d'hélice permet de prendre appui sur le sol et facilite l'enfoncement de l'élément structurel. En outre, elle améliore la portance du pieu sur le sol.
Dans le but d'améliorer encore la portance du pieu sur le sol, l'invention propose qu'avantageusement, on injecte sous pression un coulis de ciment à proximité de l'extrémité inférieure du pieu. Ce coulis de ciment, plus fluide que le béton et injecté de préférence sous plus forte pression va compacter le sol, remplir les éventuels trous qui y sont présents et former un mélange intime avec lui à proximité de l'extrémité inférieure du pieu, ce qui améliorera l'ancrage du pieu dans le sol. L'invention a également pour objet un dispositif. DE-A-2231 923 décrit un dispositif comprenant :
- un élément structurel comportant une partie sensiblement tubulaire, laquelle est délimitée par une surface extérieure et une surface intérieure, réserve intérieurement un passage délimité par la surface intérieure et s'étend entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, et
- des moyens de manœuvre aptes à exercer un effort sur l'élément structurel pour le déplacer.
Pour remédier aux inconvénients précités, l'invention propose que :
- l'élément structurel comprenne deux tubes concentriques reliés entre eux par des centreurs, de sorte qu'il réserve une cavité périphérique entre sa surface intérieure et sa surface extérieure, et
- l'extrémité inférieure de l'élément structurel soit obturable. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à l'invention suivant le plan brisé repéré I-I sur la figure 2, lors d'une première étape,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant le plan repéré II-II sur la figure 1,
- la figure 3 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif suivant la flèche repérée III sur la figure 1, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif suivant la flèche repérée IV sur la figure 1,
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale conforme à la figure 1 d'une variante de dispositif lors d'une deuxième étape du procédé.
Les figures 1 et 2 illustrent un élément structurel 1 globalement cylindrique comprenant une partie principale 2 tubulaire, une trousse de découpe 4 liée à l'extrémité inférieure 2a de la partie principale 2 et un entonnoir 6 lié à l'extrémité supérieure 2b de la partie principale 2.
La partie principale 2 se présente sous la forme d'un caisson tubulaire s'étendant suivant une direction d'allongement 8 entre l'extrémité inférieure 2a et l'extrémité supérieure 2b.
Il comprend une paroi extérieure 10 et une paroi intérieure 12, maintenues l'une par rapport à l'autre au moyen de cales de centrage ou entretoises 14 soudées sur l'une desdites parois. Elles réservent entre elles une cavité périphérique 18.
Le caisson 2 présente en son centre un passage 16 débouchant à chaque extrémité et délimité par la paroi intérieure 12.
Il comporte en outre deux tubes d'injection 20a, 20b s'étendant entre les parois extérieure 10 et intérieure 12 et présentant chacun un orifice 22 débouchant dans le passage 16, à proximité de l'extrémité inférieure 2a du caisson.
Tel qu'illustré plus en détail aux figures 3 et 4, la trousse coupante 4 déborde légèrement en largeur par rapport au caisson 2 de manière à le protéger et comprend une succession de dents 28 biseautées vers l'extérieur. Entre deux dents successives 28, un volet 24 est disposé à proximité d'une ouverture 30 ménagée à l'extrémité inférieure 2a du caisson 2. Chaque volet 24 pivote autour d'un axe 32 par rapport au caisson entre une position fermée dans laquelle il obture l'ouverture 30 et une position ouverte dans laquelle il laisse cette ouverture libre. Tel qu'illustré à la figure 1, le caisson 2 comprend en outre une rainure extérieure hélicoïdale 34 réalisée en saillie sur la paroi extérieure 10 et une rainure intérieure hélicoïdale 36 réalisée en saillie sur la paroi intérieure 12.
Ce caisson 2 est accouplé à des moyens de manœuvre 38 venant enserrer la paroi extérieure 10. Ces moyens de manœuvre sont aptes à imprimer à l'élément structurel 1 un mouvement de translation, de rotation ou une combinaison de ces mouvements. On peut citer à titre d'exemple une machine commercialisée sous la marque Fundex et la référence F12. Ici, seule une table de rotation a été illustrée. La mise en place d'un pieu s'effectue de la manière suivante : la table de rotation exerce une force verticale sur l'élément structurel 1 de manière à le faire pénétrer dans le sol 40, tout en lui imprimant un mouvement de rotation associé à la translation verticale. Les dents 28 de la trousse 4 creusent une cavité tubulaire 42 dans le sol. La forme des dents, biseautée vers l'extérieur, évacue la terre creusée vers l'extérieur.
Les clapets 24 ferment les ouvertures 30. Les rainures extérieure 34 et intérieure 36 en forme d'hélice prennent appui sur le sol et facilitent son creusement.
Lorsque la cavité 42 a atteint une profondeur jugée suffisante, on injecte du coulis de ciment sous pression dans les tubes d'injection 20a, 20b, à l'aide d'une pompe 21. Ce coulis de ciment ressort par les orifices 22 à l'extrémité inférieure de cette cavité 42 et forme un bloc d'ancrage 44.
Ce bloc de coulis de ciment est destiné à renforcer l'ancrage du pieu dans le sol en consolidant le sol à l'extrémité inférieure de la cavité 42. Le coulis de ciment est dosé à environ 600 kilogrammes de ciment par mètre cube. Ainsi, ce coulis de ciment relativement fluide va venir intimement au contact du sol. Il est envoyé sous une pression généralement comprise entre 3 et 7 MPa en fonction de la consistance du terrain.
Ensuite, tel qu'illustré plus précisément à la figure 5, on remplit la cavité périphérique 18 du caisson 2 de béton via l'entonnoir 6. Puis, on remonte l'élément structurel 1 par rotation hélicoïdale en sens inverse de la table de rotation. Ceci libère une partie de la cavité tubulaire 42. Sous la pression du béton, les clapets 24 pivotent et libèrent les ouvertures 24. Le béton coule alors dans la partie de cavité 42 libérée par la remontée de l'élément structurel 1.
Au fur et à mesure de la remontée de cet élément structurel, du béton est déversé dans la cavité 42, jusqu'à la remplir complètement. Lorsque l'élément structurel 1 est remonté entièrement hors de la cavité 42, il est alors désaccouplé de la table de rotation 38. Après solidification, le béton disposé dans la cavité 42 définit un pieu de fondation tubulaire 50.
Sur la figure 5, la rainure hélicoïdale extérieure 34 du caisson 2 est particulièrement profonde et présente en outre un épaulement 46. Ceci crée un bossage 48 hélicoïdal sur le pieu améliorant la portance du sol.
Le béton introduit dans la cavité est avantageusement du béton dit à haute résistance (BHR), ce qui permet de réduire la section des ouvrages et
notamment des fondations profondes telles que les pieux cylindriques, sans réduire les caractéristiques de résistance mécanique. Il comprend pour un mètre cube entre 700 et 1000 kilogrammes de ciment, 20 % du poids de ciment en eau, environ 200 kilogrammes de fibres d'environ 20 millimètres de long, le reste étant constitué par de la fumée de silice et du sable comportant des grains de moins de 7 millimètres.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux réalisations qui viennent d'être décrites à titre d'exemple. On pourrait remplacer les clapets 24 par de simples sabots obturateurs que l'on abandonnerait au fond de la cavité.
On pourrait prévoir de détacher la trousse 4 du coffrage 2 et de l'abandonner au fond de la cavité.
On pourrait prévoir d'utiliser une pompe à béton ou une pompe à mortier pour déverser le béton.