Brevet FR2457931A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne un procédé pour le traitement des sols, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait qu'il est quelquefois nécessaire d'effectuer le traitement des sols pour augmenter la portance. Généralement le traitement des sols, en vue de renforcer leur portance est effectué à l'aide d'engins appropriés, en plusieurs phases pouvant se décomposer comme suit. Dans une première phase on répand sur la surface du sol une quantité dosée d'un produit stabilisant à l'aide d'un épandeur ; dans une seconde phase on malaxe ce produit avec le sol sur une épaisseur déterminée afin d'obtenir un mélange homogène, par exemple au moyen d'un engin comportant des palettes de malaxage tournant autour d'un axe horizontal, les palettes en cause pouvant pénétrer dans le sol selon une profondeur déterminée. Une telle technique nécessite l'utilisation de machines lourdes et encombrantes, et cette façon de faire convient pour les chantiers de terrassement importants en terrains neufs, c'est-àdire sur lesquels ne sont pas implantés d'ancrages, superstructures ou autres, du fait que les engins effectuant le traitement peuvent se mouvoir sans être gênes dans leurs manoeuvres. Par contre, s'agissant de sols sur lesquels sont implantés des ouvrages, tels que infrastructures, voies ferrées, voies routières, etc... le procédé et les machines en cause ne peuvent être mis en oeuvre sans entraîner des frais importants inhérents à des opérations préalables de préparation, par exemple mise à nu des sols, nettoyage des surfaces considérées etc... De plus, s'agissant par exemple de voies routières, ou de voies ferrées, la circulation des véhicules est perturbée tant que dure les travaux. La présente invention a pour but de supprimer les inconvé- nients rappelés ci-dessus et a pour objet, un procédé de traitement des sols et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, lesquels, pris conjointement, permettent d'obtenir des résultats surprenants. Le procédé selon l'invention, pour stabiliser des sols à 1' aide d'un produit stabilisant capable de réaction avec les constituants du sol, pour former une composition durcissante, se caractérise en ce qu'on pratique un puits, avec une surface latérale cylindrique par refoulement du sol au-deld des limites du puits, et on emplit progressivement le volume du puits ainsi formé dudit produit, pendant que simultanément on maintient ladite surface latérale du puits qui est située au-dessus du niveau du produit stabilisant. Suivant une caractéristique importante de l'invention l'injection du mélange dans le puits est effectuée par centrifugation du produit sur la face latérale du puits de façon telle que les effets du produit assurent une stabilisation pratiquement immédiate de la paroi du puits. L'invention a aussi pour objet un outillage pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus destiné à être associé à un engin de perforation, cet outillage étant caractérisé en ce qu'il comprend un élément tubulaire avec mandrin guidant une tige axiale adaptée à porter à une extrémité un outil, ledit élément tubulaire pouvant occuper une position. avancée, dite de perforation, pour laquelle il coopère avec ledit outil, en vue de la confection d'un puits, ou une position de retrait pour laquelle il ménage, en combinaison avec ledit outil, une chambre annulaire constituant un orifice de sortie d'un canal d'amenée d'un produit stabilisant, ce canal étant ménagé entre ladite tige axiale, et ledit élément tubulaire. Un. tel outillage présente l'avantage d'entre de peu d'encombrement, en sorte que le traitement des sols peut être effectué sans qu'il soit nécessaire d'effectuer préalablement des démontages, ou autres déplacements de matériels divers, infrastructures ou autres. L'outillage est adapté à effectuer un puits par compression de sols, mais il est aussi apte à passer à travers un revêtement plus résistant, par exemple le ballast de fondations, d'une voie ferrée, ou encore la chaussée d'une route, en créant unpuits cylindrique dans le sol qui est ensuite empli d'un produit stabilisant au fur et à mesure de la remontée de l'outil formant lepuits. I1 s'ensuit, qu'en pratique, les opérations de stabilisation. des sols peuvent être effectuées sans entraîner de perturbations gênantes. Une pluralité d'outils tels que ci-dessus peuvent entre adaptés sur un châssis, lui-même aménagé sur un véhicule porteur, en sorte que plusieurs puits peuvent être pratiqués simultanément et emplis d'un produit stabilisant. Cette technique trouve une application particulièrement intéressante, mais non limitative, pour stabiliser des sols sur les quels sont implantées des voies ferrées. En effet les travaux pour augmenter la portance du sol peuvent être effectués à travers le ballast donc sans qu'il soit nécessaire de démonter la voie, et partant d'interrompre le trafic pendant un certain temps avant et après les opérations de traitement du sol. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, -en référence aux planches de dessins annexés dans lesquelles la figure 1 illustre en élévation un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, ce dispositif étant représenté en traits forts les figures 2A et 2B illustrent, en coupe longitudinale, et à plus grande échelle, les parties entourées à la figure 1, indiquées respectivement par IIA et IIB la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne 111-Il I de la figure 2A la figure 4 est une vue en perspective d'une clavette verrii1- lant la tige porte-outil au mandrin ; la figure 5 est une vue en coupe transversale selon la ligne V-V de la figure 2A ;; les figures 6 à 9 montrent les différentes phases de fonctioe- nement du dispositif selon l'invention. Dans la forme de réalisation choisie et représentée aux figures, le dispositif suivant l'invention indiqué globalement en 9 à la figure 1 est destiné à être associé à un marteau perforateur 10 connu en soi, monté coulissant sur un b ti vertical 11, fixé par exemple sur un engin porteur non représenté ici, ce marteau 10 étant déplaçable sur ledit bâti au moyen d'un treuil indiqué globalement en 12. Le dispositif suivant l'invention (voir figures 6 à 8) est essentiellement constitué par un élément tubulaire 15, un mandrin 16, une tige porte-outil 17 chacun de ces organes étant décrit plus en détail dans ce qui suit. Le mandrin 16 comprend trois pièces assemblées,à savoir (figure 2A) : une douille centrale l6, un embout 16B vissé en 16C à une extrémité de la douille 16A, tandis que l'autre extrémité de cette douille reçoit par filetage 16D une pièce d'accouplement 16E. L'embout 16B présente à son extrémité libre un taraudage 20 destiné à permettre l'accouplement du dispositif à l'arbre desortie 10A du marteau, et à une autre extrémité un chambrage 21 formant un logement à un ressort 22. Entre le taraudage 20 et le chambrage 21 est ménagé un passa. ge axial 26 constituant le guidage d'une partie terminale 17A de la tige porte-outil portant à son autre extrémité un outil 17B (figure 2B). La tige porte-outil 17 est coaxiale d'une part au mandrin 16 et, d'autre part, à l'élément tubulaire 15 dans lequel elle est guidée par des paliers 1 5A espacés les uns des autres. La tige précitée 17, ainsi d'ailleurs que l'élément tubulaire 15 sont avantageusement constitués d'une pluralité de tronçons assemblés bout à bout de façon à permettre de modifier leur longuet en fonction de la profondeur recherchée du puits qui devra être ménagé au sol. En partie supérieure, c'est-à-dire du côté opposé à la pointE 17B, l'élément tubulaire 15 reçoit par vissage 15B un raccord 30 aménagé intérieurement pour constituer un palier 30A avec joint d' étanchéité 30B à la tige 17 porte-outil ; ce raccord comporte à SE partie terminale libre un filetage 30C sur lequel vient se visser une extrémité aménagée à cet effet d'un manchon 35 présentant de part et d'autre une collerette intérieure 35A, un chambrage 35B et un alésage 35C. La pièce d'accouplement 16E comporte une queue avec une surface cannelée 16F destinée à coopérer avec une surface cannelée correspondante 30C ménagée à cet effet dans le raccord 30 ; elle comporte aussi un épaulement 16G adapté à porter un roulement,par exemple à rouleaux 16H. L'épaulement 16G et son roulement 16H associé, peuvent, ainsi qu'on le verra plus loin, se déplacer à 1' intérieur du chambrage 35B, tandis que les cannelures 16F, ménagées sur la surface extérieure de la queue de la pièce d'accouplement, sont adaptées à solidariser temporairement l'élément tubulaire 15 avec le mandrin formé par les trois éléments 16A, 16B, 16E. La tige 17 porte-pointe peut être, ainsi qu'il est montré en. particulier à la figure 2A, liée axialement, de manière temporaire, au mandrin 16 au moyen d'un système de clavette qui va maintenant être décrit. Un tel système de clavette comprend une clavette 40 bien visible à la figure 4 qui est adaptée à coulisser dans des gorges 41, 42 transversales ménagées dans la douille 16A en étant perpendiculaire à l'axe de celle-ci. La clavette précitée est rectangulaire, elle est en forme de coin, et comporte une lumière longitudinale 40A interrompue par deux découpes en arc de cercle diamétrales 40B ; à son extrémité la plus mince, la clavette comporte une languette 40C amovible afin de permettre son insertion autour de la tige 17 porte-outil. La clavette 40 est adaptée à coopérer avec un chapeau 45 solidarisé à la tige 17 porte-outil ; en effet, selon