Procédé de construction d'un pieu en béton et installation pour la mise en oeuvre du procédé

Abstract

 Le procédé consiste à enfoncer un tube en acier (14) au moyen d'un cône de fonçage (23,24) indépendant du tube et précédant la pénétration du tube dans le sol. On frappe au moyen d'un marteau hydraulique (26) en entrainant simultanément le tube en rotation par un dispositif qui le saisit par sa circonférence. On retire ensuite le cône de fonçage (23) et on introduit ensuite une armature dans le tube, puis on coule du béton dans le tube en retirant progressivement le tube (14). Le câble (12) de suspension de marteau hydraulique et du cône de fonçage est également utilisé pour l'introduction de l'armature et d'un vibreur à béton.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé de construction d'un pieu de soutènement en béton armé consistant à enfoncer un tube en acier dans le sol et à le remplir de béton.

[0002] Il est connu d'enfoncer des pieux tubulaires en acier dans le sol par roto-percussion. A cet effet, on utilise une sonnette de battage pour battre l'extrémité du tube à laquelle on a préalablement fixé une pièce par vissage permettant de le battre et de l'entrainer simultanément en rotation pas à pas. La sonnette de battage représente une installation très lourde, de l'ordre de 30 à 40 tonnes, constituant un matériel important et coûteux, tant en ce qui concerne l'achat et l'amortissement que le transport. Pour amortir les frais de mise en place d'une telle installation il est nécessaire de construire un nombre de pieux relativement élevé au même endroit. Le tube en acier est en outre relativement très lourd, à parois épaisses, pour résister au battage et au flambage.

[0003] On connait également des pieux en béton, système HW réalisés au moyen d'un tube de forage récupéré après l'injection de béton dans le tube. Le tube est entrainé en oscillation au moyen d'un dispositif d'entrainement placé sur la tête du tube et actionné à l'air comprimé. Cette méthode nécessite également un équipement relativement lourd et de hauteur supérieure à la longueur des plus longs tubes que l'on désire pouvoir enfoncer.

[0004] Les procédés utilisant de grandes sonnettes ne sont pratiquement pas utilisables pour de petits chantiers, car il n'est pas possible d'amortir le coût de la mise en place de l'installation. Dans ce cas on a dès lors recours à des solutions de remplacement plus ou moins heureuses et souvent insuffisantes, telles que radiers ou autres.

[0005] La présente invention a pour but de permettre la construction de pieux en béton au moyen d'une installation légère et très mobile, dont les frais de mise en place sont faibles, de telle sorte qu'elle puisse être utilisée de façon rentable sur des chantiers de moyenne et petite dimension. On a également cherché à simplifier le travail de l'opérateur et à réaliser un gain de temps dans la construction d'un pieu.

[0006] Le procédé selon invention est caractérisé en ce qu'on enfonce le tube d'une part en frappant au moyen d'un marteau hydraulique suspendu dans le tube, sur un cône de fonçage indépendant du tube et d'autre part en entrainant le tube en rotation, qu'on retire le cône de fonçage avec le marteau, une fois le tube enfoncé, qu'on introduit une armature dans le tube, qu'on coule du béton dans le tube en retirant progressivement le tube au fur et à mesure du remplissage du trou par le béton.

[0007] Etant donné qu'on ne bat pas l'extrémité supérieure du tube, celui-ci n'a pas besoin de présenter une grande résistance. Il n'y a même pratiquement aucun choc sur le tube, étant donné que l'on frappe directement sur le cône de fonçage. Le marteau hydraulique et le cône de fonçage sont de faible volume, facilement transportables et pourtant d'une grande efficacité. L'entrainement en rotation du tube peut se faire en un point intermédiaire du tube situé à une faible hauteur au-dessus du sol, de telle sorte que l'équipement nécessaire peut être de dimensions réduites.

[0008] Le cône de fonçage peut être solidaire du marteau et réutilisable ou indépendant du marteau et laissé au fond du trou pour empêcher l'eau souterraine de remonter dans le trou.

[0009] Le procédé selon invention peut être mis en oeuvre avec des moyens légers, de préférence porté par un véhicule le tout étant agencé de telle sorte que toutes les opérations peuvent être faites au sol ou sur le véhicule.

[0010] L'invention a également pour objet une installation telle que définie par la revendication 6.

[0011] Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une installation selon l'invention.

