Brevet FR2006157A1 — publié le 19691219

L'invention a trait a un procédé de solidification de la boue et du sable résiduaires, contenant de-la-bentonite, qui sont produits lors d'un travail en eaux boueuses, et l'invention se réfère plus particulièrement à un procédé de solidification de la boue et du sable résiduaire précités par l'addition de ciment après que l'eau boueuse a épaissi pour atteindre une concentration en matières solides de plus de 30, afin de faciliter le traitement. Dans l'art antérieur, lorsqu'il était nécessaire d'opérer le raffermissement ou le cuvelage du terrain, on adoptait couramment un procédé de cuvelage (dit "procédé à sec") dans lequel on utilise un grand nombre de pieux de guidage et de palplanches. Cependant, tout récemment, on a plus fréquemment eu recours à un procédé dit ('procédé humide") utilisant de la bentonite en suspension. Pour la mise en oeuvre de la présente invention, c'est la stabilité colloïdale de la bentonite qui est envisagée. Plus précisément, le procédé suivant l'invention est du type dans lequel les opérations d'excavation ou de terrassement sont poursuivies pendant que l'on améliore la fermeté du terrain environnant qui renferme de l'eau souterraine s s'écoulant dans la cavité en cours de formation avec de la bentonite en suspension. La boue et le sable extraits pendant le travail sont mélangés à une suspension de bentonite et après que l'on a séparé ce mélange en boue et sable, d'une part, et en suspension de bentonite, d'autre part, en dehors de la cavité creusée, la boue et le sable étant évacués par tout moyen approprié, tandis que, par ailleurs, la suspension de bentonite est recueillie en vue de sa réutilisation.Toutefois, il ne faut pas s'attendre à une réutilisation totale de la quantité ini tiale de suspension; par conséquent, il convient d'ajoute un appoint de nouvelle suspension de bentonite pour compenser la perte précédente. Comme il a été indiqué plus haut, le procédé antérieur brièvement décrit ci-dessus utilise des pieux de guidage et des palplanches, et il présente en outre le sérieux inconvénient de produire un bruit considérable et de fortes vibrations par suite du battage des pieux dans le sol et surtout, lorsqu'on a recours à des pieux de guidage que l'on place dans les interstices entre les palplanches successives, il donne lieu à un écoulement d'eaux souterraines qui entratnent de la boue et du sable.De plus la terre meuble, -par suitede la la déforma- tion des palplanches qui est dûe d'une part à la pression de la terre et de l'eau, et d'autre part à l'extraction plus ou moins partielle des pieux, produit des affaissements irréguliers de terrain dans la zone environnante et se traduit fréquemment par des effets néfastes sur les bâtiments, routes et constructions souterraines, et même dans les zones adjacentes. Au contraire, le procédé à l'eau boueuse est très avantageux et exempt de la plupart des inconvénients indiqués ci-dessus. Toutefois, il est pratiquement impossible de séparer la totalité de la boue et du sable de l'eau boueuse résultant des travaux de creusement et, par conséquent, il est inévitable que la boue et le sable séparés de cette eau boueuse contiennent encore une quantité considérable de bentonite. Il s'ensuit que la boue et le sable séparés contiennent de la bentonite et que ce mélange se prête très mal à un processus d'épaississement et de déshydratation, et qu'en conséquence le choix d'un endroit pour se débarrasser de ces boue et sable résiduaires, voire pour les traiter, doit être envisagé avec beaucoup d'attention. La demanderesse a examiné ce problème à partir de tous les points de vue possible qu'il comporte, et elle a donc étudié le moyen de réaliser une solidification rapide du mélange de boue et de sable contenant de la bentonite, ce qui est particulièrement difficile; cette étude a permis d'aboutir à la constatation qutil est désormais prouvé expérimentalement que si le mélange de boue et de sable contient une quantité importante de bentonite, il peut être rapidement solidifié en y ajoutant du ciment, en mélangeant intimement le tout et en le laissant ensuite reposer. Ainsi, l'inconvénient dû à'eau sortant de la boue et du sable se trouve éliminé, et de nombreux problèmes parmi ceux évoqués plus haut et-dû à la présence de bentonite se trouvent pratiquement résolus. Dans le cas de traitement d'eau boueuse-contenant de la bentonite ainsi que de la boue et du sable, que lon vient juste de séparer de la bentonite en suspension mais qui contient toujours, néanmoins, une quantité importante de-bentonite, on opère l'épaississement et la séparation de l-teau boueuse jusqu'à atteindre dans celle-ci une concentration en matières solides supérieure à 50ss, après quoi