Brevet FR2201373A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne l'ancrage de tirants dans le sol. Pour ancrer un ouvrage, c'est-à-dire rendre cet ouvrage solidaire du sol adjacent, on perfore en général le teriain jusqu'à la zone utilisée pour l'ancrage, on introduit une armature en barres ou câbles d'acier dans le forage, on réalise le scellement, généralement avec un coulis à base de ciment, dans la zone intéressée et, enfin, on bloque le tirant ainsi constitué sur ouvrage. Le plus souvent, afin de profiter au maximum des hautes qualités mécaniques de l'acier, on met celui-ci sous tension avant de le bloquer; on réalise ainsi un tirant précontraint. La qualité de ce tirant dépend avant tout de la fiabilité du scellement. Cela ne pose pas de problème particulier si le terrain, au droit du scellement, est un rocher; un simple remplissage du forage avec un coulis de scellement est alors suffisant. Par contre, dans le cas bien plus fréquent d'ancrage en terrain meuble, se contenter de remplir avec un coulis de ciment, même très résistant, l'espace annulaire entre le tirant et le terrain au droit de la zone à sceller ne permet pas d'assurer un bon ancrage. I1 faut, pour obtenir un résultat valable, recomprimer le terrain décomprimé lors du forage. La présente invention a pour but de créer un procédé d'ancrage de tirants qui résout ce problème ainsi que des produits à injecter dans le sol qui permettent d'exécuter ce procédé de façon à obtenir un ancrage durable et sar. Selon la présente invention, on procède à l'injection en garnissant d'abord l'espace qui entoure le tirant, sur la portion à sceller d'une masse d'un produit susceptible de faire prise en un laps de temps relativement réduit puis,pendant que cette masse fait prise, on poursuit l'injection en son sein d1 un complément de produit de scellement à une pression suffisante pour faire éclater ladite masse en morceaux qui seront alors enfoncés dans le terrain à la manière de coins et ancreront le tirant à la manière d'une véritable cheville expansible. Avantageusement, on peut exécuter le procédé en utilisant comme produit de garnissage et produit de scellement un coulis de ciment dont la durée de prise est inférieure à la durée de l'injection , on peut utiliser également au moins comme produit de garnissage, une émulsion d'une résine durcissable et d'un durcisseur ou catalyseur. Comme dans les procédés traditionnels, le coulis de ciment peut être utilisé à un rapport ciment sur eau (C/E) de l'ordre de 2 c'est-à-dire compris entre 1,7 et 2,4 suivant sa finesse; il pourra contenir du sable jusqu'à un rapport sable ciment égal à 1 sans que cela soit une nécessité technique. Contrairement à ce que l'on fait toujours dans les injections en général et les injections de tirants en particulier, ce coulis de ciment est réglé de tel sorte qu'il ait un temps de prise inférieur au temps d'injection. A titre d'exemple non limitatif, Si l'on admet d'une part qu'il faut une tonne de ciment pour réaliser l'ancrage en question et d'autre part que cette tonne de ciment doit être injectée en trois quarts d'heure, on règle le temps de prise à un quart d'heure environ. Dans ce cas, le scellement s'opère ainsi - pendant le premier quart d'heure on remplit de coulis une zone d'une vingtaine de centimètres de part et d'autre du tirant. Ce remplissage du terrain s'effectue à une pression relativement faible, fonctinn de la perméabilité du terrain encaissant. - Sans rien changer, on continue l'injection qui ne peut alors se poursuivre qu'en brisant la masse de remplissage qui a fait prise et en refoulant dans le terrain les coins de coulis de ciment durci ainsi formés. Pendant les trois quarts d'heure que dure l'injection, on poussera donc dans le terrain des coins solides de plus en plus nombreux. Le,premier avantage de cette méthode est qu'auto- matiquement on recomprimera ainsi le terrain. Le deuxième avantage est qu'en fissurant la première enveloppe périphérique durcie au bout d'un quart d'heure, on permettra l'essorage du coulis de ciment injecté après le premier quart d'heure et ainsi de suite jusqu'à la fin. Par conséquent, hormis la peau périphérique, tout le reste du scellement et notamment celui qui