La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation montée sur un véhicule.

La figure 2 est une vue en coupe axiale de l'extrémité inférieure du tube et du cône de fonçage.

La figure 3 est une vue partielle de l'installation selon la direction A, figure 1.

La figure 4 est une vue de côté de la même partie de l'installation.

La figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 3.

Les figures 6 à 11 représentent diverses phases de la construction d'un pieu.

La figure 12 représente une variante d'exécution du cône de fonçage.

[0012] La figure 1 représente schématiquement un véhicule 1 sur lequel est montée l'installation. Ce véhicule est de type connu. Ses quatre roues sont orientables et il est muni de quatre pieds tels que 2 et 3, montés sur vérin, pour soutenir le véhicule en position de travail. Il comporte une tourelle centrale 4 portant un bras 5 à l'extrémité duquel est articulé le premier élément 6 d'un bras télescopique comprenant en outre deux autres bras 7 et 8 constituant une grue télescopique. La tourelle 4 porte en outre un vérin télescopique 9 dont l'extrémité est articulée au bras télescopique 6 pour le redresser en position verticale. respectivement pour le ramener en position horizontale sur un support 10. L'élément 8 du bras télescopique est muni d'une tête 11 à laquelle est attaché un câble 12.

[0013] Le premier élément 6 du bras télescopique porte en outre un dispositif 13 pour l'entrainement en rotation du tube 14 et un dispositif 15 de maintien et de guidage du tube. Les dispositifs 13 et 15 peuvent se déplacer avec une certaine course sur l'élément 6, comme ceci sera décrit plus loin en relation avec les figures 3 à 5.

[0014] L'extrémité inférieure du tube en acier 14 est représentée à la figure 2. Sur toute sa longueur, le tube est entouré d'un fer à béton 16 enroulé en hélice autour du tube et soudé sur le tube. A l'extrémité in- _férieure du tube est fixée amoviblement une couronne 17 soit par vissage comme représenté au dessin, ou par clavetage si l'on veut éviter un risque de dévissage lors du retrait du tube. Cette couronne 17 porte un anneau en acier 18, libre en rotation autour de la couronne 17 et présentant une rainure annulaire intérieure 19 par laquelle elle est retenue axialement sur un talon 20 de la couronne 17 avec un jeu axial représentant une certaine course de travail. L'anneau 18 présente à sa partie inférieure renforcée une portée intérieure 21 contre laquelle vient buter une portée circulaire 22 d'un cône de fonçage pointu 23 dont la partie conique prolonge l'extrémité cônique 24 de l'anneau 18. Ce cône de fonçage 23 présente une creusure axiale dans laquelle s'engage le percuteur 25 d'un marteau hydraulique 26, ce percuteur étant relié au cône de fonçage 23 par une clavette 27 traversant une lumière 28 du percuteur 25. Le marteau hydraulique 26, connu en soi, est alimenté à travers le tube 14 par deux conduites 29 et 30. Il est muni d'un anneau 31 par lequel il est suspendu à un crochet 2 fixé à l'extrémité du câble 12.

[0015] Les figures 3 à 5 représentent le détail des moyens de maintien et d'entrainement en rotation du tube 14. Le dispositif d'entrainement en rotation 13 comprend un anneau 33 monté rotativement entre deux consoles 34 et 35 au moyen de roulements à billes. L'anneau 33 est muni d'une couronne dentée 36 engrenant avec le pignon 37 d'un moteur hydraulique 38 porté par la console 34. L'anneau 33 porte huit petits vérins radiaux 39 répartis sur sa circonférence, vérins qui servent à serrer le tube 14 pour son entrainement en rotation par le moteur 38. Les consoles 34 et 35 sont solidaires d'une plaque verticale 40 reliant deux tubes verticaux 41 et 42 de section carrée munis, près de leurs extrémités supérieures, de galets 43, respectivement 44, guidant les tubes 41 et 42 dans deux rails 45 et 46 soudés le long du premier élément 6 du bras télescopique. Les tubes 41 et 42 sont montés respectivement autour de deux vérins hydrauliques 47 et 48 dont les corps sont fixés sur une traverse 49 fixée à l'extrémité intérieure de l'élément 6 du bras télescopique. Les extrémités des tiges de pistons 50 et 51 de ces vérins sont fixés aux extrémités supérieures respectives des tubes 41 et 42 qui sont à cet effet fermés par une plaque. Le moyen de guidage 15 est constitué par une pince fixée sur une barre 52 reliant les tubes 41 et 42 près de leur extrémité supérieure. Les tubes 41 et 42 et les dispositifs 13 et 15 constituent dès lors un équipage mobile susceptible de se déplacer le long de l'élément 6 du bras télescopique avec une course égale à la course des vérins 47 et 48. Ces vérins permettent en outre de soulever l'équipage mobile pour dégager le tube 14 du sol et pour amener son extrémité à la hauteur de travail désirée. L'élément 6 du bras télescopique est en outre muni d'un pied rétractable 63, par exemple constitué par un vérin, pour que le bras télescopique puisse prendre appui sur le sol.

