Brevet FR2444873A1 — publié le 19800718

La présente invention concerne un dispositif de clapet éjectable pour tubes et ses applications à l'injection des sols avec des liquides durcissables. Un tel clapet permet d'arroser la progression d'un fluide dans un tube Jusqu'd une pression déterminée et, cette pression étant dépassée, le clapet se trouve éjecté et le fluide peut franchir son emplacement. Selon l'inventio le tube, de diamètre cylindrique sensiblement constant, comporte localement au moins un siège de clapet qui en rétrécit le diamètre, siège avec lequel coopère une bille en élastomère souple élastique capable, par déformation élastique, de franchir le dit siège sous une pression suffisante pour la chasser. Lorsque le tube n'est pas vertical descendant, la bille est de préférence d'un diamètre inférieur à celui du tube mais proche de celui-ci. Un tel dispositif de clapet peut à lui seul constituer un dispositif de sécurité contre les surpressions fluides. Dans ses applications à l'injection des sols, le tube comporte, immédiatement en amont du siège de clapet, au moins un canal de dérivation pour le fluide. Ce canal peut outre une ouverture constituée par une pluralité de trous répartis à la périphérie du tube. Ces trous, a'ils sont situés au meme niveau sur le tube, peuvent autre obturés par une manchette élastique étreignant le tube, manchette qui forme pour chaque trou un clapet anti-retour. Ces trous peuvent servir directement pour délivrer un fluide autour du tube ; ils peuvent aussi être utilisés pour le gonflage d'un manchon entourant le tube, ce qui, lorsque ce tube est engagé dnna un forage par exemple, permet l'obturation locale de celui-ci. Rappliqués à l'injection des sols, des clapets de ce genre permettent notamment de réaliser aisément une injection échelonnée du sol allant du haut en bas alors que les dispositifs connus ne permettent généralement, au prix de grandes complications, ghze démarche inverse. On sait en effet qu'il est possible de renforcer un sol meuble, d'alluvions par exemple, par des injections de liquide durcissable, spécialement de résine ou de coulis de ciment. A cette fin, de façon connue, un tube est foncé dans ce sol et on y envoie ce liquide pour pénétrer et diffuser à partir de l'extrémité du tube ou de perforations intermédiaires. Dans ce dernier cas, la pression maximale d'injection agit évidemment à proximité du niveau du sol. On peut aussi utiliser des obturateurs gonflables ou à coupelles à l'intérieur du tube, afin d'échelonner en hauteur les diverses injections. Un tel matériel est complexe, difficile et long à mettre en oeuvre. L'invention permet des injections échelonnées avec un minimum de main-d'oeuvre et sans les difficultés de mise en place des obturateurs de ce genre. A cette fin, selon l'invention, un tube, engagé dans un forage, comporte au moins un siège de clapet intermédiaire, coaxial au tube, pouvant recevoir une bille en élastomère et, en amont de ce siège, au moins une ouverture dans la paroi du tube. Le tube peut avantageusement comporter une succession de sièges de clapets convenablement échelonnés sur la longueur du tube avec pour chacun, en amont, une pluralité d'ouvertures. Celles-ci peuvent être réparties sur la longueur de tube comprise entre deux sièges de clapet ou bien être situées sensiblement dans la mEme section droite. Cette disposition convient particulièrement au cas de forages exécutés en terrain boulant car, dans ce cas, les ouvertures, des trous circulaires par exemple, peuvent Outre obturées, pour éviter la rentrée de particules du sol dans le tube, par une manchette élastique formant clapet anti-retour. Dans une forme avantageuse de réalisation, les sièges de clapets sont, de l'amont vers l'aval, de diamètre régulièrement décroissant. Dans ce cas, étant donné que la pression d'éjection de la bille crott au fur et à mesure que la bille progresse, l'injection du sol est obtenue depuis le niveau du sol jusqu'au fond du forage avec des pressions croissantes. Ainsi dans un sol meuble,vois boulant, contrairement à ce que l'on obtient avec les techniques usuelles, la roche voisine de la surface peut recevoir d'abord sous une pression modérée le liquide durcissable, ce qui ne