est au contact-avec l'armature du tirant sera fortement essoré. Ceci d'une part, augmentera très fortement la résistance (à titre d'exemple un coulis de ciment à C/E-2 a une résistance de 250 bars et à C/E=3 une résistance de 380 bars) et d'autre part on éliminera toute l'eau libre de ce coulis qui, sans eau excédentaire, ne pourra avoir aucun retrait ultérieur, condition nécessaire et suffisante pour assurer une protection anticorrosion continue et totale de la partie scellée du tirant. Le scellement sera donc assuré, non par collage du câble ou autre armature à un terrain pulvérulent, mais par enfoncement dans celui-ci d'une véritable cheville. Or, on sait qu'en matière d'ancrage, ce sont toujours les chevilles expansibles qui donnent les meilleurs résultats. Le principe de ce nouveau procédé d'ancrage de tirant est donc très compréhensible et incontestable. Cependant la façon de l'exécuter convenablement n'était pas aisée puisqu'en l'état actuel des connaissances aucun accélérateur de prise commercial n'est toléré en présence d'aciers tendus. Les risques de corrosion sur les aciers tendus (corrosion fissurante entre autres) sont en effet tels qu'il est nécessaire d'être très prudent dans l'emploi de produits nouveaux en contact avec ceux-ci. Actuellement, les laboratoires ayant sérieusement étudié ce problème et les organismes officiels ne reconnaissant que deux types de matériaux compatibles avec les aciers tendus - bien entendu les produits non ionisés puisque par, leur nature rnme, aucun effet de pile ne peut se manifester le long de l'armature et, en conséquence, aucune corrosion ne peut y nattre. Ces produits non ionisés pouvant assurer un scellement sont des résines synthétiques. - Un très petit nombre de systèmes ionisés qui doivent alors être impérativement basiques et ne contenir pratiquement aucun cation soluble : c'est la classe des coulis de ciment; encore parmi ces derniers, faut-il être prudent c'est-à-dire rejeter, sauf cas particuliers, les ciments à base de laitiers, ceux-ci contenant généralement des sulfures et des chlorures. Pour mettre au point le processus d'ancrage efficace décrit précédemment, on peut donc opérer suivant ltune des deux méthodes suivantes Selon une première méthode la première phase d'injection - c'est-à-dire celle qui s'exécute à basse pression pendant un quart d'heure dans l'exemple donné précdemment, temps au bout duquel le coulis doit être pris afin d'être ensuite incrusté en phase solide dans le terrain - se fait avec une émulsion aqueuse directe (huile dans l'eau) d'une résine durcissable. On règle le temps de polymérisation à un quart d'heure soit en agissant sur le dosage en catalyseur, soi en utilisant, dans le cas des résines de polyaddition, un durcisseur très réactif. Ensuite on poursuit normalement l'injectior. avec un roulis ou un mortier de ciment à C/E compris entre 1,7 et 2,4 ainsi que précédemment indiqué. Selon la deuxième méthode, qui, actuellement est la préférée, on réalise toute l'injection avec un coulis de ciment. Comme le temps de prise de celui-ci doit être d'un quart d'heure, on accélère la prise avec un produit bien défini qui ainsi qu'il a été dit précédemment ne doit contenir aucun cation autre que ceux qui sont déjà inclus dans le ciment Selon un mode d'exécution de la présente invention, l'agent accélérateur est un silicate alcalin. Les sirops traditionnels de silicates alcalins introduits dans un coulis de ciment à C/E fort c'est-à-dire compris entre 1,7 et 2,4, conduisent instantanément à la prise du système. On sait en effet que la prise provient d'un processus de solubilisation puis de recristallisation des silicates du ciment. Avec un silicate alcalin liquide, la formation du silicate de calcium est donc instantanée. L'emploi des silicates alcalins sous leur présentation courante est donc à rejeter, la prise intervenant trop tôt c'est-à-dire dans le malaxeur ou dans la conduite d'injection. Selon la présente invention, cette prise franche et homogène réglée à un quart d'heure ou à un autre temps si la durée totale de l'injection est plus grande ou moins grande, s'obtient en utilisant des silicates alcalins en poudre que l'on trouve couramment dans le commerce. La prise du