Caisson (ingénierie) - Caisson (engineering)

Coupe schématique d'un caisson sous pression

Dans l' ingénierie géotechnique , un caisson ( / k eɪ s ə n / ou / k eɪ s ɒ n / , empruntés au français caisson , de l' italien Cassone , ce qui signifie grande boîte , une suppléance de Cassa ) est une structure de retenue étanche à l' eau utilisée, par exemple, pour travailler sur les fondations d'un pilier de pont , pour la construction d'un barrage en béton ou pour la réparation de navires . Les caissons sont construits de telle manière que l'eau peut être pompée, gardant l'environnement de travail sec. Lorsque des piliers sont construits à l'aide d'un caisson ouvert et qu'il n'est pas pratique d'atteindre un sol approprié, des pieux de friction peuvent être entraînés pour former une sous-fondation appropriée. Ces pieux sont reliés par un socle de fondation sur lequel le pilier de colonne est érigé.

Les types

Pour installer un caisson en place, il est descendu à travers de la boue molle jusqu'à ce qu'un matériau de fondation approprié soit rencontré. Bien que le substrat rocheux soit préféré, une boue stable et dure est parfois utilisée lorsque le substrat rocheux est trop profond. Les quatre principaux types de caisson sont caisson de boîte , caisson ouvert , caisson pneumatique et caisson monolithique .

Boîte

Un caisson caisson est un caisson préfabriqué en béton (avec des côtés et un fond); il est posé sur des bases préparées. Une fois en place, il est rempli de béton pour faire partie des ouvrages permanents, comme la fondation d'un pilier de pont. Les structures en béton creuses sont généralement moins denses que l'eau, de sorte qu'un caisson en caisson doit être lesté ou ancré pour l'empêcher de flotter jusqu'à ce qu'il puisse être rempli de béton. Parfois, des systèmes d'ancrage élaborés peuvent être nécessaires, comme dans les zones de marée . Des systèmes d'ancrage réglables combinés à un levé GPS permettent aux ingénieurs de positionner un caisson caisson avec une précision extrême.

Ouvert

Un caisson ouvert est similaire à un caisson caisson, sauf qu'il n'a pas de face inférieure. Il convient pour une utilisation dans les argiles molles (par exemple dans certains lits de rivières), mais pas pour les endroits où il peut y avoir de grandes obstructions dans le sol. Un caisson ouvert qui est utilisé dans les sols meubles ou les nappes phréatiques élevées, où les excavations de tranchées ouvertes ne sont pas pratiques, peut également être utilisé pour installer des trous d'homme profonds, des stations de pompage et des fosses de réception / lancement pour le micro-tunnelage , le creusement de tuyaux et d'autres opérations.

Un caisson est coulé par poids propre, par ballast de béton ou d'eau placé sur le dessus, ou par des vérins hydrauliques. Le bord d'attaque (ou sabot de coupe ) du caisson est incliné à un angle aigu pour faciliter l'enfoncement vertical; il est généralement en acier. Le sabot est généralement plus large que le caisson pour réduire le frottement, et le bord d'attaque peut être alimenté en suspension de bentonite sous pression , qui gonfle dans l'eau, stabilisant le tassement en remplissant les dépressions et les vides. Un caisson ouvert peut se remplir d'eau lors du naufrage. Le matériel est excavé par le godet d'excavatrice de clamshell sur la grue.

Le sous-sol au niveau de la formation peut encore ne pas convenir à l'excavation ou à la capacité portante . L'eau dans le caisson (en raison d'une nappe phréatique élevée) équilibre les forces de poussée des sols meubles en dessous. Si elle est déshydratée, la base peut «canaliser» ou «bouillir», faisant couler le caisson. Pour lutter contre ce problème, les pieux peuvent être chassés de la surface pour agir comme:

  • Murs porteurs , en ce qu'ils transmettent les charges aux sols plus profonds.
  • Ancres, en ce qu'elles résistent à la flottaison en raison du frottement à l'interface entre leurs surfaces et la terre environnante dans laquelle elles ont été enfoncées.

Les sections de poutre en H (sections de colonne typiques, en raison de la résistance à la flexion dans tous les axes) peuvent être entraînées à des angles "ratissés" par rapport à la roche ou à d'autres sols plus fermes; les poutres en H sont laissées étendues au-dessus de la base. Un bouchon en béton armé peut être placé sous l'eau, un processus connu sous le nom de placement de béton Tremie . Lorsque le caisson est asséché, ce bouchon agit comme un chapeau de pieu, résistant aux forces ascendantes du sous-sol.

Monolithique

Un caisson monolithique (ou simplement un monolithe ) est plus grand que les autres types de caisson, mais similaire aux caissons ouverts. De tels caissons se trouvent souvent dans les murs de quai, où la résistance aux chocs des navires est requise.

