Brevet FR2027614A1 — publié le 19701002

i 2027614 Cette invention a pour objet un procédé pour la stabilisation du sol en le traitant,en particulier par injection, à l'aide d'une substance inorganique capable de former un gel qui, en conjonction avec le terrain, le durcit pour former une masse 5 sensiblement cohérente et imperméable. La consolidation des terrains et des sous-sols meubles en les mélangeant avec ou en injectant dedans des substances ayant une action de liage a une grande importance pour de nombreux travaux publics ou privés et dans la technique des opérations 10 de mine et de forage. Il y a donc une demande dans la technique intéressée de compositions qui puissent être injectées dans des sols ou terrains poreux afin de les rendre imperméables ou de réduire notablement leur perméabilité. Les compositions de ce genre vont généralement devoir être des liquides à faible vis-15 cosité qui puissent être aisément préparés sur place, aisément manipulés sans créer de risque pour les ouvriers occupés à leur mise en oeuvre et capables, au surplus, de se prêter à un réglage précis dans une gamme de propriétés capable de faire face aux exigences imposées par les conditions de divers en-20 droits ou chantiers sur lesquels le travail est effectué. Dans le brevet anglais n° 1.122.308 appartenant à la même société est décrite une méthode de stabilisation du sol consistant à traiter celui-ci à l'aide d'une composition liquide aqueuse comprenant (a) un' extrait de tanin végétal, (b) un 25 résole formaldéhyde et (ou) paraformaldéhyde ou phénol-formaldé-hyde soluble dans l'eau et (c) un hydroxyde d'un métal alcalin et en permettant au sol ainsi traité de se durcir. Dans la description de la demande de brevet anglais déposée en 1967 sous le n° 47.370 appartenant également à la même 30 société est décrite une méthode pour la stabilisation du sol consistant à traiter celui-ci à l'aide d'une composition comprenant (a) un tanin végétal, (b) du formaldéhyde ou du parafor-maldéhyde et (c) un carbonate ou un borate d'un métal alcalin. En outre, dans le brevet anglais n° 918a64-l est décrite 35 une méthode pour la stabilisation des sols et terrains consistant à y injecter un'mélange d'un aldéhyde et d'un phénol substitué. 69 42641 2 2027614 Ces diverses méthodes, tout en étant efficaces pour le but visé, présentent cependant un certain nombre d'inconvénients pour leur application pratique,, C'est ainsi, par exemple, qu'on doit mentionner la nature irritante de la vapeur 5 de formaldéhyde qui peut être une cause de dérangement pendant les opérations de mélange et d'injection, et l'effet caustique des substances alcalines employées. En outre, les produits dont il vient d'être question sont organiques, de sorte qu'ils sont moins résistants au vieillissement et aux autres influen-10 ces que les matières inorganiques. Il a été proposé d'employer des dispersions de silicate de sodium comme mortiers ou coulis inorganiques. Mais ces produits ne se sont pas révélés entièrement satisfaisants» C'est ainsi que des tentatives ont été faites pour consolider 15 des sous-sols en y injectant séparément des solutions de silicate de sodium et de matériau à réaction acide mais qu'une difficulté considérable a été rencontrée pour réaliser un mé-langeage adéquat des deux constituants et régler le temps de prise. Par voie de conséquence, des solutions de mortiers sim-20 pies ont été suggérées, par exemple dans l'ouvrage de langue anglaise intitulé "Artificial Consolidation of Soils" dû à Monsieur G„B. Vaisfel'd (manuel 39 de l'Académie de Construction et d'Architecture de l'URSS). Dans ce manuel, il est question d'une solution colloïdale de silicate de sodium réglée à 25 un pH prédéterminé au moyen d'une composition à réaction acide avant l'injection dans le sous-sol. Cependant, dans la pratique, les compositions de ce genre tout en convenant généralement à l'injection dans des substrats fortement poreux tels que les sables et les graviers se révè-30 lent comme n'étant pas satisfaisants pour l'injection dans des substrats à pores fins, étant donné que le silicate de sodium ne forme pas une véritable solution dans l'eau mais existe sous la forme d'une solution colloïdale contenant des agrégats sous-colloïdauxo Les agrégats de ce genre ont une grosseur suffi-35 santé dans la plupart des cas pour bloquer les pores d'une cou-• che de terrain à pores fins et donnent lieu, par conséquent, à une pénétration inadéquate. En outre, la réaction entre l'agent 69 42641 3 2027614 de stabilisation à réaction acide employé et le silicate de sodium ne peut dans de nombreux exemples être convenablement accélérée sans être la cause d'une floculation. Les reckerches fui ont conduit à l'invention ont permis 5 de constater que les mortiers et coulis inorganiques qui évitent les inconvénients sus-mentionnés des substances à base de silicate de sodium peuvent être préparés en employant au lieu d'un mélange de silicate de sodium et d'une matière acide, un sol de silice aqueuse (c'est-à-dire un hydrozole d'acide 10 silicique) facultativement en conjonction arec un sel métallique. En procédant ainsi, une composition formant mortier ou coulis peut Stre obtenue qui possède une viscosité considérablement plus faible pour une teneur donnée en matière solide qu'une solution de silicate de sodium correspondante et qui 15 peut, par conséquent, être injectée plus facilement dans des couches à faible porosité, est exempte d'agrégats et au surplus peut être réglée aisément par addition de sels convenables afin de donner lieu à un gel ferme dans presque n'importe quel temps désiré sans donner lieu à une floculation. 