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Pieu en BFUP - Pieu composite
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des
pieux pour fondations d'ouvrage de génie civil ou de
bâtiments et plus particulièrement les pieux battus en
Béton Fibre à Ultra-hautes Performances (BFUP).
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Lors de la réalisation des fondations pour les
ouvrages de génie civil, comme des passerelles de
franchissement, ou de bâtiments, il est connu de battre
ou de forer des pieux ou des micropieux afin de pouvoir
s'appuyer sur un sol par effet de pointe ou par
frottement.
Les pieux peuvent être en bois, en métal ou en
béton armé, et comprennent généralement en leur portion
inférieure une pointe en métal. La portion supérieure du
pieu comprend généralement une protection en métal pour
que le bois ou le béton ne s'écrase pas sous les coups de
l'engin de battage. Le pieu est généralement tubulaire et
la portion centrale s'étendant entre la portion
inférieure et la portion supérieure comprend un logement
cylindrique dans lequel peut être coulé du béton après
battage du pieu. Des armatures peuvent, si besoin,
également être introduites dans le logement cylindrique.
Généralement, un pieu composite est obtenu par
l'assemblage d'un premier pieu sur un deuxième pieu. La
portion inférieure du premier pieu est alors engagée dans
la portion supérieure du deuxième pieu qui est au moins
partiellement enfoncé dans le sol et un cordon de soudure
est réalisé pour garantir une liaison et un bon
alignement des pieux. La mise en uvre d'un tel cordon de
soudure est délicate sur site et longue. Enfin, les pieux
étant généralement battus dans des sols humides, la
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durabilité du cordon de soudure, et donc l'intégrité du
pieu, est aléatoire. En effet, une rupture du cordon de
soudure par exemple sous l'effet de la corrosion, peut
amener à un désalignement relatif du premier et du
deuxième pieu amenant à une réduction importante des
charges pouvant être appliquées sur le pieu composite, à
une décompression locale du sol, voire une rupture du
pieu.
Il existe également des pieux composites dont la
liaison entre les pieux est assurée mécaniquement, par
exemple par vissage. Il est nécessaire alors de manipuler
le premier pieu de manière à faire coïncider les perçages
ce qui peut s'avérer particulièrement délicat lorsque les
pieux ont des dimensions importantes. Enfin, il est
nécessaire de prévoir des dispositifs assurant que la
liaison est bien stable dans le temps, de tels
dispositifs ont une durabilité relative ou un coût
important.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet d'améliorer la fiabilité
d'un pieu en béton battu et/ou d'en faciliter la mise en
uvre.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit un pieu en matériau
comportant du ciment, comprenant une portion supérieure
reliée à une portion inférieure par une portion centrale
tubulaire définissant un logement central. La portion
centrale comprend au moins un tronçon en forme de
cylindre d'axe longitudinal dont une section présente un
diamètre central extérieur et un diamètre central
intérieur. La portion supérieure comporte une première
paroi délimitée par une première surface intérieure et
une première surface extérieure. La portion inférieure
comporte une deuxième paroi délimitée par une deuxième
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surface intérieure et une deuxième surface extérieure. La
première paroi délimite un premier logement tronconique
débouchant dans le logement central, un premier cercle de
grande base du premier logement possède un premier grand
diamètre et un premier cercle de petite base du premier
logement possède un premier petit diamètre. La deuxième
surface extérieure délimite une partie tronconique
tubulaire débouchant dans le logement central, un
deuxième cercle de grande base de la partie tronconique
possède un deuxième grand diamètre et un deuxième cercle
de petite base de la partie tronconique possède un
deuxième petit diamètre. La portion supérieure comprend
un cerclage dont la surface intérieure s'étend autour de
la première surface extérieure et un diamètre extérieur
du cerclage est sensiblement égal ou inférieur au
diamètre central extérieur. Le deuxième grand diamètre
est supérieur au premier grand diamètre et/ou le deuxième
petit diamètre est supérieur au premier petit diamètre.
Le premier petit diamètre et/ou le deuxième petit
diamètre étant inférieur au diamètre central intérieur.
