Brevet FR2513283A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne un procédé et un appareil destinés à améliorer un sol mou de nature ou de texture variable en un sol de résistance mécanique uniforme, par installation de drains verticaux de sable dans le sol. Lorsqu'on souhaite améliorer un sol mou par enfon- cement de drains verticaux de sable, la résistance mécanique du sol est habituellement estimée d'après les résultats des explorations effectuées dans le sol en plusieurs points dans la région à améliorer, et la résistance mécanique voulue pour le sol ainsi que le diamètre, le pas et d'autres paramètres nécessaires des drains verticaux sont déterminés d'après la résistance mécanique estimée ainsi que le poids, la confi- guration, etc de la structure qui doit être construite sur le sol après amélioration Habituellement, les travaux d'amé- lioration sont exécutés dans l'hypothèse o la résistance mécanique voulue peut être obtenue par installation de drains verticaux de sable satisfaisant à des paramètres prédéterminés. Cependant, si la résistance mécanique du sol à améliorer varie, la résistance mécanique du sol amélioré varie aussi en con- séquence étant donné que la résistance mécanique estimée du sol utilisé pour la conception des drains verticaux est une valeur moyenne En conséquence, le sol améliorée a obligatoi- rement une résistance mécanique variable Il s'agit d'un pro- blème qui doit être résolu dans le cas des procédés classiques. Une caractéristique fondamentale de l'invention permet la résolution de ce problème par formation de drains verticaux de sable dans le sol, le diamètre et/ou la résis- tance mécanique des drains verticaux étant modifiés d'après la nature e la résistance mécanique du sol à améliorer. On sait déja former un drain vertical de sable dans le sol à améliorer à l'aide d'une tuyauterie dont l'ex- trémité inférieure comporte un organe d'évacuation et de tas- sement de sable destiné à être déplacé verticalement d'une manière forcée La force de poussée F exercée sur l'organe d'évacuation et de tassement est exprimée par l'équation F = K A B C dans laquelle K désigne une constante, A le diamètre du drain vertical de sable, B sa résistance mécanique et C la résis- tance mécanique du sol. Selon une caractéristique de l'invention, la valeur de la force F est utilisée comme un paramètre pour la commande du travail de formation des drains verticaux de sable et, pen- dant l'opération de formation des drains verticaux de sable avec commande de l'organe d'évacuation et de tassement de sable à l'aide d'un vérin hydraulique, le diamètre et/ou la résistance mécanique du drain vertical de sable est modifié, la force de poussée appliquée par l'organe restant égale à la valeur prdéterminée. Le diamètre du drain vertical de sable peut être modifié par modification de la vitesse à laquelle la tuyau- terie est extraite et/ou de la quantité d'eau injectée au- tour de l'extrémité inférieure de la tuyauterie La résistance mécanique du drain vertical peut être modifiée par modifica- tion de la présence et/ou de l'amplitude des vibrations appli- quées à l'organe d'évacuation et de tassement de sable. Il est souhaitable que la force de poussée F de l'organe d'évacuation et de tassement, juste avant la fin de la source descendante du piston dans le vérin hydraulique, soit détectée et comparée à la valeur préréglée (Fo) et que le diamètre et/ou la résistance mécanique du drain vertical formé soient modifiés en fonction du résultat de la compa- raison En conséquence, selon l'invention, un vérin hydrauli- que est utilisé afin qu'il déplace de manière forcée l'or- gane d'évacuation et de tassement en direction verticale, et un dispositif détecte la distance de travail du piston du vérin hydraulique par détection du débit de fluide transmis au vérin, un dispositif détecte la pression du fluide lorsque la course descendante du piston a atteint une valeur prédé- terminée, un dispositif compare la force de poussée du dis- positif d'évacuation et de compression de sable, calculée d'après la pression du fluide avec une valeur prédéterminée, et un dispositif destiné à modifier le diamètre et/ou la ré- sistance mécanique des drains verticaux de sable en fonction du résultat de la comparaison. L'invention concerne aussi un procédéd'installa tion de drains verticaux de sable destinés à l'amélioration d'un sol mou, transformé en un sol ayant une résistance mé- canique uniforme. L'invention concerne aussi un procédé et un appareil d'installation de tels drains verticaux de sable destinés à l'amélioration d'un sol mou d'une manière réglée et efficace. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure l A est un graphique représentant la varia- tion de la résistance mécanique du sol avec la profondeur dans le cas d'un procédé classique; la figure 1 B est un graphique analogue correspondant au procédé selon l'invention; la figure 2 est une coupe schématique représentant l'appareil selon l'invention; la figure 3 est un diagramme synoptique du circuit de commande utilisé selon l'invention; et la figure 4 est un graphique montrant comment une valeur normalisée de F est déterminée. Sur les dessins, les figures l A et l B sont des gra- phiques représentant la relation entre la profondeur et la résistance mécanique du sol, dans le cas du procédé classique et du procéc selon l'invention respectivement Sur les gra- phiques, la référence a désigne la résistance mécanique esti- mée du sol à améliorer, la référence b la résistance réelle du sol, la référence c la résistance voulue du sol amélioré, et la référence d la résistance réelle de ce sol La référence P désigne un drain vertical de sable formé dans le sol On voit sur ces graphiques que, selon le procédé classique dans lequel le diamètre du drain vertical est fixe, la résistance mécanique du sol amélioré varie autant que la résistance mécanique réelle du sol à améliorer alors que, selon le procédé de l'invention dans lequel le diamètre du drain vertical de sable est modifié en fonction de la résistance mécanique du sol, la résistance 13283 mécanique réelle du sol amélioré est sensiblement égale à la résistance mécanique voulue Ce comportement indique que, se- lon l'invention, le sol est amélioré afin qu'il ait une ré- sistance mécanique uniforme. La figure 2 représente un appareil 1 utilisé pçur l'installation d'un drain vertical de sable tassé P L'appa- reil 1 comporte une tuyauterie 2, une courte tuyauterie 3, un organe 4 d'évacuation et de tassement du sable, un vérin hydralique 5 destiné à déplacer l'organe 4 verticalement, une tréemie 6 par laquelle du sable déversé dans la tuyauterie 2, un ensemble 7 d'enfoncement destiné à introduire la tuyauterie 2 dans le sol, une tuyauterie 8 d'alimentation en air com- primé, un clapet 9 destiné à empêcher la sortie de l'air comprimé de la trémie, une soupape 10 d'échappement, un fil 11 de suspension de la tuyauterie 2, un treuil 12, des cana- lisations 13 et 14 de fluide hydraulique, et des buses 15 de projection d'eau. Lorsqu'un drain vertical de sable doit être installé dans un sol meuble G à l'aide de l'appareil précité, la tu- yauterie 2 est d'abord enfoncé à l'aide de l'ensemble 7 jus- qu'à une profondeur prédéterminée, le fil 11 étant relâché. L'enfoncement de la tuyauterie 2 dans le sol est facilité par projection d'eau dans le sol G par les buses 15 et/ou par commande du vérin hydraulique 5 ainsi que de l'ensemble 7 d'enfoncement. La tuyauterie 2 est d'abord tirée vers le haut avec évacuation et tassement du sable par l'organe 4 Lorsque la tuyauterie 2 est remontée, un drain vertical de sable P se forme progressivement vers le haut L'extraction de la tu- yauterie est habituellement interrompue plusieurs fois afin que du sable puisse être ajouté Pendant le tassement du sable, de l'air comprimé est transmis dans la tuyauterie 2 à partir de la tuyauterie 8 afin que le sable puisse être évacué facilement. Comme l'indique la figuré 1 B, selon l'invention, lorsque le diamètre du drain est modifié en fonction de la variation de nature ou de résistance mécanique du sol à améliorer, à des profondeurs auxquelles la résistance mé- canique réelle du sol dépasse la résistance estimée, le drain a un diamètre inférieur au diamètre prévu alors que, aux profondeurs auxquelles la résistance mécanique est in- férieure à la résistance estimée, le drain a un diamètre supérieur au diamètre nominal. Le diamètre du drain peut être modifié soit par mo- dification de la vitesse d'extraction de la tuyauterie 2, soit par projection d'eau par des buses 15 autour de l'extrémité inférieure de la tuyauterie 2 afin que le sol soit ramolli sur une distance limitée. Selon l'invention, lorsque la résistance mécanique du drain vertical de sable est modifiée suivant la variation de la nature ou de la résistance mécanique du sol à améliorer, le drain a une résistance mécanique (ou une densité) infé- rieure à la résistance mécanique voulue aux profondeurs aux- quelles la résistance réelle du sol dépasse la résistance estimée, alors que le drain a une plus grande résistance aux profondeurs auxquelles la résistance réelle du sol est in- férieure à la résistance estimée. La résistance mécanique du drain vertical de sable peut être modifiée par variation de la fréquence et/ou de l'amplitude des vibrations appliquées à l'organe 4 d'évacua- tion et de tassement du sable. La variation de nature ou de résistance mécanique du sol à améliorer peut être détectée