système interviendra donc lorsque cette poudre sera solubillsée dans le mélange. Le temps de prise est alors parfaitement réglable depuis quelques minutes jusqu'à une heure et demie environ en jouant simplement sur la vitesse de la solubilisation de ladite poudre. Cette vitesse est influencée en premier lieu par le rapport SiO2 SiO2 ou Na2O K2O SiO2 du silicate alcalin : plus le rapport Na2 O est faible, plus la poudre se dissout rapidement ce qui peut être déduit de la comparaison des exemples 1 et 2 mentionnés plus loin. 5i02 D'autre part, à rapport - constant, la nature Na20 interne du silicate en poudre peut influencer la vitesse de solubilisation, comme montré par la comparaison des exemples 2 et 4 Enfin pour un silicate en poudre donné, le temps de prise du coulis pourra tre modifié en faisant varier le pourcentage dudit silicate comme le montre la comparaison des exemples 3, 4 et 5. On dispose donc de trois moyens pour ajuster le temps de prise aux conditions spécifiques du travail. Voici quelques exemples non limitatifs de coulis que l'on peut fabriquer selon l'invention EXEMPLE 1 : Eau ................................ t 000 cc) Temps de Ciment Portland Artifioiel CPA 325... 2 000 g # prise SiO 10 mi Silicate de soude 3 Na( @@@2 = 2) 80 g @ nutes Na20 EXEMPLE 2 Eau ................................. 1 000 cc Temps Ciment CPA 325 ...................... 2 000 g # de prise de Silicate de soude de type 5 de @@O2 de 90 5 Na : = 3,35) .... 80 g # Na2O minutes EXEMPLE 3 : Eau ................................ 1 000 cc Temps de Ciment CPA 325 ...................... 2 000 g 5 prise de Silicate de soude de type # l'ordre SiO2 = 6 de 50 5 NaTs : (# = 3,35) .... 60 g @ minutes Na20 EXEMPLE 4 Eau ................................. 1 000 cc Temps Ciment CPA 325 2 2 000 g g ) prise Silicate de soude de type prise l'ordre SiO2 de 25 5 NaTs : ( = 3,35) ..... 80g Na O minutes EXEMPLE 5 Eau ........................... 1 000 cc Temps de Ciment CPA 325 ................ 2 000 g prise de l'ordre de Silicate de soude de type # 10 minutes SiO2 5 NaTs : ( = 3,35) ..... 100 g Na2O Les désignations "3 Na", Na, 5 Na et "5 NaTs1 sont celles de la Société NOBEL-BOZEL. L'invention peut s'appliquer à tous genres de tirants mais elle convient surtout aux tirants combinés avec un tube d'injection et un ou plusieurs dispositifs d'obturation du forage permettant de délimiter la ou les portions de celui-ci qui doivent être injectées, tels que les tirants décrits dans le brevet français N 1 539 176 de la Demanderesse. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention REVENDICATIONS 1.- Procédé d'ancrage de tirant dans un terrain meuble, par injection d'un coulis à base de ciment autour de ce tirant, caractérisé en ce que l'on garnit d'abord l'espace qli entoure le tirant, sur la portion à sceller, d'une masse d'un produit susceptible de faire prise puis pendant que cette masse fait prise, on injecte en son sein le coulis de scellement à une pression suffisante pour faire éclater ladite masse en morceaux qui se trouvent alors enfoncés dans le terrain à la manière de coins, pour assurer l'ancrage du tirant. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit susceptible de faire prise est une émulsion d'une résine durcissable et d'un durcisseur. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit susceptible de faire prise est le coulis de scellement lui-mEme, la durée de prise de ce coulis étant inférieure à la durée totale de l'injection. 4.- Coulis de ciment à prise rapide permettant l'exécution du procédé selon la revendication 3, en présence d'aciers tendus, caractérisé en ce qu'il contient de lteau, du ciment et un accélérateur de prise pulvérulent ne contenant aucun cation autre que ceux qui existent déjà dans le ciment. 5.- Coulis de ciment selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'accélérateur de prise est un silicate alcalin en poudre, notamment du silicate de sodium. 6.- Coulis de ciment selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il possède un rapport ciment sur eau compris entre 1,7 et 2,4. 7.- Coulis de ciment selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il contient du sable jusqu'à un rapport sable sur ciment égal à 1.