On obtient ainsi un pieu tubulaire léger, dont la
géométrie interne permet d'aisément bloquer deux pieux
qui seraient montés l'un sur l'autre en phase chantier.
En effet, la présence d'un cerclage couplé à la
différence de diamètres entre la portion conique et le
logement conique permet un assemblage rapide des deux
pieux l'un sur l'autre en phase chantier. Le cerclage
maintien une tension radiale au niveau de la jonction du
pieu ce qui bloque les deux pieux longitudinalement.
Enfin, la géométrie tubulaire du pieu le rend léger,
aisément manipulable et permet de couler du béton à
l'intérieur. Le changement de section au niveau de la
jonction de deux pieux et qui est créé par le rapport
particulier entre le premier petit diamètre, le deuxième
petit diamètre et le diamètre central intérieur permet de
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créer un verrou une fois que le béton dans le logement
central a pris. Le blocage obtenu par la conception du
pieu composite de l'invention est suffisant lors des
opérations de battage. Le verrouillage obtenu grâce à la
géométrie interne du pieu composite est suffisant une
fois le pieu dans le sol, indépendamment de l'oxydation
du cerclage.
On obtient un pieu particulièrement léger et
résistant lorsque le matériau comportant du ciment est du
Béton Fibre Ultra Haute Performance.
Une compression optimale du matériau comportant de
ciment est obtenue lorsque la différence entre le premier
grand diamètre et le deuxième grand diamètre est comprise
entre 0.1 et 0.5 millimètres, et est préférentiellement
égale à 0.3 millimètres.
Il est possible d'injecter les sols lorsque le pieu
comprend au moins un canal s'étendant selon une direction
sensiblement radiale, le canal reliant le logement
central et une surface extérieure du pieu.
Le verrouillage d'un pieu sur l'autre est
particulièrement performant lorsque le cerclage est en
métal, et avantageusement en acier à Haute limite
Elastique.
Une réalisation économique est obtenue lorsque le
cerclage est en forme de cylindre droit.
L'invention concerne également un pieu composite
comprenant au moins un premier et un deuxième pieu
précédemment décrits dans lequel la portion inférieure du
deuxième pieu est engagée dans la portion supérieure du
premier pieu. Le pieu composite est particulièrement
durable lorsque le logement central est rempli de béton.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront à la lecture de la description
qui suit d'un mode de réalisation particulier de
l'invention.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures annexées, parmi
lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'un pieu selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d'une section
du pieu du pieu selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique partielle en
coupe longitudinale d'une portion supérieure du
pieu du pieu selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en
perspective du logement de la portion supérieure
du pieu selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue schématique partielle en
coupe longitudinale d'une portion inférieure du
pieu du pieu selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue schématique en
perspective d'une portion tronconique de la
portion inférieure du pieu selon l'invention ;
- la figure 7 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'une portion inférieure d'un pieu
composite selon l'invention ;
- la figure 8 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'une portion centrale d'un pieu
composite selon l'invention ;
- la figure 9 est une vue schématique en coupe
longitudinale de détail d'une portion inférieure
d'un pieu composite selon l'invention ;
- la figure 10 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'un pieu composite selon
l'invention ;
- les figures 11.a à 11.e sont des représentations
schématiques des étapes de mise en uvre d'un
pieu composite selon l'invention.
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DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence aux figures 1 à 9, le pieu selon
l'invention, et généralement désigné 1, possède une forme
sensiblement cylindrique et est en Béton Fibre à Ultra-
hautes Performances (BFUP). Le pieu 1 comprend une
portion supérieure 10 reliée à une portion inférieure 20
par une portion centrale 30 tubulaire définissant un
logement central 31. La portion centrale 30 comprend un
tronçon 32 en forme de cylindre droit d'axe longitudinal
Oy. Le tronçon 32 possède une section 33 qui présente un
diamètre central extérieur D14 (ici de trois cent
cinquante millimètres) et un diamètre central intérieur
Dn.