[0016] L'utilisation de l'installation sera décrite maintenant en relation avec les figures 6 à 11. Dans un souci de simplification, on n'a pas représenté dans ces figures les moyens de soutien et d'entrainement du tube représenté aux figures 1 à 5.

[0017] En se référant à la figure 6, il convient encore d'ajouter que l'extrémité supérieure du tube 14 est fermée par un couvercle 53 muni d'un trou central pour le passage du câble 12 sur lequel le couvercle peut coulisser librement, le câble 12 étant muni d'un arrêt 54 permettant de soulever le couvercle lorsqu'on tire le câble 12 au moyen du bras télescopique. Ce couvercle 53 est également traversé par les conduits d'alimentation 29 et 30 du marteau hydraulique 26. Le couvercle 53 porte en outre un raccord de tuyau recourbé 55 à chaque extrémité duquel il est possible de fixer un tube pour l'amenée du béton.

[0018] Dans la position représenté à la figure 6, le tube 14 est en train de s'enfoncer dans le sol 56. Le dispositif d'entrainement 13 est tout d'abord amené dans sa position maximale supérieure au moyen des vérins 47 et 48. Le marteau 26 frappe sur le cône de fonçage 23 ouvrant le chemin au tube 14. Les coups sur le cône de fonçage 23 doivent être transmis à la couronne 17. Simultanément, le tube est entrainé en rotation par le dispositif 13 et il s'enfonce dans le sol par vissage de l'hélice 16 dans les parois du trou foré par le cône de fonçage 23. Si ce cône de fonçage 23 avance plus rapidement que le tube 14, l'anneau 18 arrive en bout de course sur la couronne 17 et les coups du marteau 26 sont alors transmis au tube 14. Dès que cela se produit l'opérateur arrête momentanément le marteau 26 de manière à permettre au tube de descendre. Cet arrêt pourrait être facilement commandé automatiquement par un détecteur fixé sur le tube 14, par exemple sur sa face intérieure. Lorsque le tube est descendu de la valeur de la course de ces vérins, les dispositifs 13 et 15 sont desserrés et ramenés dans leur position maximale supérieure, dans laquelle ils sont resserrés pour une nouvelle course et ainsi de suite.

[0019] Le tube 14 présente une longueur pratique et transportable, par exemple, 7 mètres. A la figure 7, on a considéré le cas dans lequel on désire construire un pieu en béton d'une longueur supérieure à 7 mètres. Dans ce cas, après avoir presque totalement enfoncé le tube 14, on retire le marteau 26 et le cône de fonçage 23 et l'on fixe au tube 14 un second tube identique 14' que l'on relie au tube 14 au moyen d'une bague 57 fixée par des clavettes de façon connu en soi. Le tube 14' est introduit dans les dispositifs 13 et 15, puis on réintroduit le marteau 26 et son cône de fonçage 23 pour poursuivre l'enfoncement des tubes.

[0020] Une fois que l'on a atteint la profondeur désirée, on retire le marteau 26 et son cône de fonçage, comme représenté à la figure 8.

[0021] On décroche ensuite le marteau 26 et l'on introduit dans le tube 14, au moyen du même crochet 32, une armature 58 (figure 9) munie à son extrémité inférieure d'un cône en tôle 64 de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du tube 14 et destiné à chasser l'eau susceptible de se trouver dans le tube. Il convient de noter que le tube 14, respectivement le tube 14', présente toujours une partie dépassant le sol qui est serrée dans le dispositif 13.

