Brevet FR2296736A1 — publié le 19760730

La présente invention concerne les ouvrages enterrés, expression qu'il faut entendre dans un sens très large, englobant aussi bien les massifs souterrains, que les parties consolidées de terrain en vue de supporter des fondations ou de permettre des ancrages, ou de réaliser des écrans étanches. On connaît différents procédés pour l'obtention d'ouvrages enterrés s qui peuvent être classés en deux grandes familles a) - Dans le cas général on creuse une cavité qu'on remplit en suite de béton ou autres matériaux adéquats malaxés, avec ou sans incorporation d'autres éléments dans la cavité (proce- dé relevant de la technique du forage); le volume de l'ou vrage étant précis et au plus égal à celui de l'excavation. b) - Dans certains cas, on ne creuse pas de cavité, et on enfonce dans le sol des tubes par lesquels on injecte des agents de solidification, de densification ou autres (procédé rele vant de la technique par injectionf; le volume de l'ouvrage n'étant pas défini géométriquement. Dans l'ensemble, les procédés évoqués donnent satisfaction mais ces procédés sont toujours lents, et onéreux. En particulier le procédé par injection pose d'abord le problème de l'enfoncement des tubes et autres équipements, puis celui de la bonne répartition dans le terrain des agents injectés. Ces derniers ont soit tendance à s'échapper par les voies les plus faciles (voies naturelles, fissures, etc...) soit à rester autour de l'orifice d'injection sans pénétrer dans le terrain, ce qui oblige à utiliser de fortes pressions susceptibles de provoquer des claquages créant des fissures et donc des chemins privilégiés, sans imprégner le terrain convenablement. La zône ainsi traitée n'est pas homogène et est mal déterminée, ce qui oblige à des contrôles également longs et onéreux. La présente invention a pour but essentiel de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation rapide, à moindre coût, des ouvrages enterrés dans les terrains, travaillables par tarière, curettes, etc.. notamment dans des terrains tendres compressibles ou non, tels que la craie, la marne, l'argile, ou encore certaines alluvions fines ou moyennes. Un autre but de l'invention concerne l'obtention d'un ouvrage horizontal à grande profondeur (duiype fond étanche pour cuvette). L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de réalisation d'un ouvrage enterré, caractérisés en ce que l'on dgter- mine dans le terrain une ou plusieurs zones éIémentaires cylindriques nettement définies de matériaux brassés par action mécanique et que dans ces zones précises on incorpore à l'aide d'un tube de faible section par rapport à celle du cylindre les produits ou é- quipements nécessaires a la construction de l'ouvrage sans extraction des matériaux constitutifs du terrain se trouvant à l'emplacement et éventuellement au-dessus dudit ouvrage, chaque cylindre ayant un contour précis pouvant avoir des dimensions importantes. Le disloquage, rernuage,et brassage des matériaux est réalisé à l'aide d'une ou plusieurs lames fixées radialement à la base d'une tige prolongée par une "queue de poisson",souvent aussi appelée "fish-taile",l'ensemble étant mis en rotation par un appareillage de surface,les lames s'enfoncent dans le terrain suivant un mouvement hélicoïdal en entrainant dans cette progression la tige avec sa queue de poisson,de telle manière que les obstacles situés s la tige et écartés parla queue de poisson puissent s'échapper et sghoger-dans la zône de terrain remué par les lames. Selon l'invention la tige et l'outil à lames peuvent être reti rés du cylindre par rotation inversée à celle de la progression, sans extraction de matériaux, et sans laisser de cavité. Lors des rotations pour la progression ou le retrait,les matériaux sont désintégrés et brassés par l'outil. Les lames sont en forme de.couteaux-scies,montées perpendiculairement à l'extrémité de la tige d'entratnement selon un plan sensiblement incliné de façon à enrr- drer un mouvement hélicoidal,provoquant l'avance ou le recul de la tige. Le diamètre de cette tige d'entraînement est faible par rapport à la longueur des lames,et donc å la section du cylindre. Les lames ne sont pas obligatoirement montées directement sur la tige. L'outil peut être constitué par les lames et éventuellement la queue de poisson montées sur un mandrin dans lequel pénètre la tiBs La tige peut être réalisée en deux éléments creux concentriques l'élément central (dit axe) est porteur de la queue de poisson, tandis que l'élément extérieur (dit tube) est porteur des lames, de telle manière que l'axe et le tube puissent être retirés ensem ou ble indépendamment l'un de l'autre. Les produits nécessaires à la construction (agents de solidification et autres) sont introduits dans la z3ne cylindrique par un tube qui peut être la tige d'entraînement de l'outil, laquelle les conduit et les distribue au niveau de l'outil où ils sont malaxés avec les matériaux remues,aJcours de la rotation de l'outil,pen- dant sa progression,ou son extraction,ou les deux. Selon l'invention la tige d'entraînement est creuse et on.