Comme visible en figure 3, la portion supérieure 10
comporte une première paroi 11 délimitée par une première
surface intérieure 12 et une première surface extérieure
13. La première paroi 11 délimite un premier logement 14
tronconique droit débouchant dans le logement central 31.
Le premier logement 14 tronconique, représenté en figure
4, est défini par un premier cercle de grande base 15 qui
possède un premier grand diamètre D15 et un premier cercle
de petite base 16 du premier logement qui possède un
premier petit diamètre D16. Le premier cercle de grande
base 15 et le premier cercle de petite base 16 sont, ici,
compris dans des plans P15 et P16 perpendiculaires à l'axe
longitudinal Oy.
Un cerclage 17 en acier de type S355J2N (selon la
norme NF EN 10113) s'étend autour de la première paroi
11. Le cerclage 17 est en forme de cylindre droit d'axe
longitudinal Oy et possède une surface intérieure 17.1
qui s'étend autour de la première surface extérieure 13,
et est préférentiellement au contact de la première
surface extérieure 13. Le cerclage 17 comprend également
une surface extérieure 17.2 dont un diamètre extérieur
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D27.2 est sensiblement égal au diamètre central
extérieur D34.
Comme visible en figure 5, la portion inférieure 20
comporte une deuxième paroi 21 délimitée par une deuxième
surface intérieure 22 et une deuxième surface extérieure
23. La deuxième surface extérieure 23 délimite une partie
tronconique tubulaire 24 débouchant dans le logement
central 31. La partie tronconique 24, représentée en
figure 6, est définie par un deuxième cercle de grande
base 25 qui possède un deuxième grand diamètre D25 et un
deuxième cercle de petite base 26 qui possède un deuxième
petit diamètre D26.
Selon l'invention, le deuxième grand diamètre D25
est supérieur au premier grand diamètre Dis d'une
différence de grand diamètre D et le deuxième petit
diamètre D26 est supérieur au premier petit diamètre D16
d'une différence de petit diamètre d.
La différence de grand diamètre D est idéalement
comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres et
préférentiellement égale à 0.3 millimètres.
La différence de petit diamètre d est idéalement
comprise entre 0.1 et 0.5 millimètres et
préférentiellement égale à 0.3 millimètres.
Selon l'invention encore, le premier petit diamètre
D16 est inférieur au diamètre central intérieur D35 et le
deuxième petit diamètre D26 est inférieur au diamètre
central intérieur Dm.
Un tel pieu peut être obtenu par usinage intérieur
d'une préforme en BFUP ou par des procédés de moulage à
noyau dont la forme est modifiable connus de l'homme du
métier.
Avantageusement, la portion centrale 30 du pieu 1
comprend une première série 2 de six canaux 2.1 à 2.6 qui
s'étendent selon une direction sensiblement radiale
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reliant le logement central 31 et une surface extérieure
3 du pieu 1. La première série 2 de six canaux 2.1 à 2.6
est située à proximité de la portion supérieure 10 du
pieu 1. Une deuxième série 4 de six canaux 4.1 à 4.6, une
troisième série 5 de six canaux 5.1 à 5.6 et une
quatrième série 6 de six canaux 6.1 à 6.6 similaires à la
première série 2 sont régulièrement implantées sur la
portion centrale 30 entre la portion supérieure 10 et la
portion inférieure 20 du pieu 1. Les canaux 2.1-2.6, 4.1-
4.6, 5.1-5.6 et 6.1-6.6 peuvent être réalisés lors du
moulage du pieu 1 ou percés après fabrication du pieu 1.
La mise en uvre de l'invention va être décrite en
en application au battage d'un pieu composite 100
comprenant un premier pieu 1 et un deuxième pieu 51,
identique au pieu 1. Les éléments identiques ou
similaires à ceux décrits ci-dessus porteront une
référence identique augmentée d'une cinquantaine
lorsqu'ils concernent le deuxième pieu 50.