de diverses manières, par exemple par une jauge de contraintes ou une cellule dy- namométrique montée sur la tuyauterie 2 en un point convenable. La force F de poussée appliquée par l'organe 4 d'é- vacuation et de compression de sable peut être détectée par exemple de la manière décrite dans la suite du présent mémoire, à partir de la pression du fluide juste avant la fin de la course de descente du piston dans le cylindre du vérin hy- draulique 5 Sur la figure 3, un débitmètre 16 est placé dans une canalisation 14 de fluide destinée au vérin hydraulique et crée des impulsions proportionnelles au débit par unité de temps Les impulsions sont intégrées au cours du temps par un intégrateur 18 qui détermine un nombre d'impulsions pro- portionnel au volume de fluide qui circule dans le débit- mètre 16 pendant la période comprise Etre le début et la fin de la course descendante du piston dans le vérin 5 Le signal pulsé est transformé en une tension qui parvient à un comparateur 19. Une tension préréglée dans un circuit 2 S de con- signe est transmise au comparateur 19 et elle est propor- tionnelle au volume de fluide nécessaire pour que le piston du vérin 5 descende jusqu'à un point précédant à peine la fin de sa course descendante Le comparateur 19 compare la ten- sion de l'intégrateur 18 à la tension préréglée et donne un signal qui parvient à un circuit 21 de mémoire lorsque les deux tensions sont égales. La pression du fluide dans la canalisation 13 est détectée toutes les minutes par un capteur 17 de pression et elle est transformée en une tension qui est transmise au circuit 21 de mémoire Celui-ci enregistre la tension du capteur 17 à la-suite du signal provenant du comparateur 19 et transmet la tension enregistrée à un circuit 22 de calcul. Le circuit de calcul détermine la force de poussée F d'après la tension provenant du circuit 21 de mémoire (pro- portionnelle à la pression du fluide juste avant la fin de la course descendante du piston) et de la section efficace du vérin 5, préalablement enregistrée La valeur F ainsi ob- tenue est comparée dans un comparateur 23, à une valeur Fo préréglée dans un circuit 24 de consigne. La valeur préréglée F est déterminée de la manière suivante Comme une même densité ou une même résistance mé- canique du drain vertical de sable peut être obtenue lorsque la matière utilisée (habituellement du sable) et les paramè- tres du drain vertical sont les mêmes, un graphique tel que représenté sur la figure 4 et représentant la relation entre la valeur de F, le diamètre du drain vertical et la résistance N du sol à améliorer, peut être préparé d'après les résultats et drains verticaux d'essai formés à cet effet Grâce à ce graphique, on détermine une valeur Fo qui correspond à la résistance mécanique estimée No du sol et au diamètre nominal du drain vertical de sable nécessaire ( 700 mm dans le cas de la figure 4) La valeur préréglée F peut être modifiée avec la profondeur. Dans les mesures effectuées pendant la formation du drain vertical d'essai, la valeur F peut être mesurée de la manière indiquée précédemment; le diamètre du drain est mesuré de manière classique à l'aide d'un appareil de mesure de pro- fondeur et d'un appareil de mesure du volume de sable (non représenté) monté sur la tuyauterie 2, et la résistance mé- canique du sol est mesurée à l'aide d'un appareil ordinaire d'essai Cette dernière valeur peut aus L être mesurée à l'aide de l'appareil 1, bien qu'on ne décrive pas cette caractéris- tique en détail dans le présent mémoire. Le comparateur 23 compare la valeur F détectée à la valeur F préréglée (Fo), et s'il existe une différence, il transmet un signal à l'ensemble 25 de commande qui transmet un signal de commande permettant le réglage d'un paramètre contrôlant le diamètre du drain, par exemple la vitesse à laquelle la tuyauterie 2 est retirée par le treuil 12. Aux profondeurs auxquelles la résistance mécanique réelle du sol dépasse No, la valeur détectée F dépasse la va- leur préréglée Fo si bien que la vitesse à laquelle la tu- yauterie est retirée par le treuil augmente En conséquence, le diamètre du drain vertical de sable est inférieur à la valeur normale (par exemple 700 mm) Aux profondeurs auxquelles la résistance mécanique réelle du sol est inférieure à No, la vitesse diminue afin que le diamètre augmente. Le diamètre peut être réglé par commande de l'ouver- ture de la soupape à l'aide du signal provenant de l'ensemble de commande afin que le volume d'eau projeté par les buses soit réglé. Dans les drains verticaux réels de sable dans les- quels la valeur F est réglée de manière qu'elle soit cons- tante, des variations sont possibles de part et d'autre de la valeur préréglée Fo Le réglage est habituellement