le mélange de boue et de sable ainsi séparé est mélangé à son tour avec du ciment pour opérer la solidification. Par conséquent, le premier but de l'invention consiste à réaliser un procédé permettant, par un traitement sirplev une solidification rapide de la boue et du sable provenant de travaux de creusement et de terrassement, afin d'apporter une solution satisfaisante au problème majeur posé par le procédé dit à l'eau boueuse. Le second but de l'invention consiste à réaliser un autre procédé permettant une utilisation satisfaisante de la boue et du sable, résultant du traitement précité, dans une opération de récupération. Par tailleurs, l'invention a pour objet de prévoir un procédé de traitement des boues et sables résultant de travaux de creusement, ce traitement étant exempt de tous effets nocifs en ce qui concerne la pollution de l'environnement et d'autres inconvénients de différentes sortes. En ce qui concerne la présente invention, la bentonite doit être présente en tant que composant essentiel de la masse épaissie de boue et de sable, car en l'absence de bentonite, la solidification serait difficile à réaliser, même avec du ciment. En outre, la concentration de matières solides doit être maintenue à une valeur supérieure à 30. Cependant, attendu que la boue et le sable, lorsqu'ils ont épaissi au point d'avoir une concentration en matières solides supérieure à 30, comportent pratiquement de la bentonite qui reste en quantité suffisante pour réaliser les principaux buts de l'invention, il est inutile d'ajouter davantage de bentonite au mélange de boue et de sable, sauf dans le cas particulier où l'on désirerait produire une solidification très rapide. Bien qu'on n'ait pas encore élucidé pourquoi le mélange résiduaire de boue et de sable doit contenir de la bentonite, on suppose seulement que la bentonite semble agir comme agent de dispersion du ciment, car si l'on mélange du ciment à de l-a boue et du sable exempts de bentonite, il n'en résulte qutune simple séparation de la boue et du sable, du ciment et de l'eau les uns par rapport aux autres. Parmi les ciments qui conviennent pour la mise en oeuvre de l'invention on peut citer le ciment Portland, le ciment Portland de haut-rourneau, le ciment d'alumine et le ciment de silice, et 1 l'un quelconque de ces ciments peut être choisi à cet effet. Cependant, ainsi qu'il ressort clairement des buts de l'in vention, il est souhaitable d'adopter un ciment de faible prix de revient tout en étant susceptible de prise très rapide. La quantité de ciment à ajouter au mélange résiduaire de boue et de sable doit être compris dans le rapport de 15 à'100 grammes par litre de boue et de sable. Cependant, il convient de noter que plus la concentration en matières solides est élevée, plus la quantité de ciment à consommer est réduite. Lorsqu'on procède au traitement de l'eau boueuse d'extraction, il convient tout d'sabord d'en éliminer, par tamisage ou sédimentåtiorl, les matières solides formées de morceaux ou blocs relativement importants, puis d'effestuer l'épaississement et la séparation de l'eau boudeuse, sans les gros fragments et blocs, en utilisant un appareil approprié tel qu'un cyclone à liquide (il existe d'ailleurs différentes sortes de séparateurs centrifuges). Ainsi, oiseau boueuse d'extraction se sépare de nouveau en suspension de bentonite et de boue et sable, dont la concentration en matières solides est supérieure à environ 50jo, et enfin on ajoute du ciment à ce mélange résiduaire de boue et de sable, et l'on mélange le tout de façon à pouvoir facilement en disposer à l'endroit opportunément choisi à cet effet. Lorsque la concentration en matières solides du mélange résiduaire de boue et de sable est inférieur à environ 30X, ou lorsque la quantité de ciment nécessaire est faible, il convient de mélanger la boue et le sable résiduaires avec une quantité adéquate de boue et de sable à grain relativement gros, préalablement séparé de liteau boueuse, afin d'assurer une solidification efficace. On décrira maintenant une expérience visant à prouver l'efficacité de la présente invention. En outre, le diagramme de l'unique figure du dessin annexé indique le rapport obtenu entre la concentration en matières solides et la quantité de ciment ajoute selon les prescriptions de la présente invention avec une 2 résistance à la compression de 2 kg/cm2. ExPérience: 500ml d'eau boueuse composée d'argile et de sable de différentes sortes et du mélange de cette argile et de ce sable avec de la bentonite (la densité de la bentonite étant de 8%) sont placés dans un vase. On ajoute à l'eau boueuse que contient ce vase du ciment Portland ainsi que du ciment POrtland à prise rapide, puis on agite et Qn mélange intimement, et on laisse reposer pendant deux jours. Après ce délai, l'eau boueuse finit par posséder une certaine résistance à la compression. Au cours de cette expérience, on détermine le rapport entre la concentration de matières solides et la quantité de ciment ajoutée en se rapportant à une eau boueuse dont la résistance à la compression est de 2 kg/cm2 deux jours plus tard par rapport au moment où le traitement décrit ci-dessus a été terminé.Enfin, on obtient par ce moyen le diagramme que montre le dessin annexé. Dans les cas NO 1 à N" 6, la composition du mélange utilisé était la suivante 1.