[0022] On relève ensuite le crochet 32 pour y suspendre un vibreur hydraulique 59 alimenté par les conduits 29 et 30 (figure 10). On fixe en outre au raccord 55 un tuyau vertical 60 et un tuyau d'alimentation 61 reliés à une installation de propulsion de béton. Il convient de souligner que toutes les opérations d'accrochage de dispositifs au crochet 32 et de raccordement des tuyaux 60 et 61 peuvent être effectuées au sol à côté du tube enfoncé 14, ceci grâce à la tourelle 4. On introduit ensuite le vibreur 59 et le tube 60 dans le tube 14 et on remplit le trou de béton 62 tout en retirant le tube 14 par un mouvement de traction et de dévissage assuré d'une part par les vérins 47 et 48 et, d'autre part, par l'anneau 33 entraîné dans le sens inverse de celui de la figure 6, comme indiqué par les flèches. Le tube 14 est retiré au fur et à mesure du remplissage du trou par le béton, de telle sorte que le trou est parfaitement rempli d'un béton compact vibré.

[0023] Le pieu terminé 65 est représenté à la figure 11. Dans cette figure, on voit également qu'il est possible de maintenir le tube 14 à la hauteur de travail la plus commode pour effectuer toutes opérations à la partie inférieure du tube, par exemple enlever la couronne 17, enlever le vibrateur hydraulique, remonter le marteau hydraulique et son cône au câble se trouvant à l'intérieur du tube 14 et le soulever suffisamment pour refi- xer la couronne 17. Après ces opérations l'installation est prête pour le pieu suivant.

[0024] L'installation est particulièrement prévue pour enfoncer des tubes d'un diamètre de 340 mm, l'anneau 18 présentant un diamètre de 400 mm.

[0025] L'installation montée sur véhicule est d'une grande mobilité est d'une mise en place très rapide. L'utilisation d'un marteau hydraulique frappant sur un cône de fonçage s'est avérée être d'un rendement bien supérieur aux installations de battage et forage existantes.

[0026] Le procédé et l'installation ont en outre l'avantage de permettre de préparer et de fixer une grande longueur de tubes assemblés, environ 20 à 30 m, sur le bras télescopique de l'auto-grue pour l'exécution du deuxième pieu et des pieux suivants sur un même chantier, une fois la longueur des pieux établie pour ce chantier. Le marteau 26 et le cône de fonçage 23 peuvent être réintroduits dans l'assemblage de tubes, par son extrémité inférieure, simplement en enlevant l'anneau 17, ces manoeuvres étant faciles à exécuter.

[0027] Dans certains sols, il arrive fréquemment que l'eau souterraine ou l'eau d'infiltration remonte dans le tube enfoncé lorsqu'on retire le cône de fonçage et avant que l'on introduise l'armature 58 munie de son cône 64. Deux solutions ont été retenues pour empêcher ce phénomène.

[0028] La première solution est représentée à la figure 12. Le cône de fonçage est constitué ici par un cône 65 indépendant du marteau hydraulique 26 et de préférence en béton armé pour des raisons de coût. Ce cône présente une base de diamètre légèrement plus grand que le diamètre intérieur de l'anneau 18 de telle sorte qu'il ne puisse pas remonter dans le tube 14. Le cône 65 vient en outre se loger dans une battue intérieure 68 de l'anneau 18 dans laquelle il est retenu et guidé latéralement. Le marteau hydraulique est solidaire d'une tête de frappe cylindrique 66 correspondant à la moitié supérieure du cône de fonçage 23 de la figure 2 et munie d'une portée 22' identique à la portée 22 de la frappe 2. Cette tête de frappe 66 entraine donc l'anneau 18 par sa portée 21 et elle est retirée avec le marteau hydraulique 26.

[0029] La seconde solution consiste à recouvrir le cône de fonçage 23 et l'extrémité conique 24 de l'anneau 18 d'une cape conique en acier 67 comme représenté à la figure 2. Cette cape 67 est enfoncée avec le cône de fonçage 23 et le tube 14 et reste ensuite au fond du trou, fermant en quelque sorte l'extrémité du tube et empêchant dans une mesure suffisante une remontée de l'eau dans le tube.

[0030] Dans les deux cas le cône 64 de l'armature peut être supprimé.