- çue pour permettre l'injection dans le terrain des agents acili- tant l'enfoncement de l'outil et/ou des agents de solidification et densification qui sont mélangés par l'outil et malaxés avec les matériaux constituant la zone travaillée. La pénétration et le malaxage sont exécutés par le même outil qui travaille dans les mimes conditions. On introduit dans le sol et on malaxe avec le terrain en place, remué par outil, dans les proportions voulues, le produit d'apport possédant les propriétés requises pour donner au sol en fin d'opération les caractéristiques recherchées, dans la zône considérée; avec le procédé de l'invention, le produit d'apport s incorpore facilement dans les matériaux remués et n'a pratiquement pas tendance à s'échapper, surtout Si l'on a pris soin d'incorporer au sol (avant ou avec les agents de solidification) des produits de colmatage (sciure de bois, déchets de mousse synthétique ou autres) pour éviter la diffusion des agents liquides hors de la zône définissant l'ouvrage. Un ouvrage enterré selon l'invention, tel qu'une masse d'ancrage est constitué par un ou plusieurs cylindres formés par les matériaux constitutifs du terrain à cet emplacement, brassés et malaxés avec des agents appropriés déterminant une masse de matériaux liés ou solidifiés en un bloc. Ce bloc ne comporte pas de cavité résultant du malaxage de la matière, mais peut comporter un ou plusieurs tubes incorporés. Un mur de soutènement (ou tout autre écran vertical) enterré selon l'invention est constitué par une succession de cylindres sécants disposés en ligne, d'une même matière imprégnée ou solidifiée en un seul bloc. Un ouvrage horizontal, tel qu'un écran étanche à grande profondeur, ou un fond de cuvette, est selon l'invention obtenu en réalisant un nombre suffisant de cylindres sécants de même profondeur sur toute la surface de ouvrage, et en n'imprégnant ou en ne solidifiant que la base de ces cylindres sur une épaisseur déterminée. On opère ces constructions par zônes élémentaires qui peuvent être isolées, jointives ou sécantes, et dont la juxtaposition ou la disposition des uns par rapport aux autres constitue des massifs ou des écrans continus ou discontinus de forme et de position géométriquement définies et variées à l'infini. Le procédé évite l'extraction du terrain de la zône considérée et du terrain situé directement au-dessus. On a vu que la tige est entraînée par un outil qui pénètre dans le sol, comporte une sorte de lame radiale munie de pointes pénétrantes formant couteaux-scies, cet outil est animé d'un mouvement de rotation transmis parcettetige, un train de tiges, ou un appareil dénommé '1celle" qui peut être téléscopique ou non. L'outil, en même temps qu'il tourne progresse dans le sol suivant un mouvement hélécoldal, engendrant ainsi derrière lui, un cylindre qui définit de façon précise une zône élémentaire de matériaux travaillés, traités ou à traiter. Le dispositif de mise en rotation de la tige, et donc de 1' outil, est constitué par un moyen classique quelconque du type appareil de rotation supporté par une grue, un derrick, une sonnette ou tout autre support adapté, La lame de l'outil peut être creuse et comporter des orifices à ses extrémités. n même temps que l'outil tourne et progresse dans le sol, en pénétrant ou en se retirant, ou à un moment quelconque, tout le long de sa course, ou entre deux limites définies, on introduit par l'intérieur de la tige qui est creuse, et à l'aide d'orifices pratiqués à cet effet, dans la tige, ou dans le corps de l'outil ou en un point précis de la lame, le produit destiné à être incorporé au terrain. On traite ainsi la zane élémentaire cylindrique de matériaux remués. L'un des but du procédé est de faciliter dans une très large mesure la pénétration dans le sol des différents constituants et accessoires de I'ouvraffe tels qu'une tige, tirant, ou tube desti avanta.eusement nés à contenir un