En référence aux figures 7 à 10, la portion
inférieure 20 du premier pieu 1 est introduite dans un
logement 40 d'une pointe 41 en métal. Le pieu 1 est
ensuite battu à l'aide d'un mouton (non représenté) et
s'enfonce dans le sol 45. Une fois que le pieu 1 est
suffisamment enfoncé dans le sol 45, la portion
inférieure 70 d'un pieu 51 est présentée face à la
portion supérieure 10 du premier pieu 1 de manière à ce
que la partie tronconique 74 du deuxième pieu coopère
avec le logement tronconique 14 du premier pieu 1. Les
géométries tronconiques de la partie tronconique 74 et du
logement 14 facilitent l'approche et le positionnement
relatif des pieux 1 et 51.
Comme visible en figure 9, la différence entre le
deuxième grand diamètre D75 de la partie tronconique 74 du
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deuxième pieu 51 et le premier grand diamètre D15 du
logement 14 du premier pieu 1 ainsi que la différence de
diamètre entre le deuxième petit diamètre D76 de la partie
tronconique 74 du deuxième pieu 51 et le premier petit
diamètre D16 du logement 14 du premier pieu 1 maintient la
portion inférieure 70 du deuxième pieu 51 à distance de
la portion supérieure 10 du premier pieu 1. Dès le
premier impact du mouton sur la portion supérieure 60 du
deuxième pieu 51, la portion tronconique 74 du deuxième
pieu 51 s'enfonce dans le logement 14 et vient mettre en
compression le BFUP de la première paroi 11 du premier
pieu 1 ainsi que le BFUP de la deuxième paroi 21 du
deuxième pieu 51. Le cerclage 17 du premier pieu 1
reprend ces efforts radiaux et, en empêchant le
cisaillement de la première paroi 11, réalise une
précontrainte de jonction entre la première paroi 11 du
premier pieu 1 et la deuxième paroi 71 du deuxième pieu
51.
Le battage du pieu composite 100 se poursuit
jusqu'à ce que la portion supérieure 60 du deuxième pieu
50 soit à la hauteur du sol fini (figure 10). Le fait que
le diamètre extérieur D17.2 du cerclage 17 du premier pieu
1 soit sensiblement égal au diamètre central extérieur D85
du premier pieu 1 évite une décompression du sol
localisée le long du deuxième pieu 51. Un effet similaire
est obtenu lorsque le diamètre extérieur D17.2 du cerclage
17 du premier pieu 1 est sensiblement inférieur au
diamètre central extérieur D35 du premier pieu 1.
L'intérieur du pieu composite 100 est ensuite coulé
à l'aide d'un flexible d'injection 46 muni d'un
obturateur inférieur 46.1 et d'un obturateur supérieur
46.2 selon une technique connue de l'homme du métier sous
le nom de fracturation des sols-ou claquage des pieux-et
qui est représentée à titre indicatif aux figures 11.a à
11.e. Le volume de béton qui s'étend entre le logement
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central 31 du premier pieu 1 et le logement central 81 du
deuxième pieu 51 comprend une portion 47, ici
sensiblement en forme de sablier, qui assure un
verrouillage relatif du premier pieu 1 et du deuxième
pieu 2. En effet, le fait que le premier petit diamètre
D16 du premier pieu 1 soit inférieur au diamètre central
_
intérieur D35 du premier pieu crée une réduction de
section de la portion 47 qui, une fois que le béton coulé
dans le logement central 31 a pris, interdit un
déplacement relatif longitudinal ou transversal du
premier pieu 1 et du deuxième pieu 51. Une réduction de
section similaire, mais symétrique, a lieu en raison du
fait que le deuxième petit diamètre 076 du deuxième pieu
51 soit inférieur au diamètre central intérieur D85 du
deuxième pieu 51. Ce verrou de béton peut avantageusement
être renforcé par l'introduction d'une ou plusieurs
barres ou torons de ferraillage, ce qui améliore
grandement la résistance de la portion 47 à la traction
selon l'axe longitudinal Oy.