Pneumatique

Les caissons peu profonds peuvent être ouverts à l'air, tandis que les caissons pneumatiques (parfois appelés caissons pressurisés ), qui pénètrent dans la boue molle , sont des boîtes sans fond scellées en haut et remplies d'air comprimé pour empêcher l'eau et la boue de pénétrer en profondeur. Un sas permet d'accéder à la chambre. Les travailleurs, appelés sandhogs , déplacent la boue et les débris rocheux (appelés boue ) du bord de l'espace de travail vers une fosse remplie d'eau, reliée par un tube (appelé tube de boue ) à la surface. Une grue à la surface enlève le sol avec un godet à clapet . La pression de l'eau dans le tube équilibre la pression de l'air, avec un excès d'air s'échappant par le tube de boue. Le débit d'air sous pression doit être constant pour assurer des changements d'air réguliers pour les travailleurs et éviter un afflux excessif de boue ou d'eau à la base du caisson. Lorsque le caisson touche le substrat rocheux, les sandhogs sortent par le sas et remplissent la boîte de béton, formant un pilier de fondation solide.

Un caisson pneumatique (à air comprimé) présente l'avantage de fournir des conditions de travail à sec, ce qui est préférable pour la mise en place du béton. Il est également bien adapté aux fondations pour lesquelles d'autres méthodes pourraient provoquer le tassement des structures adjacentes.

Les travailleurs de la construction qui quittent l'environnement sous pression du caisson doivent décompresser à une vitesse qui permet la libération sans symptôme de gaz inertes dissous dans les tissus corporels s'ils veulent éviter le mal de décompression , une condition identifiée pour la première fois chez les travailleurs du caisson et appelée à l'origine «caisson maladie "en reconnaissance du risque professionnel. La construction du pont de Brooklyn , qui a été construit à l'aide de caissons pressurisés, a fait de nombreux travailleurs tués ou blessés de façon permanente par la maladie des caissons pendant sa construction. Le barotraumatisme des oreilles, des cavités sinusales et des poumons et l' ostéonécrose dysbarique sont d'autres risques.

Autres utilisations

Autres significations

  • Caissons d'ascenseurs à bateaux : Le mot caisson est également utilisé comme synonyme de la partie de l'auge mobile des écluses à caissons , des ascenseurs de canal et des pentes dans lesquelles les bateaux et les navires reposent tout en étant soulevés d'une élévation de canal à une autre; l'eau est retenue à l'intérieur du caisson, ou exclue du caisson, selon le principe de fonctionnement respectif.
  • Caissons structurels : Le caisson est également parfois utilisé comme terme familier pour une structure en béton armé formée en coulant dans une forme cylindrique creuse, généralement en plaçant une forme de caisson sous le sol dans une excavation ouverte et en coulant une fois le remblayage terminé, ou en forant au niveau du sol. , bien que cela puisse être problématique avec des caissons profonds, car des excavations non soutenues peuvent s'effondrer avant que la forme de caisson puisse être insérée. De cette manière, la terre placée autour du caisson vide fournit stabilité et résistance, permettant au béton d'être coulé avec moins de complications et avec moins de risque d'éclatement du coffrage. Bien que, techniquement, seule la forme elle-même soit en fait un caisson, il n'est pas rare qu'un pilier en béton coulé sous le niveau du sol soit simplement appelé un caisson .
  • Systèmes de filtration de ventilation : Le mot caisson est également utilisé comme nom pour un boîtier étanche à l'air pour les filtres de ventilation dans les installations qui manipulent des matières dangereuses. Le boîtier comporte généralement un compartiment en amont pour un élément de préfiltre et un compartiment en aval pour un élément de filtre à haut rendement. Il peut avoir plusieurs ensembles de compartiments. Le boîtier a des portes d'accès avec joint pour permettre le changement des éléments filtrants. Le boîtier est généralement équipé de points de connexion utilisés pour tester l'efficacité des filtres et surveiller les changements de pression différentielle à travers le média filtrant.

Voir également

  • Caisson d'aspiration  - Ancrage à tube à fond ouvert intégré et libéré par différence de pression
  • Usine de cloche de plongée à écluse d'air  - Une barge de support de travail sous-marine utilisée à Gibraltar, un caisson d'ingénierie monté sur barge mobile utilisé dans le port de Gibraltar
  • Batardeau  - Barrière permettant de pomper le liquide hors d'une zone fermée, une structure temporaire excluant l'eau construite sur place, entourant parfois une zone de travail comme le fait un caisson ouvert.
  • Génie géotechnique offshore  - Un sous-domaine de l'ingénierie concerné par les structures artificielles en mer, pour des informations sur les considérations géotechniques.

Brevets

Les références

Liens externes