Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2016/128675
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DISPOSITIF DE PRE-DECOUPE D'UNE COLONNE POUR UN SOL
L'invention a pour objet un dispositif de pré-découpe d'une colonne pour
un sol, un système associé de mise en place du dispositif de pré-découpe
ainsi qu'un procédé de recépage d'une colonne pour un sol.
Une telle colonne est réalisée par forage ou refoulement d'un sol qu'on
souhaite soit consolider pour y installer un ouvrage sur dallage ou
fondations, tel que par exemple un bâtiment, un pont ou encore une
éolienne, ou un remblai autoroutier ou ferroviaire (on parle alors d'inclusion
lo rigide), soit structurer pour insérer une structure de transmission
directe de
charge.
Une fois un évidement, de préférence vertical, créé dans le sol soit par
forage, soit par refoulement, on remplit l'évidement d'un matériau, tel que
du béton ou du mortier, éventuellement armé par une armature métallique
plongée dans l'évidement vertical.
Il est connu qu'une colonne ainsi réalisée nécessite parfois un recépage
à un niveau donné, éventuellement sous la surface du sol.
Ce niveau est appelé niveau d'arase.
L'étape de recépage consiste à étêter la colonne d'une portion qui
affleure la surface du sol, jusqu'au niveau d'arase.
L'étape de recépage permet de débarrasser la colonne du matériau de
remplissage, béton ou mortier, éventuellement pollué au cours des étapes
de réalisation de la colonne, qui se trouve à un niveau dans la colonne
supérieur au niveau d'arase requis.
Pour les colonnes de type inclusion rigide, l'étape de recépage est
généralement effectuée par terrassement de la tête de colonne, lorsque le
matériau de remplissage, béton ou mortier, est encore frais, à l'aide d'une
pelle hydraulique, éventuellement munie d'un godet ou d'une tarière.
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Pour un niveau d'arase faible, comme c'est par exemple le cas lors de la
mise en place au-dessus de la colonne d'un matelas de transfert de charge
sous dallage ou remblai, un premier opérateur ôte le matériau de
remplissage avec la pelle hydraulique, pendant qu'un deuxième opérateur
contrôle visuellement la baisse progressive du niveau du matériau de
remplissage dans la colonne jusqu'à ce que le niveau d'arase souhaité soit
atteint.
On note que la réalisation du recépage d'une part et, d'autre part, le
contrôle, visuel, du niveau d'arase, sont imprécis, ce qui n'est pas ici
io
excessivement rédhibitoire du fait qu'un matelas est posé sur la colonne
formée.
Pour une colonne réalisée sous des fondations, et pour un niveau
d'arase sous la surface de sol, à une profondeur, dite faible, inférieure à un
mètre, il est besoin d'une réalisation de niveau d'arase plus précis.
De même que pour le cas précédent, un premier opérateur retire le
béton ou le mortier, tandis qu'un deuxième opérateur contrôle la baisse
progressive du niveau du matériau de remplissage dans la colonne.
Néanmoins, dans ce cas, un contrôle visuel n'a pas la précision
suffisante et on recourt à un appareil de mesure et de contrôle de niveau
par exemple de type laser, dont une cellule réceptrice est installée sur une
mire.
L'appareil de mesure est manipulé par le second opérateur qui plonge
une tige, par exemple, portant la mire, dans la colonne jusqu'à la surface du
mortier ou béton frais. Là, le deuxième opérateur mesure le niveau de la
surface du matériau de remplissage et détermine si le niveau d'arase
souhaité est atteint ou s'il faut continuer le recépage.
Ce mode de réalisation apporte une précision de l'ordre de 5 à 10
centimètres. Une telle précision n'est parfois pas suffisante, et reste très
dépendante de la dextérité des deux opérateurs.
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Pour un niveau d'arase supérieur à un mètre, voire à un mètre et
cinquante centimètres, le deuxième opérateur ne parvient souvent pas à
distinguer la surface du matériau de remplissage, et il n'est pas rare que le
deuxième opérateur plonge la tige portant la mire dans le matériau de
remplissage frais, ce qui fausse bien évidemment largement le niveau
atteint par le matériau de remplissage.
L'imprécision du niveau d'arase dans ces circonstances n'est pas
acceptable.
Par ailleurs, l'étape de recépage, effectuée lorsque le matériau de
lo remplissage est encore frais, ne peut pas être appliquée dans toutes les
circonstances.
En particulier, c'est le cas pour un sol sableux ou pour un niveau d'arase
inférieur à celui d'une nappe phréatique.
Alors, l'étape de recépage risque d'élargir l'évidement et d'endommager
la colonne à araser ainsi que les colonnes adjacentes.