équipement spécial. L'outil est/ composé d'un muni de manchon, dans lequel pénètre la tige ou tube, / plusieurs lames transversales équipées de dents d'attaque destinées à détruire la cohesion du terrain, avec éventuellement des buses destinées à introduire l'eau, des agents colmatants ou autres dans la zône cylindrique travaillée.Le mouvement de l'outil en rotation assure sa progression dans le terrain et le malaxage des matériaux brassés avec l'agent qui arrive de l'intérieur de la tige d'en traînz;nent de outil. Sur les figures ci-jointes on a représenté à titre d'exemple non limitatif un outil permettant de réaliser l'invention. Fig. 1 est une vue de profil de l'outil (tige coupée) Fig. 2 est une vue de dessus du mdme outil (tige enlevée) Fig. 3 montre une variante (tige en deux éléments concentri ques) L'outil comprend essentiellement un manchon 1, muni de deux lames 2 et 3, et est terminé par une "queue de poisson", pièce connue sous le nom de "fish-taile", ou par une vrille, ou une vis hélicoldale 4 ou toute autre pièce semblable susceptible de dégager les matériaux se trouvant sous le manchon 1 lorsque ce aernier est entraîné en rotation par la tige 5 (ou par tout moyen connu non représenté); ces matériaux s'échappent ensuite dans la zane périphérique remuée par l'outil. La lame 2 est pane, sensiblement plus large vers le manchon qu'a son extrémité, ses bords sont biseautés; sa surface inférieure est plus grande que sa surface supérieure; l'un de ses bords est taillé avec des dents ou pointes . Cette lame 2 est fixée sur le manchon 1 de telle manière que les dents soient pla cées à un niveau légèrement inférieur à celui de son bord opposé Les lames 2 et 3 sont disposées sur le manchon en prolongement l'une de l'autre de façon à ce que les dents rentrent simultanément en contact avec les matériaux à remuer lorsque l'outil est entrainé-en rotation par la tige. Sur les dessins on remarque aussi que le diamètre "D" du cylindre est bien supérieur au diamètre "d" de la tige, et en fait "d" est pratiquement négligeable par rapport à 'tu". La tige et son outil peuvent être retirés ou laissés dans-le massif et dans ce dernier cas ils constituent un tirant d'ancrage. On comprend aisément que diverses variantes peuvent être envisagées, sans pour cela sortir du cadre de l'invention, et que la forme de l'outil peut être différente. Ainsi la tige 5 peut entre réalisée en deux éléments concentriques creux, comprenant un axe 6 porteur d'une queue de poisson 8 et un tube 7 porteur de lames 2. Avantageusement l'axe et le tube sont de section carrée, ce qui facilite l'entraînement, mais ils pourrainet être d'une autre section avec un dispositif d'entraînement de tout autre type connu. Sur la Fig. 3 on a aussi représenté une "queue de poisson" 8 de forme différente de celle des Fig. I et 2. Selon cette variante on entraîne en rotation l'ensemble axe et tube, et donc les lames, qui contribuent à faire pénétrer le tout dans le sol. Lorsque cet ensemble a atteint la profondeur désirée, il est alors possible - soit de laisser le tout dans le sol, - soit de retirer l'axe, si la queue de poisson est d'une section inférieure à celle du tube, - soit de retirer le tube avec ses lames sans retirer l'axe, - soit de retirer l'ensemble. En fonction de la nature du terrain, et selon une variante de réalisation, l'outil est utilisé pour désagréger et brasser (avec ou sans introduction de produits), une zane cylindrique de matériaux, puis est retiré pour permettre l'introduction dans cette zône d'une ou plusieurs tiges ou tubes grâce auxquels on incorpore dans ledit cylindre des produits ou équipements nécessaires à la construction, sans extraction des matériaux se trouvant dès l'origine à cet emplacement. D'une façon plus générale, il est possible de faire pénétrer dans le terrain, puis de retirer successivement plusieurs tiges adaptées aux travaux à accomplir; l'introduction de la première tige (au moins) s'effectuant grâce à l'outil placé à son extrémité, sans produire d'excavation, sans extraire de matériaux REVENDICATIONS 1. Procédé et dispositif de réalisation d'un ouvrage enterré caractérisés en ce que l'on détermine dans le terrain, par action mécanique, une ou plusieurs wônes élémentaires cylindriques nette ment définies de matériaux brassés, et que dans ces zones on in corpore à l'aide d'un tube les - les produits ou équipements nécessaires à la construc- tion de l'ouvrage sans extraction des matériaux constitutifs du terrain se trouvant à l'emplacement et éventuellement au-dessus dudit ouvrage, chaque cylindre ayant un contour précis pouvant avoir des dimensions importantes. 