risque pas de disloquer ladite roche ou de provoquer un soulèvement du sol alors que, au fur et à mesure que la bille progresse, des couches de sol de plus en plus profondes reçoivent ce liquide sous des pressions de plus en plus fortes mais sont protégées contre les dislocations par le renforcement des couches qui les surmontent. On peut ainsi procéder, sans risques, à des injections allant jusqu'à saturation de la roche alors qu'avec les méthodes usuelles d'injection on est amené à limiter à priori le volume de liquide injecté. lorsque, faute de renforcement des couches supérieures, une injection profonde peut par infiltration apparattre sans limite de volume. Enfin, après avoir procédé à une succession d'injections à un niveau de pression constant ou échelonné, il est possible, si le renforcement obtenu est insuffisant, de procéder à une rmUe succession d'injections à un ou plusieurs niveaux de pression plus élevés en introduisant à l'origine du tube une nouvelle bille en élastomère de dureté plus élevée que la précédente. Il est évidemment possible d'avoir une loi de répartition de diamètres de sièges de clapets différente, par exemple décroissante ou suivant une loi quelconque, par exemple pour adapter les pressions d'injection à la perméabilité variable des couches de roches rencontrées. Le dessin annexé permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 montre en coupe un tube muni d'un clapet éjectable selon l'invention. La figure 2 montre de façon analogue une variante de réalisation pour le gonflage d'un manchon d'obturation. La figure 3 schématise en coupe verticale un tube d'injection du sol, en place dans un forage. Sur la fig. lle tronçon supérieur de tube 1a, vissé dans l'ex- trémité supérieure du tronçon de tube lb, comporte le siège 2, sur lequel repose la bille 4, et les orifices 3 situés au-dessus de ce siège. Pour éviter les entrées de corps étrangers par ces orifices, ceux-ci sont couverts par une manchette élastique 5 maintenue en place par un collier 6 ou une ligature. Cette manchette forme un clapet anti-retour pour du liquide injecté de haut en bas dans le sens de la flèche 7, qui peut alors s'échapper suivant les flèches 8. Si la pression crott, la bille, prenant la forme 5a, franchit le siège 3 et la pression peut agir au-delà de ce siège. La réalisation selon la fig. 1 est mise en oeuvre dans l'appa- reil d'injection de sol selon la fig. 3. Sur la fig. 3 le tube cylindrique 1 est supposé foncé dans un sol meuble 9, des alluvions par exemple, par un moyen quelconque (battage, vissage, pression continue, etc.).Achacun des niveaux de plus en plus bas successiis N 2 N3 ... ce tube comporte un étage de trous 3 situés dans la même section droite du tube et un siège de clapet 21 22, 23 ; les diamètres de ces sièges peuvent outre égaux ou décrotte de façon échelonnée à partir du niveau du sol vers l'extrémité profonde du tube. Le clapet est une boule ou bille 4 en élastomère vulcanisé. Ainsi un liquide sous pression étant envoyé dans le tube, ce liquide pénètre d'abord dans le sol par les trous 3 du niveau Ni ce liquide peut sans inconvénient contenir des corps solides pourvu que ceux-ci passent librement dans les trous 3. lorsque la pression est augmentée, la bille force le passage du siège 21 et tombe sur le siège 22 supposé être de diamètre plus réduit. Ainsi, en continuant l'envoi de liquide sous pression progressivement accrue, ce liquide pénètre dans le sol par les trous 3 du niveau N2. En accroissant encore la pression, la bille est chassée vers le niveau N3 puis, par un nouvel accroissement, vers le fond 10 du tube, le liquide, alors sous forte pression, pénétrant dans le sol par les trous 3a les plus profonds. Par un choix judicieux des diamètres des sièges N1, N2, N3 et de la durée de prise du liquide durcissable avec des temps d'arrêt intermédiaires, on peut ainsi faire pénétrer ce liquide, d'abord à proximité du sol, sans provoquer de désordres dans la surface de celui-ci puis, progressivement, de plus en plus profondément dans le sol avec des pressions de plus en plus grandes, chacun des accroissements de pression successifs étant sans influence sur la portion da sol déjà Injectée sous une pression plus réduite. On réalise