Brevet FR2446895A1 — publié le 19800814

La présente invention concerne un procédé de compactage et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le compactage doit être entendu comme dési- gnant toute opération consistant à densifier un sol naturel ou rapporté, notamment pour en améliorer les caractéristiques mécaniques. Actuellement, diverses techniques sont utilisées pour compacter les sols meubles afin d'en améliorer lescaractéristiques mécaniques, notamment pour supporter des constructions. Ces techniques sont notamment : la surcharge statique associée ou non à un drainage, le compactage dynamique mécanique par chutes de poids sur la surface du sol, le vibro-compactage en imposant des vibrations verticales à un élément rigide enfoncé dans le sol, le vibro-compactage au moyen d'é léments analogues à ceux utilisés pour le vibrage du béton, enfoncés dans le sol et vibrant horizontalement, et le onpac- tage à l'explosif en faisant exploser des charges disposées dans des forages pratiqués dans le sol. Le résultat recherché par l'utilisation de ces techniques est de provoquer des ébranlements dans le sol favorisant le ré-arrangement des particules de terrain avec éventuellement expulsion d'eau intersticielle, et produisant un resserrement de ces particules, d'où compactage. Les procédés de compactage par surcharge statique,et par chutes de poids ont une efficacité limitée car ils sont mis en oeuvre en surface et non en profondeur, là où le ré-arrangement des particules dë terrain est à effectuer. L'utilisation d'un élement enfoncé dans le sol et vibrant verticalement ou horizontalement permet d'éviter et l'inconvénient précité/de produire des vibrations entretenues. Toutefois, On netpeut engendrer ainsi des vibrations de forme d'impulsions avec front de monte très raide, ce qui limite l'efficacité du procédé. Des vibrations à front de montée très raide sont, par contre, produites par l'utilisation d'explosifs. Une forte accélération initiale est ainsi transmise aux particules de terrain, ce qui favorise grandement leur ré-arrangement. Cette technique présente malgré tout des inconvénients. Outre le danger et les contraintes inhérentes à l'utilisation d'explosifs, il faut noter que les vibrations produites ont un amortissement très rapide et donc un effet très bref. De plus, on ne peut pas reproduire des vibrations à une fréquence élevée, chaque explosion demandant un temps de préparation assez long. Aussi, l'invention a pour but de fournir un procédé de compactage qui tout'en ne nécessitant qu'un matériel facile et rapide à mettre en oeuvre, réunit les avantages suivants - travail en profondeur pour produire les vibrations dans le sol au niveau le plus adéquat, - possibilité de production de vibrations à fréquence relativement élevée, et - production de vibrations avec front de montée très raide. Ce but est atteint par un procédé de compactage selon lequel, conformément à l'invention, on provoque des décharges électriques entre deux électrodes disposées dans le sol et plongées dans un liquide. La production d'une impulsion électrique de grande énergie permet d'obtenir une onde de choc présentant un front de montée très raide d'où un ébranlement efficace des particules de terrain, avec expulsion de l'eau intersticielle. Les décharges peuvent être produites de façon périodique à une fréquence comprise par exemple entre 1 et 30 Hz. Cette fréquence peut varier suivant la nature du sol. La production de décharges à intervalles de temps très rapprochés compense la rapidité de l'amortissement des ondes produites. Les électrodes sont disposées dans un forage pratiqué dans le sol à compacter et rempli d'un liquide par exemple d'eau, au moins jusqu'au niveau des électrodes. Le liquide est, de préférence, mais non nécessaLment, diélectrique. La mise en place des électrodes dans le sol peut être réalisée par lançage, c'est-à-dire en réalisant le forage par injection d'eau sous pression avec descente progressive des électrodes. A titre de variante, les électrodes sont pla cées dans une enveloppe souple et résistante remplie de liquide diélectrique et descendue dans un forage formé dans le sol. Les vibrations sont alors transmises au sol environnant le forage par le contact de l'enveloppe souple avec la paroi du forage. I1 est possible, en même temps que l'on produit les décharges successives, de modifier la profondeur des électrodes dans le sol. Par ailleurs, la quantité d'energie fournie lors d'une décharge peut être déterminée avec exactitude, par exemple en