Brevet FR2563852A1 — publié le 19851108

L'invention concerne un procédé et un dis- positif pour la réalisation en place de colonnes de sol stabilisé et compacté. L'amélioration de la stabilité ou de la por- tance des terrains meubles de qualité médiocre, pour la réalisation de fondations, remblais, talus, etc... par la constitution en place de colonnes de sol stabilisé est une technique connue. Les colonnes de sol stabilisé sont disposées, groupées, combinées suivant des configurations telles que des murs, éperons, quadrillage, blocs, etc.. selon le résultat recherché, mais la colonne constitutive de base se présente, en général, sous la forme d'un cylindre de sol en place dont les caractéristiques géomécaniques ont été améliorées par l'incorporation d'un matériau extérieur,..DTD: Brièvement, la réalisation d'une colonne éleémen- taire est obtenue par l'enfoncement dans le terrain deun outil de forage rotatif. Cet outil désagrège le terrain et le mélange avec un matériau d'apport introduit par voie humide ou par voie sèche par l'intermédiaire d'un arbre creux d'entratnement. Une fois la profondeur désirée atteinte par l'outil, on retire ce dernier. Le matériau d'apport mélangé au terrain en place est, en général, un liant donnant lieu à un phénomène de prise conduisant à la formation d'un béton de sol dont la résistance est fonction des caractéristiques du sol, de la quantité et de la nature du liant incorporé, du degré d'homogénéité et de la compacité du mélange ainsi réalisé. Pour un liant et un sol donné, les deux éléments caractéristiques déterminants de la qualité du résultat ob- tenu sont donc l'homogénéité et la compacité du mélange. Les différents procédés et dispositifs de la technique antérieure, s'ils permettent d'obtenir plus ou moins le degré d'homogénéité recherché, ne résolvent nulle- ment le problème de la recompaction du mélange réalisé en place. La bonne répartition du liant dans la masse du sol traité exige le remaniement complet de ce dernier par l'effet de l'outil désagrégateur de façon à détruire au maximum les liaisons existantes entre les particules constitutives du terrain et pouvoir ainsi réaliser un mé- lange intime entre ces dernières et le liant incorporé. La structure du mélange final obtenu est en général plus ltche que celle du terrain vierge, la destructuration de ce dernier par l'outil désagrégateur entraînant une aug- mentation de volume. Cette diminution de la compacité du terrain traité contribue à amoindrir l'effet de consoli- dation résultant de l'incorporation du liant. L'invention a pour objet de fournir un procédé et un dispositif qui permettent, tout en assurant un meil- leur degré d'homogénéité du mélange sol-liant, d'en réa- liser la recompaction en place, améliorant ainsi considé- rablement les caractéristiques mécaniques de la colonne de sol stabilisé ainsi constituée. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de réalisation en place d'une colonne élémentaire de sol stabilisé et compacte, qui comporte une première phase consistant à enfoncer dans le terrain un outil de forage rotatif désagrégeant le terrain et le mélangeant avec un matériau d'apport, et une deuxième phase consis- tant à retirer l'outil de forage du terrain, caractérisé en ce qu'on imprime à au moins une partie du terrain désagré- gé un mouvement ascendant à travers l'outil de forage pen- dant la première phase et en ce qu'on imprime au terrain désagrégé, mélangé à du matériau d'apport, un mouvement des- cendant, tendant à le compacter, à travers l'outil de fo- rage pendant la deuxième phase. L'invention concerne également un dispositif utile pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, qui comprend au moins deux arbres parallèles entraînant en sens contraire deux tarières parallèles de pas opposés, chaque tarière étant munie à son extrémité opposée à l'arbre d'entraînement d'une tête de forage désagrégatrice et la distance entre les axes des tarières étant inférieure au diamètre d'une tarière, les arbres et les ffts des tarières comportant un alésage relié à une source de matériau d'apport et au moins un orifice communiquant avec ledit alésage étant prévu sur le fQt de chaque tarière pour dé- charger le matériau d'apport et permettre son mélange avec le terrain désagrégé. Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'inven- tion avec le dispositif particulier sus-défini, on produit les effets suivants: Dans la première phase de forage et de mélange, le sol en place désagrégé par la tète de forage, est en- traîné dans un mouvement ascendant à travers le disposi- tif de l'invention complétant ainsi l'effet de désagréga- tion du à la tète elle-même et assurant par suite une meil- leure dispersion dans la masse du terrain du matériau ou liant d'apport introduit par voie sèche ou humide. Le sol désagrégé traverse l'ensemble du dispositif de l'inven- tion au fur et à mesure de la pénétration de ce dernier dans le terrain. Compte tenu de l'augmentation de volume provoquée par la désagrégation, il se produit un phéno- mène de foisonnement accentué par l'ajout du matériau d'apport, une partie plus ou moins importante du sol ainsi homogénéisé et mélangé au matériau d'apport pouvant sortir en surface en tète de la colonne. Si désiré, cette première phase peut être répétée une ou plusieurs fois. Dans la deuxième phase de compactage, une fois atteinte la profondeur fixée pour le traitement, le sens de rotation des éléments de tarière est inversé provoquant un mouvement inverse du matériau au fur et à mesure du re- trait du dispositif de l'invention. On réalise ainsi, outre une homogénéisation complémentaire, la recompaction conti- nue du mélange terrain-matériau d'apport par le dispositif tout au long de sa remontée vers la surface. Pendant cette phase de compactage, la partie du terrain extraite pendant la phase de forage est réintroduite dans la colonne forée. L'effet de recompaction nécessite habituellement de complé- ter le remplissage de la colonne forée par un apport de matériau supplémentaire. La description qui va suivre en regard des des- sins annexés, fera bien comprendre l'invention: La figure 1 est une vue schématique en éléva- tion avec coupe du terrain illustrant un dispositif selon l'invention et sa mise en oeuvre pendant la première phase du procédé de l'invention. La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 mais pendant la deuxième phase de l'invention. Les figures 3 et 4 sont des vues schématiques montrant les sens de rotation des éléments de tarière du dispositif de l'invention pendant la première et la seconde phases, respectivement du procédé de l'invention. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 et utilisé pour réaliser des colonnes de sol stabilisé et compacte selon le procédé décrit cidessus comporte les éléments suivants: Deux arbres parallèles 1, pourvus chacun d'un alésage la, entrainent deux tarières hélicoïdales 2 de pas opposés tournant en sens contraire. Chaque tarière est munie à son extrémité libre d'une tête de forage désagré- gatrice 3 adaptée à la nature du terrain. Ce peut être, par exemple, comme illustré, -une tête en forme d'hélice, ou bien un couteau. La distance X entre les axes des tarières est inférieure à leur diamètre de façon que les spires des deux tarières soient effectivement engagées l'une dans l'autre de manière à assurer un mouvement ou écoulement forcé du terrain désagrégé 4 par les deux tarières. Le f t de chaque tarière comporte aussi un alésage 5a qui communique avec l'alésage de l'arbre d'entratnement cor- respondant, permettant ainsi d'amener le matériau ou liant d'apport par voie sèche ou par voie humide jusqu'à des ori- fices 6 ménagés sur la hauteur du fût de chaque tarière en de façon à/assurer le mélange intime avec le terrain désa- grégé. La longueur des tarières est adaptée à la pro- fondeur de la colonne à réaliser. Elle est en général comprise entre 1/4 et 1/2 de la longueur de la colonne mais elle pourrait, dans certains cas, être accrue jusqu'à atteindre la même longueur. TI est à noter que les tarières, au lieu de présenter un profil hélicotdal continu, pourraient être discontinues, c'es&.