Le but de la présente invention est de remédier au moins partiellement à
ces inconvénients.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pré-découpe d'une
colonne pour un sol, comprenant un moyen de pré-découpe configuré pour
être mobile entre une position de repos et une position de pré-découpe.
Ainsi, lorsque le matériau de remplissage est encore frais, le dispositif de
pré-découpe selon la présente invention est déplacé dans la position de
repos du moyen de pré-découpe, le long de la colonne, puis mis en position
de pré-découpe.
Le dispositif de pré-découpe laissé en position pendant le durcissement
du matériau de remplissage assure un pré-découpage de la colonne au
niveau voulu du fait de la faiblesse que sa présence induit au cours du
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durcissement du matériau de remplissage dans la colonne.
Une fois le matériau de remplissage solidifié, il suffit d'exercer une légère
action mécanique sur la tête de la colonne pour effectuer une cassure
franche au niveau de la faiblesse induite par le dispositif de pré-découpe,
puis d'extraire la tête de colonne délimitée par le matériau de remplissage
solidifié jusqu'au moyen de pré-découpe resté en position de pré-découpe.
De cette façon, la position de pré-découpe étant choisie au niveau
d'arase souhaité, le niveau d'arase est précisément réalisé et le procédé de
recépage facilité par le pré-découpage de la colonne.
lo
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de pré-découpe
comprend au moins une membrane apte à être pliée dans la position de
repos et à être déployée dans la position de pré-découpe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la membrane présente une
forme générale d'un disque ou d'un demi-disque dans la position déployée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une
structure rigide de déploiement de la membrane depuis la position pliée
jusqu'à la position déployée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un
organe de commande de déploiement du moyen de pré-découpe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un
élément configuré pour solidariser le moyen de pré-découpe à un système
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de mise en place du dispositif de pré-découpe.
L'invention a également pour objet un système de mise en place du
dispositif de pré-découpe tel que décrit précédemment, comprenant une
5 portion de guidage d'un déplacement du dispositif de pré-découpe et un
élément de maintien du dispositif de pré-découpe au cours dudit
déplacement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de maintien
lo comprend une fente configurée pour coopérer avec l'élément de
solidarisation du moyen de pré-découpe au système de mise en place du
dispositif de pré-découpe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comprend un
moyen d'entrainement de l'organe de commande du dispositif.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comprend un
châssis de support de la portion de guidage (33).
L'invention a également pour objet un procédé de recépage d'une
colonne pour un sol comprenant :
- une étape de déplacement du dispositif de pré-découpe tel que décrit
précédemment dans la colonne dans laquelle un matériau destiné à remplir
au moins partiellement la colonne, dit matériau de remplissage, est au
moins en partie sous forme pâteuse, le dispositif de pré-découpe étant
maintenu dans la position de repos ;
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- une étape de mise en place du dispositif de pré-découpe en position de
pré-découpe à une profondeur donnée de la colonne ; et
- une fois le matériau de remplissage solidifié, une étape de recépage
d'une portion de la colonne s'étendant jusqu'au dispositif de pré-découpe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au cours de l'étape de
déplacement du dispositif de pré-découpe, le dispositif de pré-découpe est
guidé dans la colonne par un système de mise en place tel que décrit
précédemment.
lo
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore
à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement
illustrative
et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une vue en perspective d'un dispositif de pré-
découpe dans une position de repos ;
- la figure 2 illustre une vue en perspective du dispositif de la figure 1
dans une position de pré-découpe ;
- la figure 3 illustre une vue en perspective d'un système de mise en
place du dispositif de la figure 1 ;
- la figure 4 illustre une vue en perspective du système de la figure 3
muni du dispositif de la figure 1 ;
- les figures 5a à 5c illustrent un procédé de fabrication d'une colonne
pour un sol.
Dispositif de pré-découpe
Comme visible sur les figures 1 et 2, un dispositif de pré-découpe d'une
colonne pour un sol, référencé 1, comprend un moyen de pré-découpe 2
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configuré pour être mobile entre une position de repos et une position de
pré-découpe.
Le moyen de pré-découpe 2 comprend une membrane 3 apte à être
repliée sur elle-même dans la position de repos et à être déployée dans la
position de pré-découpe.
Comme plus particulièrement visible sur la figure 2, la membrane 3
présente une forme générale d'un disque.
La membrane 3 est réalisée à partir d'un matériau souple, comme par
exemple un plastique ou un textile, synthétique ou naturel, possiblement
io recyclé.
De préférence, la membrane 3 présente un diamètre légèrement inférieur
au diamètre de la colonne.