contrôlant la quantité d1électricité stockée en vue de cette décharge. I1 est même possible de faire varier la quantité d'énergie fournie lors de décharges successives. Bien entendu, plusieurs décharges électriques peuvent être produites simultanément, ou avec de légers décalages dans le temps, en utilisant plusieurs paires d'électrodes disposées en des endroits differents du sol. L'invention a aussi pour but de fournir un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé de ooeactage. Ce but est atteint par un appareil qui comporte, conformément à l'invention, un générateur électrique, une unité de stockage d'électricité reliée au générateur, au moins une paire d'électrodes situées a l'extrémité de conducteurs, un interrupteur branché entre l'unité de stockage et les électrodes et un circuit de commande de cet interrupteur. D'autres particularités et avantages ressortiront à la lecture de la description faite ci-apres, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux figures du dessin joint qui illustrent - figure 1 : une vue générale très schématique d'un appareil de compactage de sol conforme al'inven- tion, et, - figure 2- : un schéma synoptique de l'appareil représenté par la figure 1. Sur la figure 1, la référence 10 désigne un groupe électrogène qui fournit du courant électrique - & un circuit 11. Au moins une paire de conducteurs 12 est branchée à la sortie du circuit 11 pour relier celui-ci a une paire d'électrodes 13. La figure 2 illustre plus en détail le circuit 11. Le courant fourni par le groupe électrogène 10 est appliqué au primaire d'un transformateur 20 éIé- vateur de tension par l'intermédiaire dune self 21 de limitation de courant. te secondaire du transformateur 20 est relié à un redresseur 22 qui alimente au moins un condensateur ou une batterie de condensateurs 23 par l'intermédiaire d'un circuit 26 de protection contre les oscillations parasites. Le circuit 26 est formé par une inductance et une résistance branchée en série qui s'opposent au retour d'oscillations à haute fréquence consécutive à une décharge entre les électrodes. La sortie d'une batterie de condensateurs 23 est reliée à au moins une paire d-'électrodes 13, formant éclateur, par un circuit interrupteur 24 qui est associé à un circuit de commande particulier 25 et qui est raccordé aux électrodes 13 par les conducteurs 12. Dans l'exemple illustré, la batterie de condensateurs 23 est reliée à deux paires d'électrodes 13, 13' par deux circuits interrupteurs 24, 24' associés à des circuits de commande 25, 25'. A titre de variante, on pourra prévoir plusieurs condensateurs ou batteries de condensateurs montés en parallèle sur le circuit 26 et associés chacun à une paire d'électrodes particulière. Le ou chaque interrupteur utilisé, par exemple l'interrupteur 24 avec sa commande associée, est connu en lui même. I1 peut par exemple être du type connu sous la dénomination "LOVOTRON", c'est-à-dire être formé par un éclateur 24a-entre les électrodes duquel un arc est établi par excitation de bobines 24b branchees en sortie du circuit de commande 25. La mise en oeuvre de l'appareil décrit cidessus est réalisée comme suit. Du côté de leur extrémité libre, les conducteurs 12 sont mis en place dans une tige 16. Les extré- mités libres et dénudées des conducteurs 12 forment les électrodes 13 a l'extrémité inférieure de la tige 16. Cette dernière est suspendue à un câble 17 passant sur une roue à l'extrémité du bras 18a d'un engin de levage 18. La tige 16 est mise en place dans un sol meuble 15 à compacter, par exemple par lançage. De l'eau est injectée sous pression à travers un passage central axial 16a de la tige 16. La tige 16 est par exemple mé- tallique, sauf éventuellement à son extrémité inférieure où elle peut être en un matériau isolant. Sous l'effet de l'eau sous pression, le sol meuble à compacter se désagrège et la tige 16 s'enfonce dans le sol. Les électrodes 13 sont placées à une profondeur déterminée dans un trou 14 rempli d'eau au moins jusqu't leur niveau. Une fois les électrodes 13 mises en place, on provoque entre elles la décharge d'une batterie de condensateurs 23 par action sur le circuit 24. Une nouvelle décharge peut être commandée dès que les condensateurs 23 ont. été rechargés. De préférence, on produit des décharges périodiques à une fréquence comprise entre environ 1 et 30 Hz. Cette fréquence est susceptible de varier en fonction de la nature du sol. Plusieurs paires d'électrodes peuvent être mises en place à des endroits différents du sol pour provoquer