ainsi, par exemple, un renforcement du sol par une injection profonde de liquide durcissable sous forte pression sans qu'il soit nécessaire par sécurité de procéder à cette injection à une grande profondeur. La bille 4 ayant atteint le niveau du fond 10 en N1, une nouvelle billejen élastomère plus dur, peut bure introduite en haut du forage, ce qui permet, après une première injection de liquide durcissable ayant déjà fait prise, une nouvelle injection sous des pressions plus fortes, jusqu'à l'arrivée au fond 10 du tube. Dans la réalisation montrée par la fig. 2, la manchette 5 est recouverte par un manchon élastique 14 maintenu, aux deux extrémités, par des ligatures ou des colliers 11. De la sorte, lorsque le tube est logé dans un forage 12, sous la pression d'un fluide envoyé suivant la flèche 7, le manchon gonfle et prend la position 101 obturant le forage 12. Cette obturation est, grâce à la manchette 5 pratiquement irréversible, de sorte que, si la pression est accrue et que la bille franchit le siège 2, le liquide peut assurer une injection au-dessous de celui-ci sans remonter entre le tube 1 et le forage 12. On peut ainsi, par exemple en combinant les réalisations suivant les figures 1 et 3 avec celle que montre la fig. 2, assurer des injections du sol dans des couches bien déterminées de celui-ci. On remarquera que toutes ces opérations ne nécessitent aucune manipulation particulière d'obturateurs, ce qui permet, dans le cas d'une pluralité de forages, de les faire réaliser sans risques avec une main-d' oeuvre réduite, par le seul jeu d'un programme de mise en pression des différents tubes mis en place dans les forages. On notera aussi que très mauvais terrain, avec des manchons en élastomère élastique très souples, il est possible de faire apparature sur un tube 1, par déplacement de ce terrain, une succession de bulbes d'ancrage du tube lui permettant de résister, soit à des efforts de traction (effet de tirant), soit à des efforts de compression (effet de pieu). L'invention s'applique principalement : aux injections de fluide -durcissable, tel qu'une résine ou un coulis de ciment, pouvant contenir des agrégats de diaastre non négligeable, dans des sols meubles, ou des roches fissurés, soit pour les renforceB soit pour les rendre étanches, cu bien à l'incorporation de tubes dans ces sols pour constituer des tirants ou des pieux. REVENDICAXIONS 1 - Dispositif de clapet éjectable pour tubes cylindriques, caractérisé en ce que le tube comporte intérieurement au moins un siège de clapet qui en rétrécit le diamètre, siège avec lequel coopère une bille en élastomère souple et élastique capable, par déformation élastique, de franchir le dit siège sous une pression fluide suffisante pour la chasser. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bille est d'un diamètre juste inférieur à celui du tube. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, immédiatement en amont du siège de clapet, le tube comporte au moins un canal de dérivation pour le fluide. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la dérivation est constituée par au moins une ouverture pratiquée dans la paroi du tube. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une pluralité d'ouvertures situées approximativement dans la mEme section droite du tube sont couvertes par une manchette élastique formant clapet anti-retour pour ces ouvertures. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'ensemble des ouvertures couvertes par une manchette élastique est enfermé dans un manchon entourant le tube et étreint à ses deux extrémités par des colliers. 7 - Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 ~ aux injections de liquide durcissable dans un sol meuble ou une roche fissurée, caractérisée par le fait que le tube d'injection comporte une succession de sièges échelonnés aur lesquels la bille en élastomère vient successivement s'appliquer. 8 - Application selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'au moins deux des clapets successifs sont de diamètres différents. 9 - Application selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les clapets successifs sont de diamètre' décroissants de l'amont vers l'aval de la circulation fluide dans le tube.