Brevet FR2494323A1 — publié le 19820521

La présente invention est relative à un nouveau procédé pour réaliser des drains, en particulier verticaux, aux drains obtenus par ce procédé et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. On sait que la remontée du niveau des mers d'une trentaine de mètres depuis la dernière glaciation quaternaire (il y a environ 20.000 ans) a provoqué, notamment dans les estuaires et les basses vallées des fleuves le dépôt de vases et de limons sur une épaisseur équivalente. Ces vases et ces limons lorsqu'ils n'ont fait l'objet d'aucune surchage, ont des caractéristiques géotechniques très faibles (cohésion habituellement comprise entre 0,05 et 0,5 bars), ce qui les rend impropres à la construction de quelque ouvrage que ce soit. Or, en raison de l'évolution économique et technologique, les sites où ces sols se rencontrent sont de plus en plus recherchés pour y construire des ouvrages importants (ports, industries lourdes, centrales thermonucléaires, etc...). La consolidation de tels sols, pour les rendre aptes à recevoir des constructions importantes, est un problème qui est apparu il y a quelques décennies et dont l'importance ne cesse de se développer. La faible cohésion de ces sols résulte d'une disposition elle-même très lache des particules fines qui les composent et d'une teneur en eau très importante (par exemple 60 à 70 % d'eau par rapport au volume de sol). Il est déjà connu de consolider de tels sols en leur appliquant une surchage provisoire par remblai ou par tout autre moyen ce qui provoque un tassement et une expulsion d'eau importante. Or, c'est pour l'évacuation de cette eau qu'apparaît un problème majeur du fait que la très faible perméabilité de ces sols (qui sont le plus souvent relativement homogènes) s'oppose à un déroulement rapide du processus d'évacuation de l'eau. I1 en résulte que le délai nécessaire à l'obtention d'un taux élevé de consolidation varie fréquemment de quelques années à quelques décennies alors qu'il y a le plus grand intérêt économique à réduire ce délai le plus possible. On ne peut bien entendu modifier à cet effet la perméabilité du sol à consolider, mais on peut, par contre, modifier son homogénéité en établissant un réseau de drains verticaux qui réduisent la distance de parcours de l'eau dans le sol en la conduisant directement vers les terrains perméables qui sont au dessous du terrain à consolider ou encore en permettant la remontée de l'eau vers la surface du terrain. I1 est déjà connu de réaliser le drainage vertical des sols cohérents (argileux, vaseux et limoneux) à faibles caractéristiques mécaniques en vue de l'accélération de leur consolidation sous surchage temporaire en utilisant des drains de sable qui sont obtenus par creusement, à travers la couche de sol à consolider, de trous verticaux d'un diamètre le plus souvent compris entre 200 et 300 mm, trous que l'on remplit d'un matériau très perméable tel que du sable. Cette technique connue donne de bons résultats mais présente des inconvénients. Tout d'abord, elle conduit à la pollution de la plate-forme de travail par le sol qui est extrait des trous et par les eaux de perforation. Elle nécessite ensuite de grandes quantités de sable de bonnes caractéristiques souvent difficile à trouver, ainsi qu'un nombreux personnel notamment pour la mise en place du sable dans les drains. Enfin et surtout, en cas de mouvements horizontaux du sol sous l'effet de la surcharge appliquée, il se produit des ruptures fort génantes dans la continuité des drains. C'est pour cela que l'on a mis au point la technique dite des drains préfabriqués par application du procédé W. Kjellman, (brevet suedois nO 101311 du 25 Janvier 1939). Ces drains préfabriqués ont ensuite fait l'objet de nombreux perfectionnements notamment pas la société demanderesse (brevet français nO 77.08934). Selon cette technique de drains préfabriqués, un mandrin creux, à section circulaire ou autre, est foncé verticalement dans le sol à drainer au moyen d'une machine appropriée. Le mandrin entraîne dans sa cavité le drain préfabriqué et lorsqu'on relève le mandrin, l'extrémité inférieure du drain préfabriqué est maintenue au fond de la cavité par une pièce de retenue. Le drain ainsi obtenu est constitué par la cavité libérée par l'extraction du mandrin à l'intérieur de laquelle se trouve le drain préfabriqué qui assure l'écoulement vertical de l'eau malgré les éboulements de la paroi de la cavité et les mouvements du terrain. Cette technique échappe aux inconvénients des drains de sable mais présente celui qui résulte du faible périmètre de la section du mandrin et de celle du drain préfabriqué, ce qui implique la nécessité d'utiliser un