- Argiles de Shibuya + Ciment Portland 2.- Argiles de Shibuya + Ciment Portland à prise rapide 3.- Argiles de Shibuya + bentonite + Portland à prise rapide 4.- Argiles prélevées à la partie inférieure de la couche affleurante dans la région de Tokyo + Portland à prise rapide. 5.- Argiles provenant de la partie inférieure de la couche affleurante dans la région de Tokyo- + bentonite + Portland à prise rapide. 6.- Sables + bentonite + Portland à prise rapide. ExDlications : (1) Argiles de Shibuya : Parmi les argiles que l'on peut obtenir des couches de coulées provenant des cendres du volcan Fuji et qui recouvrent la région de Kanto au Japon, les argiles que l'on trouve en particulier dans le district de Shibuya à Tokyo sont désignées par l'appellationde "Argiles de Shibuya". Elles ont une teinte rougeâtre, une forte viscosité et une bonne résistance. (2) Argiles provenant de la partie inférieure de la couche affleurante dans la région de Tokyo : ce sont les argiles que l'on tire de la couche de coule du Kanto; elles ont une teinte brun foncé, une faible viscosité et une faible résistance, si on les compare aux argiles de Shibuya. A la suite de lXexpérienee relatée ci-dessus, les constatations suivantes ont été faites a) Une eau boueuse composée uniquement de sable (avec une concentration en matières solides de l'ordre de 10 à 70fui), après avoir reçu de 10 à 50 g de ciment par litre d'eau boueuse, se sépare respectivement en une fraction d'eau, une fraction de ciment et une fraction de sable. Par'conséquent > dans ce cas, on ne peut guère s'attendre à un traitement satisfaisant. b) Dans une eau boueuse composée uniquement de bentonite et d'eau (concentration en matières solides de 2 à 8), on ajoute du ciment dans la proportion de 10 à 100 g par litre d'eau boueuse, puis on mélange et on laisse reposer pendant trois jours; toutefois, au bout de ce laps de temps il ne se révèle aucun signe de résistance à la compression. c) Une eau boueuse contenant le mélange de bentonite, dargiles de Shibuya et d'argiles en provenance de la partie inférieure de la couche supérieure de la région de Tokyo (avec une concentration en matières solides de plus de 50ss), a été traitée avec du ciment. Dans ce cas, le traitement peut s' opérer efficacement même avec une plus faible quantité de ciment par rapport à celui d'une eau boueuse ne contenant pas de bentonite et ayant la meAme concentration en matières solides. On décrira maintenant un exemple d'application pratique du procédé de l'invention. Exemple On utilise de l'eau boueuse composée d'une suspension de bentonite à raison de 3% en poids, mélangée à de la boue (limon). On introduit 80 kg de cette eau boueuse (dont la concentration en matières solides est de 103,5%) dans un appareil mélangeur et l'on y ajoute 3 kg de ciment de Portland tout en agitant et mélangeant intimement,, et enfin on laisse reposer pendant deux jours, après quoi on mesure la résistance à la compression. Dans cet exemple, la valeur de résistance à la compression obtenue est de 18,6 kg/cm20 REVENDICATIONS 1.- Un procédé de solidification d'eau boueuse produite lors de travaux d'excavation et de terrassement, cette eau contenant de la bentonite en suspension, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'eau boueuse est épaissie et séparée de telle sorte que la boue et le sable séparés de l'eau boueuse contiennent encore une quantité importante de bentonite et finissent par avoir une concentration en matières solides de plus de 30%, la boue et le sable ainsi séparés étant mélangés à du ciment aux fins de solidification 2.- Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la boue et le sable résiduaires sont mélangés à une certaine quantité de boue et de sable à grains plus gros, préalablement séparés de lteau boueuse, afin de permettre d'obtenir une concentration réglable de matières solides. 3.- Un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la quantité de ciment à utiliser se situe dans la proportion de 15 à 100 g/1 de boue et sable résiduaires. 4.- Un procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ciment à utiliser est un ciment Portland à prise rapide.