Le moyen de pré-découpe 2 comprend également une structure rigide 4
de déploiement de la membrane 3 depuis la position pliée jusqu'à la
position déployée.
Comme particulièrement visible à la figure 2, la structure rigide 4 est une
armature rigide comprenant un ensemble de barres 5, par exemple
constituées en métal.
Chaque barre 5 forme un diamètre sur lequel repose solidairement la
membrane 3.
Sur la figure 2, le moyen de pré-découpe comprend trois barres
métalliques délimitant six secteurs 6 de la membrane 3, deux autres
secteurs 6 étant délimités par une cornière du dispositif 1, comme il va être
expliqué ultérieurement.
Chaque barre 5 est configurée pour pivoter par son milieu 7 autour d'un
centre 8 de la structure rigide 4 correspondant au centre de la membrane 3
déployée.
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Du fait que la membrane 3 est solidaire des barres 5, le pivotement des
barres 5 entraîne le déploiement ou au contraire le repliement des secteurs
6, à la manière d'un double éventail.
Ainsi, la position de repos du dispositif de pré-découpe 1 coïncide avec la
position de repliement de la membrane 3, dans laquelle les barres
métalliques 5 s'étendent rectilignement les unes sur les autres.
Et, dans la position de pré-découpe du dispositif 1, coïncidant avec la
position déployée de la membrane 3, les barres métalliques 5 sont à
distance les unes des autres, de sorte que les secteurs 6 sont tendus et la
lo membrane 3 prend la forme de disque.
Le dispositif de pré-découpe 1 comprend un organe de commande 9 de
déploiement du moyen de pré-découpe 3.
Sur le mode de réalisation illustré, l'organe de commande 9 est une tige
solidaire par l'une de ses extrémités 10 du centre 8 de la membrane 3 et
aux milieux 7 des barres métalliques 5.
La tige 9 présente avantageusement une section carrée.
La tige 9 s'étend le long d'un axe X sensiblement orthogonal à un plan P
délimité par les barres métalliques 5.
La tige 9 est libre en rotation autour de cet axe X par rapport à la cornière
12, et est entraînée en rotation autour de l'axe X par un dispositif de
préhension manipulé par un opérateur, comme il va être détaillé ci-après.
Les barres métalliques 5 étant solidaires par leurs milieux 7 de la tige 9,
la rotation de la tige 9 autour de l'axe X commande la rotation des barres
métalliques 5 autour du centre 8.
Le dispositif de pré-découpe 1 comprend également un élément 12
configuré pour solidariser le moyen de pré-découpe 2 à un système 30 de
mise en place du dispositif de pré-découpe 1.
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Sur le mode de réalisation illustré, l'élément 12 est une cornière.
La cornière 12 est un profilé métallique comprenant deux ailes 13 et 14
disposées orthogonalement l'une vis-à-vis de l'autre, de sorte que le profilé
présente une section en forme de L.
Comme visible sur la figure 2, l'aile 13 de la cornière 12 est disposée
dans le plan P en position déployée.
L'aile 13 est percée d'un évidement 15 traversé par la tige de commande
9, ce qui permet à la tige de commande 9 d'atteindre les milieux 7 des
barres métalliques 5
lo La membrane 3 repose solidairement sur l'aile 13 de la cornière 12.
L'aile 14 est destinée à coopérer avec une fente du système 30 de mise
en place du dispositif de pré-découpe 1, comme il va être détaillé ci-après.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation illustré.
En particulier, selon une variante non illustrée, le dispositif 1 comprend
deux membranes dont la forme, en position déployée, est un demi-disque,
les deux membranes étant alors juxtaposées de sorte à former un disque
complet dans la position de pré-découpe.
Selon cette variante, il est également possible de ne pas équiper le
dispositif de pré-découpe d'armatures métalliques.
Dans ce cas, chaque demi-disque est enroulé en position de repos sur
deux extrémités d'un axe pivotant autour de la tige de commande 9.
Cette variante non illustrée présente un coût de fabrication et une
empreinte carbone plus faible.
On note que la structure rigide 4 et/ou la cornière 12 peuvent être en
métal, mais également constituées dans un matériau rigide non métallique,
comme un plastique par exemple.
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On note que l'invention ne se limite pas à un déploiement de la
membrane 3 par la tige 9 mais d'autres modes d'entrainement sont bien
entendu applicables.
Système de mise en place du dispositif de pré-découpe
5 Comme visible sur les figures 3 et 4, le système 30 de mise en place du
dispositif de pré-découpe 1 comprend une portion de guidage 31 d'un
déplacement du dispositif de pré-découpe 1 et un élément de maintien 32
du dispositif de pré-découpe 1 au cours de son déplacement.