2. Procédé et dispositif selon la revendication 1, caractérisés en ce que le brassage est réalisé par un ou plusieurs lames ra lianes fixées à la base d'une tige prolongée par une queue de poisson", cet ensemble étant mis en rotation par un appareillage de surface, les lames s'enfoncent dans le terrain suivant un mouvement hélicoïdal en entrarinant dans cette progression la tige avec sa queue de poisson, de telle manière que les obstacles si tués sous la tige et écartés par la queue de poisson puissent s'é- chapper et se loger dans la zône de terrain remuée par les lames. 3. Procédé et dispositif selon les revendications i et 2, carac térisés en ce que la tige et l'outil peuvent être retirés du cylin dre par rotation inversée à celle de la progression, sans extraction de matériaux, et sans laisser de cavité. 4. Procédé et dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que l'outil est constitué par des lames et éventuellement la queue de poisson, montées sur un mandrin dans lequel pénètre la tige de commande en rotation. 5. Procédé et dispositif selon les revendications i ou 2, carac térisés en ce que la tige est réalisée en deux éléments creux con centriques, l'élément central(iit axe) est porteur de la queue de poisson, tandis que l'élément extérieur (dit tube) est porteur des lames de telle manière que le tube et les lames puissent être retirés indépendamment de l'axe. 6. Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisés en ce que le diamètre de la tige d'entraînement est faible par rapport à la longueur des lames et donc à la section du cylindre. 7. Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendica tins précédentes, caractérisés en ce que les agents nécessaires à la construction de l'ouvrage sont conduits par des canaux de la tige au niveau des lames qui, par des orifices appropriés les distribuent à la périphérie du cylindre, ou qui les répartis sent dans les matériaux avec lesquels ils sont malaxés soit pen dant la progression de l'outil, soit pendant son extraction, soit pendant les deux. 8. Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendi cations précédentes caractérisés en ce que des produits colma tants même non injectables ou ne pouvant cheminer à travers les matériaux non remués sont introduits dans la zône cylindrique remuée, seuls ou en combinaison avec d'aubes produits pour évi ter la diffusion des éléments liquides hors de la zône définis sant l'ouvrage. 9. Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendi cations précédentes, caractérisés en ce que les produits néces saires à la construction sont introduits dans la zane cylindri que par un tube qui peut tre la tige d'entraînement de l'outil lequel les conduit et les distribue au niveau de l'outil où ils sont malaxés avec les matériaux remués, au cours de la rotation de l'outil, pendant sa progression, son extraction, ou les deux. 10. Ouvrage d'étanchéité ou de consolidation enterré, tel qu' un massif d'ancrage, obtenu par le procédé selon l'une quelcon que des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ou plusieurs cylindres de matières liées ou soli difiées en un bloc sans cavité. 11. Ecran vertical enterré obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il est formé par une succession de cylindres sécants disposés en ligne, de matières imprégnées ou solidifiées en un bloc. 12. Ecran étanche horizontal enterré à grande profondeur, ou fond de cuvette, obtenu par le procédé selon l'une quelconque d,s revendications i à 9, caractérisé en ce qu'on forme un nombre suffisant de cylindres sécants de même profondeur sur toute la surface de l'ouvrage, et que l'on n'imprègne ou que l'on ne soli difie que la base des cylindres sur une épaisseur déterminée. 13. Tirant d'ancrage selon l'une quelconque des revendica tions 1, 2, 4, 9, caractérisé en ce qu'il est constitué par la tige et son outil laissés dans la zône cylindrique travaillée. 14. Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisés en ce que l'on prépare une zône cylindrique de matériaux brassés puis que l'on retire l'ensemble de la tige et de l'outil ayant permis la préparation, puis enfin que l'on enfonce dans cette même zône une ou plusieurs tiges ou tubes grâce auxquels on incorpore dans ledit cylindre des produits ou équipements nécessaires à la construction de l'ouvrage, sans extraction des matériaux se trouvant dès l'origine à cet emplacement.