-dire être remplacées par une pluralité d'hélices espacées. Un certain nombre de doubles-paliers 7, fonc- tion de la profondeur de la colonne à réaliser, sont ré- partis sur la hauteur des arbres d'entralnement et des tarières de façon A maintenir leur parallélisme. Ces paliers pourraient être remplacés sur la hauteur des arbres d'entratnement par une poutre continue creuse qui pourrait éventuellement être utilisée pour amener le matériau ou liant d'apport en tête des tarières. Les deux arbres d'entratnement I sont montés sur un dispositif-réducteur à engrenages 8, lui-même relié à un moteur 9, qui les entratne ainsi que les ta- rières, en rotation dans des sens opposes et à même vi- tesse. Cet ensemble moto-réducteur 8-9 peut tre porté par une machine de forage (non représentée) installée en sur- face au droit de la colonne à réaliser soit par l'inter- 2O médiaire d'une glissière sur laquelle il peut se déplacer longitudinalement soit librement soit par l'intermédiaire d'un dispositif de translation. En variante, il peut être suspendu à la flèche d'un engin de levage (grue ou autre). Le déroulement d'une opération de réalisation d'une colonne de sol stabilisé compactée peut Otre décrit de la façon suivante: L'engin porteur étant installé au droit de l'emplacement choisi, les arbres et tarières sont mis en rotation dans le sens correspondant au vissage des tarières dans le terrain (figures 1 et 3). La vitesse de pénétration est contrôlée de façon à optimiser l'effet de désagrégation du sol. Le matériau ou liant d'apport peut être introduit à tout moment pendant l'opération de forage. Dans le cas de la voie humide il est pompé par une pompe située en surface i5 a travers les têtes tournantes 10 montées à l'extrémité des arbres d'entralnement. Dans le cas de la voie sèche il est forcé à l'aide d'air comprimé à travers les mêmes tttes. Une fois la profondeur voulue atteinte le sens de rotation des arbres et tarières est inversé et le dis- positif de l'invention est remonté en continu (figures 2 et 4). L'effet mécanique direct des tarières tend à faire remonter de lui-même le dispositif. Le contr8le de cette en remontée/exerçant un appui réglé sur le dispositif permet d'obtenir la recompaction du mélange sol-matériau d'apport. L'injection du matériau d'apport peut être poursuivie, si désiré, pendant tout ou partie de cette phase de recompac- tion. Le sol remonté Jusqu'en surface pendant la phase de forage est réentratné dans la colonne. Un apport sup- plémentaire de matériaux est même le plus souvent nécessaire pour combler le forage. L'invention permet d'obtenir des colonnes de sol stabilisé et compacté dont les propriétés mécaniques sont très largement supérieures à celles des colonnes obtenues selon la technique antérieure, sans recompaction. Une application particulièrement intéressante du procédé et du dispositif de l'invention est la stabili- sation des emprises de voles ferroviaires. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé de réalisation en place d'une colonne élémentaire de sol stabilisé et compacte, qui comporte une première phase consistant à enfoncer dans le terrain un outil de forage rotatif désagrégeant le terrain et le mélangeant avec un matériau d'apport, et une deuxième phase consistant à retirer l'outil de forage du terrain, caractérisé en ce qu'on imprime à au moins une partie du terrain désagrégé un mouvement ascendant à tra- vers l'outil de forage pendant la première phase et en ce qu'on imprime au terrain désagrégé, mélangé à du ma- tériau d'apport, un mouvement descendant, tendant à le compacter, à travers l'outil de forage pendant la deuxième phase. 2. Un procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les opérations d'enfoncement et de mélange de la première phase sont répétées au moins une fois. 3. Un dispositif utlle pour la ALie en oeuvre caractérise en ce qu el du prfîdé de l'invention, / comprend au moins deux arbres/parallèles entratnant en sens contraire deux ta- rières (2) parallèles de pas opposés, chaque tarière étant munie à son extrémité opposée à l'arbre d'entratnement d'une tête de forage (3) désagrégatrice et la distance entre les axes des tarières étant inférieure au diamètre d'une tarière, les arbres et les fats des tarières comportant un alésage relié à une source de matériau d'apport et au moins un orifice (6) communiquant avec ledit alésage étant prévu sur le fût de chaque tarière pour décharger le ma- tériau d'apport et permettre son mélange avec le terrain désagrégé. 4. Un dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la tète de forage est en forme d'hélice. 5. Un dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les arbres et tarières sont maintenus parallèles à l'aide de doubles-paliers (7).