beaucoup plus grand nombre de drains que si ceux-ci étaient en sable. Le procédé selon la présente invention vise à réaliser des drains préfabriqués dont le périmètre efficace est au moins aussi important que celui des drains de sable conventionnels, de manière à pouvoir effectuer la consolidation de terrains constitués par exemple par des vases et des limons, à l'aide de drains préfabriqués dont le nombre n'est pas plus important que celui des drains de sable, selon la technique couramment utilisée. La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser des drains, en particulier verticaux, en vue de la consolidation de terrains constitués par exemple par le dépôt de vases et de limons, selon lequel on fore dans le sol un orifice contenant un drain préfabriqué, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'orifice contenant le drain préfabriqué se prolonge radialement par au moins une fente ayant une étendue radiale relativement importante par rapport à son épaisseur, de manière à accroître ainsi d'une manière notable la longueur du périmètre efficace du drain. Conformément à l'invention, la ou les fentes radiales de la cavité peuvent être obtenues de manière simple à l'aide de couteaux solidaires du mandrin qui assure le forage de la cavité et la mise en place du drain préfabriqué. Ces couteaux agissent soit lors de la descente et de la remontée du mandrin, soit de préférence uniquement lors de la remontée de ce dernier. Les essais effectués par la société demanderesse ont montré que le procédé selon l'invention permet d'accroître d'une manière déterminante la capacité de drainage des drains préfabriqués, car il semble que, d'une manière tout à fait surprenante, les fentes radiales qui sont réalisées autour de la cavité dans le terrain subsistent pendant une période de temps suffisante pour accélérer d'une manière très importante l'évacuation de l'eau contenue dans le terrain. La présente invention a également pour objet un drain réalise en vue de la consolidation de terrains constitués par exemple par un dépôt de vases et de limons, ce drain étant constitué par un orifice pratiqué verticalement dans le sol et contenant un drain préfabriqué, caractérisé par le fait que l'orifice est prolongé radialement par au moins une fente dont l'étendue radiale est importante par rapport à son épaisseur. La présente invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus et pour permettre la fabrication des drains selon l'invention, constitué par un mandrin susceptible d'être enfoncé dans le sol et qui est éventuellement muni de moyens pour assurer la mise en place d'un drain préfabriqué dans la cavité qu'il permet de réaliser, ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit mandrin est muni d'au moins un couteau disposé radialement par rapport à son axe d'enfoncement. Conformémènt à l'invention, le mandrin comporte de préférence au moins deux couteaux régulièrement répartis autour de sa périphérie. Les drains fabriqués conformément à l'invention comportent de préférence au moins deux fentes radiales qui sont regulièrement réparties sur la périphérie de la cavité. Les couteaux disposés sur le mandrin peuvent être des couteaux disposés à poste fixe qui réalisent les fentes dans le terrain lors de l'enfoncement du mandrin. Cependant, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les couteaux sont des couteaux rabattables, articulés à leur extrémité sur le mandrin de telle sorte qu'ils soient dans une position axiale rabattue lors de la descente du mandrin et qu'ils se déploient pour réaliser les fentes radiales lors de la remontée de celui-ci. Une telle utilisation de couteaux rabattables présente l'avantage de ne pas accroître les efforts nécessaires pour l'enfoncement du mandrin dans le terrain en ne réalisant les fentes radiales que lors de la remontée du mandrin qui s'opère aussi de manière relativement aisée par un seul effort de traction verticale. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, un mode de mise en oeuvre qui est représenté sur le dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue en coupe horizontale à travers un terrain comportant un drain selon l'invention, - la figure 2 est une coupe selon II,II de la figure 3 d'un mandrin pour le forage de drains conformes à l'invention. - la figure 3 est une coupe selon III,III de la figure 2, - et la figure 4 est une vue en perspective d'une variante du dispositif selon l'invention pour réaliser les drains. On voit sur la figure 1, qui représente une vue en coupe horizontale d'un terrain comportant un drain selon l'invention, l'orifice central 1 en forme de losange qui a été laissé par le mandrin. Dans le cas présent, cet orifice a une forme de