sa position transversale, cette clavette forme une butée axiale à ladite tige ainsi qu'il est visible en particulier aux figures 2A et 6 dans lesquelles on voit que le chapeau 45 est en appui sur une face supérieure de la clavette, tandis qu'un tronçon de la tige 17 passe dans la lumière 40A, tandis que dans une autre position de la cia- vette (suite à une commande manuelle) les découpes 40B viennent en regard du chapeau 45 et libèrent ainsi celui-ci. Ces mouvements apparaitront d'ailleurs au cours de la description du fonctionnement. Le mandrin 16, c'est-à-dire la douille 16A, l'embout 16B ainsi que la pièce d'accouplement 16E sont solidarisés- en rotation avec la tige porte-pointe 17 ; à cet effet, la douille 16A comporte intérieurement un alésage cannelé 16I coopérant avec une surface cab nelée correspondante 17D ménagée sur une certaine hauteur sur la surface extérieure de la tige porte-pointe 17. Un peu au dessous du raccord 30 l'élément tubulaire traverse un collecteur 50, qui est fixe en rotation, et dont les faces respectivement supérieure 50A et inférieure 50B comportent des moyens de roulement et d'étanchéité permettant la rotation de l'élément tubulaire 15 à l'intérieur dudit collecteur lui-meme connecté à une amenée de produit stabilisant non visible ici. Au voisinage de la face inférieure 50B du collecteur l'élément tubulaire 15, comporte un certain nombre de passages radiaux 15C, propres à mettre en communication l'intérieur du collecteur avec un compartiment annulaire 55 ménagé entre la tige porte-pointe 17 et la paroi intérieure de l'élément tubulaire 15. Ainsi qu'il a été dit plus avant, l'élément tubulaire 15 comporte intérieurement, de place en place, des paliers 15A assurant le guidage, à l'intérieur de celui-ci, de la tige 17 porte-pointe, afin de permettre la circulation du produit stabilisant en provenance du collecteur vers l'extrémité de l'élément tubulaire, les paliers en question comportent une pluralité de passages longitudinaux 15D. A son extrémité inférieure, l'élément tubulaire 15 comporte une pièce d'usure 15E rapportée par vissage, tandis que la pointe 17B est également rapportée, au moyen d'une queue 17K par vissage à une extrémité de la tige 17. Les deux organes ci-dessus, à savoir : la pièce d'usure 15E ainsi que l'outil 17B peuvent donc être remplacés aisément en cas de détérioration. La pièce d'usure 15E est adaptee à assurer un guidage terminal à l'outil 17B, elle comporte à cet effet un palier 15F avec passages longitudinaux 15G ; à son. extrémité libre cette pièce d'usure est taillée en double biseau, en sorte qu'un biseau intérieur 15H forme une surface d'appui circulaire à l'outil 17B, tandis que le biseau extérieur 15I se situe dans le prolongement d'une surface tronconique formée dans l'outil 17B, cette surface tronconique étant tronquée en 17G. Le fonctionnement du dispositif décrit dans ce qui précède peut s'analyser de la manière suivante en se référant en particulier aux figures 6 à 8 dans lesquelles, en vue de simplifier la représentation l'embout 16E, la douille 16A et la pièce d'accouplement 16E ont été illustrés de manière monobloc,l'ensemble constituant le mandrin 16 ; dans le même esprit,l'élément tubulaire 15, le raccord 39 et le manchon 35 ont été également représentés sous une forme monobloc du fait qu'en réalisation pratique ils sont solidarisés, tandis que la tige porte-outil etant globalement indi quée en 17. A la figure 6, les organes 15, 16, 17 sont en position defOr- mation d'un puits, et à cet effet - la tige 17 est solidarisée axialement avec le mandrin 16 au moyen de la clavette 40 ; elle est aussi solidarisée en rotation avec le mandrin par ses cannelures 17D engagées dans les cannelures 16I de la douille 16A. - l'élément tubulaire 15 est solidarisé en rotation avec le mandrin 16 du fait que les cannelures 16F de la pièce d'accouplement sont engagées dans les cannelures- 30C ménagées dans le raccord 30 ; - les efforts de poussée, provenant du marteau 10 sont transmis du mandrin 16 à l'élément tubulaire 15 par appui du fond 16K de la douille 16A sur la collerette 35A prévue à cet effet à l'intérieur du manchon 35 - l'outil 17B est au contact de l'extrémité inférieure de 1' élément tubulaire 15 lorsqu'elle prend appui sur le sol, et l'é tanchéité est réalisée entre l'outil 17B et l'élément tubulaire par contact de ce dernier avec la surface intérieure 15H ménagée à cet effet à l'extrémité de l'élément tubulaire. Le marteau 10 peut être mis en fonctionnement en sorte qu'un puits, de profondeur désirée, peut être obtenu par pénétration progressive de l'élément tubulaire 15 et de l'outil 17B dans le sol ; la pénétration étant réalisée par tassement du sol, donc sans aucune évacuation. On précisera par