La portion de guidage 31 comprend un tube extérieur creux 33 qui
lo permet le guidage du système 30 dans le matériau de remplissage de la
colonne, comme il sera expliqué ultérieurement
Le tube extérieur creux 33 comprend une paroi externe 34 munie de trois
centreurs 35 disposés sensiblement à 120 deux à deux.
Les centreurs 35 permettent un guidage du système 30 dans la colonne,
comme il sera expliqué ci-après.
Le tube extérieur creux 33 est solidaire par l'une 36 de ses extrémités 36,
37, de l'élément de maintien 32.
Le tube extérieur 33 comprend sur la paroi 34 une cellule réceptrice d'un
appareil de mesure de distance, de préférence de type laser, non illustrée,
et dont la position peut être ajustée le long du tube extérieur.
Comme visible sur la figure 4, l'élément de maintien 32 est un
parallélépipède 40 muni d'une fente 39, et solidaire par l'un de ses côtés de
l'extrémité 36 du tube extérieur 33.
La fente 39 est configurée pour coopérer avec la cornière 12 du dispositif
de pré-découpe 1.
La fente 39 présente une profondeur supérieure à une largeur de l'aile 14
de la cornière 12 et un écartement supérieur à une épaisseur de l'aile 14 de
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la cornière 12.
Comme visible sur la figure 4, le dispositif de pré-découpe 1 est maintenu
en position de repos par le système 30, l'aile 14 étant insérée dans la fente
39, l'aile 13, la structure rigide 4 et la membrane 3, en position repliée,
surplombant la fente 39.
Ainsi, l'élément de maintien 32 maintient le dispositif de pré-découpe 1
dans toutes directions à l'exception d'une direction permettant de libérer le
dispositif de pré-découpe 1.
Sur le mode de réalisation illustré, la cornière 12 est maintenue
lo simplement par friction, comme il sera expliqué plus avant
ultérieurement.
Le système 30 de mise en place comprend également un tube intérieur
41 concentrique du tube extérieur 33.
Le tube intérieur 41 forme un moyen d'entrainement de l'organe de
commande du dispositif.
Le tube intérieur 41 s'étend dans le tube extérieur 33 en étant maintenu
par une butée non illustrée qui limite toute rotation du tube intérieur 41 par
rapport au tube extérieur 33 à 180 .
Le tube intérieur 41 comprend deux extrémités 42, 43, disposées
respectivement en regard de l'extrémité 37, 36 du tube extérieur 33.
L'extrémité 42, destinée à rester au-dessus de la surface du sol, est
équipée d'un dispositif de préhension 44, telle qu'une manivelle.
La manivelle permet d'imprimer un mouvement de rotation du tube
intérieur 41 et de ce fait un mouvement de rotation de la tige de commande
9 par rapport au tube extérieur 33 et par conséquent à l'élément de maintien
32 et à la cornière 12.
L'extrémité 43 est un logement dont une section est de même forme que
la section de la tige 9, avantageusement de forme carrée, de sorte que
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l'extrémité 43 reçoive la tige de commande 9 du dispositif de pré-découpe.
On note que le poids du système 30 peut avantageusement être adapté
au niveau d'arase souhaité, et en particulier alourdi pour une descente du
dispositif de pré-découpe 1 à des profondeurs élevées.
Il est également possible que le tube extérieur soit cannelé de sorte à
former une crémaillère, ce qui permet de commander la descente du
système 30 y compris à des profondeurs élevées.
La crémaillère est activée manuellement ou à l'aide d'un moteur
électrique ou hydraulique, de préférence montée sur une rotule pour régler
lo la verticalité.
L'ensemble du système de mise en place du dispositif 1 et de la
crémaillère est monté sur un châssis, et installé par exemple sur un
équipement mobile de type mini pelle ou chariot élévateur.
Il est également possible de munir l'élément de maintien d'un mécanisme
de verrouillage, muni par exemple d'une gâchette, et configuré pour
maintenir la cornière 12 dans la fente 39 en position de repos et pour libérer
la membrane une fois le dispositif 1 mis en place à la profondeur souhaitée.
Procédé de recépage
L'invention a également pour objet un procédé de recépage d'une
colonne pour un sol.
Une telle colonne est illustrée aux figures 5a à 5c.
La colonne 50 comprend un évidement 51 réalisé par exemple par forage
ou refoulement dans un sol S et rempli d'un matériau de remplissage, tel
que du béton ou du mortier, éventuellement armé par une armature
métallique plongée dans l'évidement 51.