des décharges simultanées ou légèrement décalées dans le temps. Chaque paire d'électrodes est alors reliée a un dispositif 24,25 de commande de décharge particulier. L'énergie délivrée par coup par un éclateur peut atteindre plusieurs milliers et même dizaines de milliers de joules. Elle peut être ajustée en contrôlant la quantité d'électricité emmagasinée dans la batterie de condensateurs, par exemple en mettant un ou plusieurs condensateurs de cette batterie en circuit ou hors circuit. Par ailleurs1 la hauteur des électrodes dans le trou 14 peut être modifiée entre deux coups successifs en dépla çant verticalement la tige 16 au moyen de l'engin 18. Enfin, il est possible de faire varier la fréquence des décharges produites par un éclateur suivant les conditions d'utilisation de l'appareil et d'ajuster cette fréquence à une valeur adaptée au sol à compacter. Après la fin de la série des décharges électriques prévue, les électrodes sont retirées du forage 14. Ce dernier peut alors être utilisé pour la pose d'un drain servant à l'évacuation de l'eau contenue dans le sol. A titre indicatif, un appareil comportant un générateur électrique de 250 kVA, une batterie de condensateurs de capitcité globale de 13F charge sous une tension redressée de valeur de crête de 20 kV, et un interrupteur du type connu sous la désignation 'ssLOVOTRON" a permis de délivrer 2 500 joules par coup avec une fré quence de répétition des coups pouvant atteindre 24 coups par seconde. Des énergies plus grandes peuvent être délivrées par coup si la fréquence de répétition des coups est plus faible et la capacité globale des condensateurs supérieure. Bien entendu, diverses modifications ou adjonctions pourront être apportées aux modes de réalisation, décrits ci-avant, d'un appareil conforme a l'invention et de sa mise en oeuvre, sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. Ainsi, bien que l'on ait envisagé ci-avant la mise en place des électrodes dans le sol par injection d'eau sous pression, cette mise en place peut être effectuée dans des forages préalablement pratiqués dans le sol sol et au moins partiellement rempli d'eau de manière que la décharge se produise dans l'eau. Par ailleurs, à titre de variante, les électrodes 13 pourront être enfermées dans une enveloppe remplie de liquide(eau par exemple) et descendue dans un forage préexistant. L'enveloppe est réalisée en un matériau souple et résistant qui, sous l'effet de chaque décharge s'applique contre la paroi du forage pour transmettre la vibration produite au sol environnant. REVENDICATIONS 1. Procédé de compactage d'un sol, caractérisé en ce que l'on provoque des décharges électriques entre deux électrodes disposées dans le sol et plongées dans un liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on produit des décharges périodiques à une fréquence comprise, de préférence, entre environ 1 et 30 Hz. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on met en place les électrodes dans un forage pratiqué dans le sol et au moins partiellement rempli d'eau. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on dispose les électrodes a l'extrémité d'une tige et on met en place cette tige dans le sol par injection d'eau sous pression dans un passage longitudinal formé dans la tige. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que l'on dispose plusieurs paires d'électrodes dans le sol et l'on provoque des décharges entre les électrodes de chaque paire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on fait varier la profondeur des électrodes dans le sol en cours de décharges. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fait varier la quantité d'énergie fournie par décharge. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de répétition des décharges successives. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'on place les électrodes dans une enveloppe en matériau souple et résistant remplie de liquide et l'on place cette enveloppe dans un forage forme dans le sol. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, après production des décharges électriques, on retire les électrodes du sol et on place un drain à I'endroitoù elles étaient placées. 11. Appareil de compactage d'un sol, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur électrique, une unité de stockage d'électricité reliée au générateur, au moins une paire d'électrodes situées à l'extrémité de conducteurs, un interrupteur branché entre l'unité de stockage et les électrodes et un circuit de commande de cet interrupteur.