20 L'invention prévoit un procédé pour la stabilisation d'un terrain consistant à imprégner celui-ci à l'aide d'un sol de silice aqueuse, contenant facultativement un accélérateur de gélification et à y faire gélifier ce sol. Le terme "terrain" qui est employé ici signifie n'importe 25 quelle matière géologique possédant une porosité suffisante pour se prêter à l'imprégnation par le précédé tel que le prévoit l'invention. Celle-ci présente cependant une utilité particulière pour le traitement de couches souterraines à structure finement poreuse telle que le grès par une injection sous 30 pression. Les sols de silice employés pour la mise en pratique du présent procédé sont des hydrozoles de l'acide silicique qui sont des produits qu'on trouve dans le commerce et qui peuvent être préparés de n'importe quelle manière connue; ils sont 35 normalement préparés en acidifiant un silicate de métal alcalin, le plus souvent le silicate de sodium et en empêchant la polymérisation de l'acide silicique résultant au delà du point dési- O ré (environ 250 A ) par addition d'un donneur de liant hydrogène 69 42641 2027614 qui est, le plus souvent, un éther additionné d'un atome d'azote ou d'oxygène ou d'un amide H" substitué. Un sel inorganique peut être employé pour séparer le produit de son sel. A titre de variante, 1'hydrozole peut être purifié par un processus 5 d'échange d'ions, en continuant facultativement dans un échan-geur d'ions fonctionnant par contre-courant ou par dialyse ou électro-dialyse. A titre typique, un sol de silice aqueuse a un rapport pondéral SiC^il^O compris entre 80x1 et 150:1 (H étant un métal alcalin), La concentration peut varier entre 10 10% et 509» en poids de la silice et est comprise, de préférence, entre 20% et 40% en poids. On conçoit aisément que si des sols de silice ayant «ne teneur en silice inférieure à 10% peuvent être préparés, le gel résultant sera faible et de peu d'utilité pour l'application de la présente invention. 15 Suivant la réalisation de 1 ' invention & laguelle^emble qu'il faille donner la préférence, l'accélérateur de gélifica-tiom est un sel métallique soluble dans l'eau qui est ajouté au sol de silice immédiatement avant l'injection dans le terrain où il s'agit de couler un mortier. ï'importe quel sel 20 métallique soluble dans l'eau convenable peut trouver son emploi à cet effet et sera choisi de manière à assurer le temps de gélification désiré. Ainsi, l'effet du sel dépendra entre autres facteurs de l'amplitude de la charge du cation et de la quantité employée, le temps de gélification étant écour-25 té de la façon la plus marquée par les ions métalliques portant des charges multiples et en augmentant la quantité de sel ajouté. Ainsi, un sel de silice ayant une teneur en silice de 30% va se prendre en g»l en cinq minutes environ et après mélange avec 40% de son volume d'une solution à 10% de chlorure de 30 sodium, tandis que le même sol va demeurer liquide pendant plusieurs heures avant de se prendre en gel quand il est mélangé avec 20% de son volume d'une solution à 5% de chlorure de sodium. Si désiré, la gélification peut être amorcée par addi-35 tion de matières autres que des sels métalliques comme, par exemple, un alcool, une cétone, de l'éther ou de l'acide car-boxylique. En fait, une vaste gamme de matières permet de réduire la stabilité d'un sol de silice et d'amorcer le processus de gélification. 69 42641 5 2027614 Les exemples suivants illustrent l'invention :- EXEMPLE N° l On agite rapidement 100 parties en volume de Syton 2 X (hydrozole de l'acide silicique produit par la société améri-5 caine Monsanto Chemical Company et caractérisé par une grosseur particulaire moyenne en poids de 250 A° et une teneur en SiO^ de 30% en poids) pendant l'addition de 20 parties en volume d'une solution à 5% en poids de chlorure de sodium. Au bout de deux à trois jours, on constate que l'hydrozole a 10 pénétré par suintement ou percolation à travers le sable, en l'humectant intégralement avant sa gélification ultérieure. Le gel chargé de sable ainsi produit est soumis à un essai de perméabilité. On constate que la valeur K est infé- —Q rieure à 10 7 cm/sec. EXEMPLE N° 2 On mélange du Syton 2X et une solution à 10% de chlorure de sodium da,ns une pompe doseuse dans le rapport de 5:1 avant de l'injecter sous une pression égale à 1,40 kg/cm2 dans un lit de gravier à travers lequel se produit un lent mouvement d'eau 20 souterraine. Une heure après l'injection, le mouvement de l'eau a cessé et lorsqu'on procède à l'excavation, on constate que le gravier a été légèrement lié sous la forme d'une masse gélatineuse et imperméable. Les détails de mise en oeuvre peuvent être modifiés, sans 25 s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. 15 69 42641 6 2027614 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la stabilisation d'un terrain, caractérisé en ce qu'on l'imprègne à l'aide d'un sol de silice aqueuse et en ce qu'on en provoque la prise en gel dedans. 20 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 5 ce que le sol de silice aqueuse contient un accélérateur de prise en gel. 3, Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que cet accélérateur de prise en gel est un sel métallique soluble dans l'eau. 10 4-. Procédé suivant la revendication 3» caractérisé en ce que 1'accélérateur de prise en gel est du chlorure de sodium» 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sol de silice est formé 15 à partir d'un silicate de métal alcalin ayant un rapport pondéral SiOgîMgO compris entre 80:1 et 150:1, M désignant un métal alcalin. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration en silice 20 dans le sol de silice aqueuse est comprise entre 10% et 50% en poids.