exécuté de manière que la valeur F détectée (force de poussée) soit 13283 comprise entre une limite supérieure et une limite inférieure. Bien que, dans le mode de réalisation décrit pré- cédemment, le diamètre du drain vertical soit réglé afin que sa résistance mécanique reste constante, cette résistance peut être modifiée, le diamètre restant fixe En outre, le diamètre et la résistance mécanique du drain vertical peuvent être modifiés dans la mesure o la valeur F est fixe. Si la résistance mécanique des drains verticaux de sable est modifiée alors que le diamètre est fixe, le résultat est de préférence obtenu par modification de la fréquence et/ou de l'amplitude des vibrations appliquées à l'organe 4 d'évacuation et de tassement de sable, bien qu'elles puissent être modifiées par application intermittente de fines vibra- tions à l'organe 4 pendant sa descente Les vibrations peu- vent être facilement appliquées à l'organe 4 par pulsation du fluide transmis au vérin hydraulique 5. Lorsque le diamètre et la résistance mécanique des drains verticaux sont modifiés, l'opération peut être obtenue par modification de la vitesse de déplacement vertical ou de la course de l'organe 4, ainsi que de la manière précitée. Bien que, dans le mode de réalisation avantageux indiqué, le sable soit utilisé pour la formation d'un drain vertical, l'invention s'applique aussi au cas o une matière analogue telle que du gravier, des pierres ou du laitier est utilisée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par lhomme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non li- mitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l Procédé de formation de drains verticaux de sable destinés à l'amélioration d'un sol meuble, du type qui com- prend l'enfoncement d'une tuyauterie position de sable dans la tuyauterie, et l'extraction de la tuyauterie( 2) d'une manière progressive avec évacuation et tassement du sable, ledit procédé étant caractérisé en ce que les drains verticaux de sable (P) sont formés avec modifi- cation de leur diamètre, de leur résistance mécanique ou de leur diamètre et de leur résistance mécanique en fonction de toute variation de la nature du sol à améliorer, si bien que le sol formé est amélioré uniformément. 2 Procédé de formation de drains verticaux de sable destinés à l'amélioration d'un sol meuble, du type qui com- prend l'enfoncement d'une tuyauterie ( 2) dans le sol, la dis- position de sable dans la tuyauterie, et l'extraction de celle- ci d'une manière progressive avec évacuation et tassement du sable à l'aide d'un organe( 4) placé près de l'extrémité in- férieure de la tuyauterie, caractérisé en ce que ledit organe ( 4) est enfoncé verticalement à force, et les drains verticaux de sable (P) sont formés avec modification du diamètre, de la résistance mécanique ou du diamètre et de la résistance méca- nique des drains verticaux, par égalisation de la force de poussée appliquée par l'organe d'évacuation et de tassement de sable ( 4) à une valeur prédéterminée. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre des drains verticaux de sable (P) est modifié par réglage de la vitesse à laquelle la tuyauterie ( 2) est extraite, de la quantité d'eau projetée autour de l'extrémité inférieure de la tuyauterie ( 2) ou de ces deux quantités. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance mécanique des drains verticaux de sable (P) est modifiée par réglage de la fréquence, de l'amplitude ou de la fréquence et de l'amplitude des vibrations appli- quées à l'organe d'évacuation et de tassement de sable ( 4). Appareil destiné à former des drains verticaux de sable destinés à l'amélioration d'un sol meuble, caractérisé en ce qu'il comprend une tuyauterie ( 2) enfoncée dans le sol et par la- quelle du sable est transmis dans le sol, un dispositif ( 4) d'évacuation et de tassement de sable placé à l'extrémité inférieure de la tuyauterie et destiné à évacuer du sable hors de la tuyauterie et à le tasser, un vérin hydraulique ( 5) ayant un piston destiné à déplacer verticalement le dispositif d'évacuation et de compression de sable, un dispositif de détection de la distance parcourue par le piston par détection du débit de fluide transmis au vérin hydraulique, un dispositif 117) de détection de la pression du fluide lorspe la course descendante du piston a atteint une valeur prédéterminée, un dispositif ( 19) de comparaison de la force de poussée appliquée par le dispositif d'évacuation et de tasse- ment de sable, calculée d'après la pression du fluide par rap- port à une valeur prédéterminée, et un dispositif destiné à modifier le diamètre et/ou la résistance mécanique des drains verticaux de sable en fonction du résultat de la comparaison.