ailleurs que le marteau est du genre propre à permettre un enfoncement dans le sol avec rotation simultanée. Lorsque la profondeur désirée du puits P est atteinte, on effectue simultanément à la remontée du dispositif une injection de produit stabilisant ; pour ce faire - la clavette 40 est manoeuvrée - le marteau 10 est alors tracté vers le haut au moyen du treuil 12 ce qui a pour effet, dans un premier temps (figure 7),de provoquer un déplacement axial vers le haut du mandrin 16 jusqu'à ce que l'épaulement 16G ménagé dans la pièce d'accouplement 16E,et partant, le roulement 16H qu'il porte, vienne au contact de la collerette 35A ménagée dans le manchon 35 ;; à ce moment les cannelures 16F ménagées sur la queue de la pièce d'accouplement 16E sont désaccouplées des cannelures 30C ménagées dans le raccord 30E, la tige 17 étant elle, toujours accouplée en rotation à l'élément A. - en poursuivant la traction sur le mandrin 16 (figure 8) ce dernier qui est donc couplé axialement à l'élément tubulaire 15 par mise en butée de l'épaulement 16E sur la face inférieure de la collerette 35A va provoquer un déplacement vers le haut de l'élément tubulaire 15 ; or la tige 17 n'étant plus couplée axialement à ces éléments reste immobile d'autant qu'elle est sollicitée vers le bas par le ressort 22 en appui sur le chapeau 45. Un tel déplacement du mandrin 16, et de l'élément tubulaire 15 par rapport à la tige 17 conduit à ménager entre l'outil 17B et l'extrémité libre inférieure de l'élément tubulaire un espace annulaire EA par lequel va être injecté un produit stabilisateur. A ce stade, l'amenée du produit est ouverte, et, simultanément, la tige 17 est mise en rotation au moyen du marteau prévu à cet effet, et une opération de remontée de ensemble est effec tuée au moyen du treuil 12. A la figure 9, on voit que le puits P est progressivement en pli d'un produit stabilisant au fur et à mesure de la remontée dE l'ensemble, la surface latérale du puits étant ainsi maintenue at moyen de l'élément tubulaire au-dessus du niveau du produit de stabilisation ; on notera que la mise en rotation de la tige 17 pendant la remontée a pour but de projeter violemment sur la parc latérale du puits P une certaine quantité de produit stabilisant qui permet audit produit d'agir très vite avec les particules deE sols et de créer une croûte empêchant tout éboulement du puits lors de la remontée du dispositif. I1 sera noté que la vitesse de remontée de l'outil sera cal culée en fonction du débit du produit stabilisant en sorte que 1' on obtienne dans le puits une masse de produit compacte. I1 sera noté de plus que le profil de la queue 17K de l'outi 17B est déterminé en sorte que la force exercée sur les particule du produit stabilisant (résultant de la pesanteur et de la force centrifuge horizontale) reste tangente au profil de façon à plaqua les particules du produit contre les parois du trou. A titre d'exemple, la vitesse de rotation de la tige 17 port outil peut être comprise entre 120 et 140 tours minute. Lorsque l'élément tubulaire 15 est extrait du puits P, onprc cède avantageusement au nettoyage du dispositif en faisant circuler dans l'enceinte 55 un flux d'air sous pression ; à cet effet le collecteur 50 peut par une tubulure T être raccordé à un compresseur non représenté, tandis qu'une vanne V coupe le circuit d amenée du produit stabilisant. En vue de réaliser une nouvelle opération en un autre emplacement, la tige 17 porte-outil, est ramenée en position initiale par un déplacement axial à l'encontre du ressort 22 qui est ainsi comprimé, après quoi la clavette 40 est également ramenée en posi tion initiale pour solidariser axialement ladite tige 17 avec le mandrin, cette opération provoquant aussi la remontée de l'élémen tubulaire 15 et sa solidarisation en rotation avec le mandrin par enclenchement des cannelures 16F de la pièce d'accouplement avec les cannelures 30C du raccord 30, les organes précités occupant alors une position visible à la figure 6. sien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution choisie et représentée, laquelle est au contraire suscepti. ble de modifications sans pour autant sortir du cadre de la pré sente invention. On comprendra qu'une série de dispositifs tels que décrits cidessus pourraient être supportés par un bti aménagé à cet effet afin de constituer un ensemble de travail propre à permettre la formation simultanée de plusieurs puits et leur emplissage, également simultané, avec un produit stabilisant, une telle série de dispositifs pouvant être asservis à un seul ou plusieurs marteaux. REVENDICATIONS 1. Procédé pour stabiliser des sols à l'aide d'un produit capable de réaction avec les constituants du sol pour améliorer ses caractéristiques mécaniques, caractérisé en ce qu'on pratique un puits avec une surface latérale cylindrique, par refoulement du sol au-delà des limites du puits, et on emplit progressivement le volume du puits ainsi formé dudit produit, tandis que simultanément on maintient ladite surface latérale du puits au dessus du niveau du produit stabilisant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on emplit progressivement le puits par centrifugation du produit stabilisant sur la paroi latérale dudit puits. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend, une tige porte-outil qui est coaxiale à un élément tubulaire en ménageant avec celui-ci un espace annulaire pour le passage de produit, ladite tige étant à sa partie terminale opposée à 1' outil, adaptée à coopérer avec un mandrin destiné à être connecté à un engin à percussion à arbre de sortie tournant connu en soi, l'élément tubulaire, le mandrin, et la tige comportant des moyens propres à faire occuper à la tige une position avancée pour laquelle l'outil forme, en combinaison avec l'extrémité dudit élément tubulaire, un espace annulaire d'injection du produit, ou une position de retrait pour laquelle elle est au contact de l'extrémité de l'élément tubulaire en vue de la formation d'un puits. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que un tronçon de tige est monté coulissant dans le mandrin par l'intermédiaire de cannelures prévues respectivement sur l'extérieur de la tige et à l'intérieur du mandrin, ces cannelures solidarisant par ailleurs en rotation la tige au mandrin. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le mandrin est aménagé pour porter un système de clavette transversale apte à bloquer la tige en position de retrait ou au contraire à libérer celle-ci. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la clavette, en forme de coin rectangulaire dans son plan général, est montée coulissante dans le mandrin sensiblement perpendiculairement à l'axe de la tige et du mandrin, elle comporte une lumière longitudinale interrompue par deux empreintes diamétrales en arc de cercle, tandis que la tige comporte un chapeau, en sorte que, selon la position donnée à ladite clavette par rapport au mandrin, ledit chapeau prend appui sur celle-ci ou au contraire est libéré lorsque les empreintes sont présentées au droit du chapeau. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes 4 à 6, caractérisé en ce que la tige, et en particulier le chapeau précité, est soumis à l'action d'un ressort logé dans le mandrin. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes 4 à 7, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est associé au mandrin à l'aide d'un manchon, ledit mandrin étant susceptible de coulissement dans le manchon entre deux positions ex trêmes, tandis que ces deux organes comportent des moyens de solidarisation en rotation pour une position axiale donnée à ceux-ci, la tige étant quant à elle solidarisée en rotation au mandrin de manière permanente. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation précités sont constitués par des cannelures ménagées sur une surface extérieure du mandrin qui sont adaptées à coopérer avec des cannelures complémentaires ménagées dans le manchon solidarisé à l'élément tubulaire, les positions extrêmes des deux organes ci-dessus étant limitées par coopération d'un épaulement ménagé sur le mandrin avec une collerette ménagée dans le manchon. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaulement prévu sur le mandrin est muni de moyens de roulement, tel qu'un roulement à rouleaux, qui est apte à coopérer avec la collerette ménagée dans le manchon pour une position donnée desdits organes. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire ainsi que la tige, sont constitués d'éléments aboutés. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que l'élément tubulaire comporte, de place en place, des paliers de guidage de la tige, ces dits paliers étant percés longitudinalement. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tubulaire porte un collecteur fixe en communication avec une amenée de produit stabilisant, le tronçon de tube s'étendant dans ledit collecteur comportant au moins un passage radial mettant en communication ledit collecteur avec la chambre annulaire ménagée entre l'élément tubulaire et la tige. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité de l'élément tubulaire coopérant avec l'outil comporte un double biseau extérieur et intérieur, la surface du biseau intérieur formant un plan. d'appui pour une surface correspondante ménagée dans une queue de l'outil 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face d'attaque de l'outil est en tronc de cône avec une obliquité parallèle à celle du biseau extérieur.