On obtient ainsi un pieu composite 100 dont les
éléments le composant sont facilement transportables. Le
positionnement relatif des premier et deuxième pieux 1 et
51 du pieu composite 100 et le maintien de leur jonction
est rapide et fiable en raison notamment de la
précontrainte du béton au niveau du joint. Enfin, le
verrou de béton armé entre le premier pieu 1 et le
deuxième pieu 51 est protégé par du BFUP, ce qui améliore
fortement la durabilité et la fiabilité de la jonction
indépendamment de la tenue dans le temps du cerclage
métallique.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux
modes de réalisation décrits mais englobe toute variante
entrant dans le champ de l'invention tel que défini par
les revendications.
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En particulier,
- bien qu'ici l'invention soit décrite en lien
avec la fabrication d'un pieu de 350 mm de
diamètre extérieur, l'invention s'applique
également à la fabrication de pieux de diamètre
différent, préférentiellement compris entre 120
et 350 millimètres mais également des diamètres
inférieurs à 120 millimètres ou supérieurs à 350
millimètres ;
- bien qu'ici la portion centrale comprenne un
tronçon en forme de cylindre droit, l'invention
s'applique également à une portion centrale
comprenant plus d'un tronçon en forme de
cylindre droit ;
- bien qu'ici le pieu soit en BFUP, l'invention
s'applique également à d'autres matériaux
comportant du ciment comme par exemple du béton
standard ou du mortier ;
- le pieu peut avoir d'autres formes, intérieures
et/ou extérieures, que celles décrites ;
- bien qu'ici le pieu comprenne quatre séries de
six canaux de liaison radiaux reliant le
logement central et une surface extérieure du
pieu l'invention s'applique également à un
nombre différents de canaux, comme par exemple
entre un et cinq ou plus de six canaux. Ces
canaux peuvent également s'étendre dans des
directions qui ne sont pas radiales, tant que
l'extrémité distale de ces canaux débouche sur
une surface extérieure du pieu.
- bien qu'ici le cerclage soit en acier S355J2N,
l'invention s'applique également à d'autres
types de cerclage comme par exemple un cerclage
en fibre minérale comme le carbone ou le kevlar,
ou en d'autres types 'd'acier à Haute Limite
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élastique (dit HLE) dont la limite élastique est
supérieure ou égale à trois cent cinquante-cinq
Newtons par millimètres carrés , des aciers doux
alliés ou non, éventuellement inoxydable, ou
des métaux non ferreux ;
- bien qu'ici le diamètre extérieur de la surface
extérieure du cerclage soit sensiblement égal au
diamètre central extérieur de la portion
centrale, l'invention s'applique également à un
cerclage dont le diamètre extérieur de la
stirface extérieure est sensiblement inférieur au
diamètre central extérieur de la portion
centrale ;
- bien qu'ici le deuxième grand diamètre de la
partie tronconique soit supérieur au premier
grand diamètre du logement tronconique et le
deuxième petit diamètre soit supérieur au
premier petit diamètre, l'invention s'applique
également à une partie tronconique dont seul le
deuxième grand diamètre de la partie tronconique
est supérieur au premier grand diamètre du
logement tronconique ou une partie tronconique
dont seul le deuxième petit diamètre est
supérieur au premier petit diamètre ;
- bien qu'ici le pieu composite comprenne un
premier et un deuxième pieu, l'invention
s'applique également à un pieu composite
comprenant plus de deux pieux ;
- bien qu'ici le premier cercle de grande base, le
premier cercle de petite base, le deuxième
cercle de grande base et le deuxième cercle de
petite base définissant le premier logement
tronconique et la partie tronconique soient
compris dans des plans perpendiculaires à l'axe
longitudinal, l'invention s'applique également à
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d'autres types de logement tronconique et de
première partie tronconique dans lesquels le
premier cercle de grande base et/ou le premier
cercle de petite base et/ou le deuxième cercle
de grande base et/ou le deuxième cercle de
petite base sont compris dans des plans ayant
une orientation quelconque par rapport à l'axe
longitudinal ;
- bien qu'ici la portion centrale comprenne au
moins un tronçon en forme de cylindre droit,
l'invention s'applique également à d'autres
types de forme de cylindre comme par exemple un
cylindre dont la courbe de base est ovale,
polygonale ou quelconque.
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