losange mais il est clair qu'il pourrait avoir une forme différente. On a représenté schématiquement en 2 le drain préfabriqué qui est constitué par une bande de matériaux poreux, susceptible de conduire l'eau vers le bas ou vers le haut même dans l'hypothèse où l'orifice 1 serait obstrué par un éboulement sur une partie de sa hauteur. On a représenté en 3 et 4 deux fentes disposées radialement conformément à l'invention. Ces fentes débouchent en 5 et 6 dans l'orifice central 1. On conçoit que de cette manière on augmente d'une manière très substentielle la périphérie de la section de l'orifice de drainage, qui, comme on le sait, est en rapport direct avec la quantité d'eau qu'un drain peut écouler. D'une manière surprenante, il a été remarqué que les fentes 3 et 4 se maintiennent relativement bien dans le terrain tout au moins pendant le temps qui est nécessaire à sa consolidation. D'ailleurs, même dans l'hypothèse où, à un certain niveau, un déplacement de terrain provoquerait l'obturation complète des fentes 3 et 4 et de l'orifice 1, les parties de fente radiales 3 et 4 qui se situeraient en-dessus et endessous continueraient à effectuer leur travail de drainage, l'eau recueillie en amont de l'éboulement passant en aval par l'intermédiaire du drain préfabriqué 2 qui permet un écoulement suffisant. Dans le mode de réalisation représenté, on utilise deux fentes radiales diamétralement opposées, ce qui est préféré conformément à l'invention, de manière à assurer une symétrie dans les efforts exercés sur le mandrin lors du forage de la cavité dans le sol. I1 est clair que sans sortir du cadre de llinvention, on pourrait réaliser un nombre différent de fentes radiales. Cependant, il ne semble pas utile d'augmenter beaucoup le nombre de ces fentes car on aboutirait rapidement par une telle augmentation, à ce que les fentes se fassent purement et simplement concurrence pour l'évacuation de l'eau-contenue dans le terrain. Le chiffre de deux ou de trois fentes semble constitué un optimum à cet effet. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe respectivement horizontale et verticale à travers un mandrin selon l'invention qui permet de réaliser les drains qui viennent d'être décrits. Le corps 7 du mandrin a une section en forme de losange qui correspond à la forme de la cavité 1. I1 comprend à son intérieur, une cavité longitudinale 8 destinée à recevoir le drain préfabriqué 9 qui, de manière conventionnelle, est descendu au fond de la cavité en étant placé à l'intérieur du mandrin. On voit sur la figure 3 la partie inférieure du drain préfabriqué 9 qui a été représenté de manière schématique. I1 est clair qu'après l'enfoncement du mandrin, le drain préfabriqué 9 qui dépasse à l'extrémité inférieure du mandrin est retenu au fond de l'orifice lors de la remontée du mandrin, par un moyen conventionnellement utilisé. Conformément à l'invention, le mandrin est muni de deux couteaux 10 et 11 disposés de manière diamètralement opposée qui sont articulés dans des cavités 12 et 13 autour d'axes 14 et 15. On conçoit dans ces conditions que les couteaux 10 et 11 peuvent prendre soit une position radiale comme représentée sur la partie droite de la figure 3 pour le couteau 10 soit une position axiale comme représentée sur la partie gauche de la figure 3 pour le couteau 11. De cette manière le mandrin 7 peut être enfoncé dans le sol alors que les deux couteaux 10 et 11 sont repliés axialement vers le haut (comme le couteau 11 de la figure 3) alors que lorsque en fin d'opération l'on remonte le mandrin, il se produit une extension radiale des couteaux par le fait que leurs arêtes d'extrémité 10a et lla prennent appui sur le terrain, ce qui provoque leur déploiement par frottement. Les couteaux présentent de préférence, sur leur face supérieure (en position de déploiement) une arête 16 qui facilite leur pénétration dans le terrain. I1 est clair dans ces conditions que lors de la descente du mandrin, les couteaux n'opposent, pour ainsi dire, aucune résistance aux forces qui sont nécessaires au forage de l'orifice, alors que lorsque l'on remonte le mandrin, les couteaux découpent dans le sol les fentes 3 et 4 qui constituent la caractéristique principale de l'invention. On a schématiquement représenté sur la figure 4 une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du dispositif pour réaliser les drains selon l'invention. Ce dispositif comporte lui aussi un mandrin 7 de section losange- qui est muni d'un orifice interne pour le passage du drain préfabriqué 9 disposé selon la grande diagonale du losange. Conformement à l'invention, le corps du mandrin 7 possède, soudés à poste fixe, deux couteaux 10 et 11 disposés dans le prolongement l'un