Revendications

1. Procédé de construction d'un pieu de soutènement en béton armé, consistant à enfoncer un tube en acier dans le sol, puis à le remplir de béton tout en retirant le tube au fur et à mesure du remplissage, caractérisé en ce qu'on enfonce le tube (14) d'une part en frappant au moyen d'un marteau hydraulique (26) suspendu dans le tube, sur un cône de fonçage (23) indépendant du tube et, d'autre part, en entraînant le tube en rotation, qu'on retire au moins le marteau, une fois le tube enfoncé, qu'on introduit une armature (58) dans le tube, puis qu'on coule du béton dans le tube en retirant progressivement le tube au fur et à mesure du remplissage du trou formé, par le béton.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un cône de fonçage suspendu au marteau et qu'on retire le cône de fonçages avec le marteau.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce q'on utilise un cône de fonçage (64) indépendant du marteau et qu'on laisse ce cône de fonçage au fond du trou pour empêcher que l'eau ne remonte dans le tube.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on recouvre le cône de fonçage d'une cape conique en acier (67), qu'on laisse au fond du trou afin d'empêcher que l'eau ne remonte dans le tube.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on vibre le béton au moyen d'un vibreur (59) suspendu dans le tube au fur et à mesure qu'on remplit le trou de béton.

6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un tube en acier (14) entouré d'un fer en hélice (16) soudé sur et autour du tube et muni à son extrémité inférieure d'une couronne amovible (17) sur laquelle est retenu, avec un jeu axial, un anneau (18) libre en rotation dont l'extrémité inférieure présente une portée intérieure (21), un cône de fonçage (23) un marteau hydraulique (26), le cône de fonçage ou le marteau présentant une portée (22) correspondant à la portée du cône de fonçage (21), des moyens de support du tube en position verticale (6). des moyens de serrage et d'entraînement du tube en rotation (13), des moyens de guidage du tube (15, 43, 44, 45, 46), des moyens de suspension du marteau hydraulique (11, 12) utilisables également pour la suspension de toute autre élément ou dispositif dans le tube, des moyens pour l'introduction du béton dans le tube (55, 60). et des moyens de levage du tube (47, 48).

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les moyens de support du tube sont constitués par un bras télescopique (6, 7, 8) monté sur une auto-grue.

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les moyens de serrage et d'entrainement du tube en rotation sont constitués par un anneau (33) muni de vérins de serrage radiaux (39) et d'une couronne dentée (36) entrainée par un moteur hydrauli- lique (38), ces moyens étant solidaires du premier élément tubulaire (6) dudit bras télescopique.

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les moyens de levage du tube sont constitués par deux vérins verticaux (47, 48) parallèles au bras télescopique (6) et montés entre l'extrémité inférieure (49) du premier élément (6) dudit bras télescopique et les moyens (13) d'entrainement du tube en rotation, la partie de ces vérins mobile relativement au premier élément (6) du bras télescopique étant solidaire d'un équipage mobile (40, 41, 42, 52) portant les moyens d'entrainement en rotation du tube (13) et mobile le long du premier élément (6) du bras télescopique.

10. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée par le fait que le cône de fonçage (23) est solidaire du marteau hydraulique (26) et suspendu avec ce marteau aux moyens de suspension (11, 12).

11. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée par le fait que le cône de fonçage (65) est indépendant du marteau hydraulique (26) et s'appuie par le bord de sa base sur une portée dudit l'anneau (18) et que le marteau hydraulique (26) est muni d'une tête de frappe cylindrique (66) de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du tube (14) et dudit anneau (18) et munie d'une portée (22') venant buter sur la portée (21) dudit anneau (18).

12. Installation selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée par le fait que les moyens pour l'introduction de béton dans le tube sont constitués par un raccord de tuyau (55) fixé à un couvercle (53) destiné à venir coiffer l'extrémité supérieure du tube en acier (14), ce couvercle étant traversé par un câble de suspension (12) pour la suspension du marteau, puis de l'armature, puis du vibreur, ce câble étant muni d'une butée (54) pour le soulèvement du couvercle.

13. Installation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que l'armature (58) est munie à son extrémité inférieure d'une tôle conique (64) de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du tube.

14. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le bras télescopique (6, 7, 8), est articulé sur un support (5) monté sur une tourelle (4) du véhicule et qu'il porte un vérin (9) pour le basculement du bras télescopique sur son support.

15. Pieu en béton armé obtenu par le procédé selon la revendication 1.

Dessins