L'invention peut être en particulier appliquée à une colonne de type
inclusion rigide qui permet le renforcement du sol S, ou à une colonne de
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transmission de charge, éventuellement armée.
Comme illustré à la figure 5a, le procédé de recépage comprend une
étape de déplacement du dispositif de pré-découpe 1 dans la colonne 50
dans laquelle le matériau de remplissage, est au moins en partie sous
forme pâteuse, le dispositif de pré-découpe étant maintenu dans la position
de repos.
Par forme pâteuse, on entend que le matériau de remplissage, comme le
béton ou mortier, n'a pas encore acquis sa dureté finale, de sorte que le
dispositif 1 et le système 3 peuvent être déplacés dans le matériau de
lo remplissage.
Au cours de cette étape, le dispositif de pré-découpe 1 est déplacé par
insertion du système de mise en place 30 dans la colonne 50, le dispositif
de pré-découpe 1 étant maintenu par la cornière 12 dans la fente 39.
Le système de mise en place 30 est plongé, de préférence verticalement,
dans la colonne 50.
Les centreurs 35 assurent que le système de mise en place 30 se dirige
verticalement dans la colonne 50.
La friction exercée sur le dispositif de pré-découpe 1 suffit à maintenir
l'aile 34 de la cornière 12 dans la fente 39.
Le procédé comprend, illustrée à la figure 5b, une étape de mise en
place du dispositif de pré-découpe 1 en position de pré-découpe à une
profondeur donnée de la colonne 50.
La profondeur atteinte est indiquée par l'appareil de mesure de distance,
de manière connue de l'homme du métier.
La position du dispositif de pré-découpe 1 à la profondeur souhaitée dans
la colonne est vérifiée grâce au niveau laser et à la mire disposée sur le
tube extérieur.
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Cette profondeur correspond à un niveau d'arase souhaité, comme il va
être expliqué.
Au cours de cette étape, une fois la profondeur souhaitée atteinte et
vérifiée, un opérateur fait pivoter le dispositif de préhension 44, ce qui
engendre la rotation de la tige de commande 9 et le déploiement de la
membrane 3 depuis la position repliée jusque dans la position déployée.
Le procédé comprend une étape ultérieure de remontée du système de
mise en place 30, tandis que le dispositif de pré-découpe 1 reste immobile
du fait de la pression exercée par le matériau de remplissage sur la
lo membrane 3 déployée.
Ensuite, on laisse le matériau de remplissage se solidifier.
Avantageusement, on reproduit les étapes de mise en place d'un autre
dispositif de pré-découpe pour une autre colonne.
Comme illustré à la figure 5c, par exemple après 24 heures, le procédé
comprend également, une fois le matériau de remplissage solidifié, une
étape de recépage d'une portion de la colonne 50 s'étendant jusqu'au
dispositif de pré-découpe 1.
Au cours de cette étape, un opérateur manipule une pelle, par exemple,
pour étêter la portion 52 de la colonne 50 qui affleure la surface du sol,
jusqu'au dispositif de pré-découpe 1, autrement appelée tête de colonne
La membrane 3 en position déployée assure le pré-découpage de la
colonne au cours du durcissement du matériau de remplissage dans la
colonne 50. Ainsi, la pelle applique un choc en tête de colonne, ce qui a
pour effet de casser la tête 52 de colonne nettement au niveau du dispositif
de pré-découpe 1.
Ainsi, l'extraction de la portion 52 assure que le niveau arase est atteint.
La présente invention présente de multiples avantages.
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Le niveau d'arase marqué par le dispositif 1 et obtenu par le procédé de
recépage selon la présente invention est précis et est en adéquation
notamment avec les tolérances d'exécution imposées par les
recommandations ASIRI. La précision obtenue est de l'ordre du centimetre.
5 Le coût
global des travaux est réduit du fait de la précision de l'indication
du niveau d'arase, qui évite toute reprise des arases après le chantier.
Par ailleurs, les moyens matériels et humains sont également réduits.
Les moyens matériels nécessitent simplement un dispositif 1, à usage
unique, simple à fabriquer et à mettre en position dans la colonne, et un
io système
30, mobile, réutilisable immédiatement pour chaque colonne du
chantier, éventuellement démontable pour permettre un rinçage aisé.
Un seul opérateur suffit pour procéder à la descente dans la colonne 50
du système 30 équipé du dispositif 1.
De plus, l'un des intérêts majeurs du dispositif de pré-découpe 1 est de
15 permettre
la réalisation d'arases précises à des profondeurs supérieures à 1
mètre, voire 1,5 mètre, impossibles à réaliser pour des colonnes de type
inclusion rigide avec l'état de la technique connu, comme déjà expliqué.