de l'autre, et dans le cas présent selon la grande diagonale du losange. Dans ce mode de réalisation, les couteaux 10 et 11 présentent de préférence, à leur partie inférieure, une arête 16 qui facilite la pénétration des couteaux dans le terrain. Avec le dispositif qui vient d'être décrit et qui est représenté sur la figure 4, les fentes radiales conformes à l'invention sont réalisées lors de la descente du mandrin dans le sol, les couteaux repassant dans ces fentes lorsque l'on extrait le mandrin. I1 peut arriver que l'on mette en oeuvre l'invention dans des terrains de cohésion suffisante et pour lesqlelsil ne risque pas de se produire de déplacements latéraux qui risqueraient d'obstruer l'orifice principal. Dans ce cas, il est clair que sans sortir du cadre de l'invention l'on pourrait se dispenser de place le drain préfabriqué à l'intérieur de l'orifice. I1 est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ci-dessus ne présentent aucun carac stère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, il est clair que la forme de la section du mandrin qui réalise le drain n'est pas limitative et que toute forme autre qu'un losange peut être utilisée. De même, il va de soi que l'invention n'est pas limite à un nombre particulier des couteaux qui s'étendent radialement à partir du corps du mandrin. Bien que des couteaux de forme rectiligne soient particulièrement bien adaptés à la mise en oeuvre de l'invention, on comprend que l'on peut également réaliser les drains selon l'invention avec des couteaux présentant en vue selon l'axe du drain par exemple une forme curviligne. Enfin, on peut également utiliser des couteaux pour lesquels l'arête de pénétration dans le terrain n'est ni rectiligne, ni horizontale. REVEND ICAT IONS 1. Procédé pour réaliser des drains, en particulier verticaux, en vue de la consolidation de terrains constitués par exemple par le dépôt de vases et de limons, selon lequel on fore dans le sol un orifice contenant un drain préfabriqué, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'orifice contenant le drain préfabriqué se prolonge radialement par au moins une fente ayant une étendue radiale relativement importante par rapport à son épaisseur, en accroissant ainsi de manière notable la longueur du périmètre efficace du drain. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cavité comporte au moins deux fentes radiales régulièrement réparties sur sa périphérie. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le drain comporte deux fentes radiales. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les fentes radiales sont réalisées par des couteaux solidaires du mandrin qui assure le forage de l'orifice contenant le drain préfabriqué. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour réaliser des drains dans des terrains dans lesquels il ne risque pas de se produire de déplacements latéraux qui risqueraient d'obstruer l'orifice caractérisé par le fait que l'on ne place pas de drain préfabriqué dans ledit orifice. 6. Drain réalisé en vue de la consolidation de terrains constitués par exemple par un dépôt de vases ét de limons, comportant un orifice pratiqué verticalement dans le sol qui contient un drain préfabriqué, caractérisé par le fait que l'orifice est prolongé radialement par au moins une fente dont l'étendue radiale est importante par rapport à son épaisseur. 7. Drain selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs fentes radiales régulièrement disposées sur la périphérie de l'orifice. 8. Drain selon la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il comporte deux fentes radiales. 9. Drain selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 réalisé dans un terrain dans lequel il ne risque pas de se produire de déplacements latéraux qui risqueraient d'obstruer l'orifice caractérisé par le fait que ce dernier ne contient pas de drain préfabriqué. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et pour la fabrication de drains selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, constitué par un mandrin susceptible d'être enfoncé dans le sol et qui est éventuellement muni de moyens pour assurer la mise en place d'un drain préfabriqué dans la cavité qu'il permet de réaliser, dispositif caractérisé par le fait que le mandrin est muni d'au moins un couteau disposé radialement par rapport à son axe d'enfoncement. 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait que le mandrin comporte deux couteaux diamètralement opposés. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11 caractérisé par le fait que chaque couteau est articule de manière à prendre une position axiale lors de la descente du mandrin et une position radiale lors de sa remontée