Brevet FR2569816A1 — publié le 19860307

- 1- 2569816 La présente invention est relative à un nouveau dispositif permettant l'imprégnation, par du coulis d'injection, du sol entourant des pieux tubulaires creux enfoncés dans le terrain. On sait que l'on désigne par coulis d'injection une composition fluide, généralement à base de ciment, que l'on injecte sous pression dans le sol et o elle devient dure ultérieurement. On sait que l'on utilise notamment pour l'exploitation du pétrole ou du gaz naturel, en particulier en mer, des pieux constitués par des tubes d'acier enfoncés dans le sol. De tels pieux sont en particulier enfoncés dans le sol pour permettre la reprise d'efforts notamment verticaux supportés par les fondations de dispositifs divers tels que des structures servant à l'exploitation pétrolière. On sait qu'il est parfois nécessaire de prolonger ces pieux pour la mise en place de pieux secondaires télescopiques de plus petit diamètre que l'on fait coulisser à travers le pieu primaire, opération qui suppose et implique que l'intérieur du tube primaire soit propre et lisse, afin de ne pas trop réduire le diamètre extérieur du pieu secondaire. On sait aussi que dans un certain nombre de cas, il est également nécessaire après avoir enfoncé de tels pieux, d'injecter sur la périphérie de ceux-ci, (c'est-à-dire entre les tubes constituant le pieu proprement dit et le sol dans lequel le pieu est enfoncé), un coulis d'injection qui a pour effet d'immobiliser le pieu par rapport au sol ou tout au moins d'accroître fortement le frottement existant entre le pieu et le sol environnant. Enfin on sait que le résultat de telles injections ne sera le plus souvent efficace qu'après plusieurs injections successives ce qui implique que les appareillages utilisés puissent resservir plusieurs fois. L'injection d'un tel coulis à base de ciment sur le pourtour des pieux enfoncés dans le sol soulève donc des difficultés importantes et se révèle même quelquefois irréalisable. La présente invention est relative à un dispositif qui peut être placé à poste fixe dans l'épaisseur de la paroi du tube constituant le pieu et qui après avoir été mis en place avant ou après que le pieu ne soit enfoncé dans le sol permet de réaliser d'une manière simple et économique les injections simples ou multiples qui peuvent être rendues nécessaires, sans s'opposer à la remontée du sol dans le tube lors de l'enfoncement de ce dernier, ni nécessiter l'excavation préalable de ce sol, ou gêner la mise en place ultérieure d'un pieu secondaire télescopique de plus faible diamètre. La présente invention a tout d'abord pour objet une valve anti-retour de faible épaisseur permettant l'injection répétée de coulis vers - 2 - 2569816 l'extérieur du pieu tout en évitant que les matières solides ou liquides entourant le pieu ne puissent parcourir le chemin inverse, caractérisée par le fait que cette valve qui peut se placer sensiblement dans l'épaisseur de la paroi du pieu, est constituée par un clapet tubulaire fortement élastique, solidaire du b3ti de la valve à une de ses extrémités et reposant sur une surface d'appui cylindrique située au centre, surface qui est munie d'orifices correspondant avec l'intérieur du pieu, le clapet tubulaire élastique étant entouré d'un anneau élastique facilement compressible se déformant par variation de son épaisseur lorsqu'on envoie sous pression du coulis d'injection par les orifices précités, le coulis qui circule vers l'extérieur du pieu s'écoulant entre la surface d'appui cylindrique et l'intérieur du clapet tubulaire élastique, l'anneau élastique entourant le clapet tubulaire contribuant à repousser ce dernier contre la surface d'appui cylindrique dès que l'on arrête l'injection du coulis, et reprenant sa forme de telle sorte qu'aucune quantité de coulis ne subsiste dans la valve. Conformément à l'invention, l'extrémité du clapet tubulaire élastique qui est dirigée vers l'intérieur du pieu est rendue solidaire du corps de la valve par exemple par collage ou par pincement mécanique. Conformément à l'invention, les orifices qui font communiquer l'intérieur du pieu avec la surface intérieure du clapet tubulaire élastique débouchent de préférence au voisinage de l'extrémité du clapet qui a été rendue solidaire du corps de la valve, de telle manière qu'à l'état de fermeture la plus grande surface possible du clapet se trouve en contact avec la surface d'appui cylindrique centrale. Ces orifices ont une disposition et une section permettant, après injection, leur complet rinçage à l'eau, ce qui a pour objet d'y empêcher la formation de bouchons de coulis durci. Selon un mode de réalisation particulier, la partie centrale interne de la valve comporte une cavité, de préférence conique, dans laquelle lesdits orifices débouchent en faisant un angle aigu avec l'axe de la valve. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le clapet tubulaire élastique est constitué par une matière ayant une dureté Shore d'environ 60 à 80, ce qui fait qu'il ne s'ouvre que si la pression d'injection dépasse une valeur déterminée. L'anneau élastique de plus grande souplesse qui entoure le clapet cylindrique élastique peut être avantageusement constitué par une mousse de caoutchouc ayant une dureté Shore d'environ 40 à 50. Grâce au dispositif qui vient d'être décrit, on peut réaliser une valve permettant plusieurs passages du coulis de ciment de l'intérieur vers l'extérieur du pieu, mais qui est étanche en sens inverse, bien que ne -3 - 2 5 69816 présentant qu'une épaisseur de quelques centimètres qui correspond sensiblement à l'épaisseur du tube d'acier constituant le pieu. Cette valve peut être avantageusement vissée dans un orifice taraudé pratiqué dans la paroi du pieu avec interposition d'un joint d'étanchéité tel que par exemple un joint torique autoclave. Conformément à l'invention, on peut de cette manière placer dans la paroi du tube constituant le pieu, et avant son enfoncement dans le sol, le long d'au moins une génératrice, un certain nombre de valves telles que celles qui ont été décrites et qui permettront de procéder ultérieurement à l'injection de coulis aux endroits o cela sera nécessaire et autant de fois que cela sera nécessaire. La mise en place à priori de telles valves n'entraîne que de faibles frais supplémentaires avant l'enfoncement du pieu et permet des économies substantielles lorsque des injections de coulis de ciment doivent être effectuées ultérieurement. La présente invention a également pour objet un dispositif pour réaliser l'injection de coulis vers l'extérieur d'un pieu enfoncé dans le sol, à l'aide de valves telles que celles du type décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comporte, fixé sur la paroi interne du tube constituant le pieu et au droit d'au moins une valve, un canal d'alimentation en coulis de diamètre relativement faible, qui permet de positionner au niveau de la valve choisie un dispositif d'injection avantageusement muni de deux obturateurs espacés de manière à se situer de part et d'autre de la valve choisie et qui permet d'appliquer du coulis sous pression au niveau des orifices de cette valve. On peut aussi utiliser un obturateur simple à condition d'employer un coulis à prise contr6lée, et d'effectuer les opérations de préférence en remontant. Selon une première variante de l'invention on réalise le canal d'alimentation selon une génératrice de la paroi interne du pieu et au droit des valves, à l'aide d'une bande d'acier repliée en forme de U dont les extrémités sont soudées sur la paroi interne du pieu. On dispose également au voisinage de chaque valve des pièces de forme à l'intérieur dudit canal, pour lui conférer à ces endroits une section circulaire qui permet aux obturateurs du dispositif d'injection d'assurer efficacement leur r6le d'étanchéificateur. - Selon une autre variante de l'invention, le canal est constitué par un tube soudé à la paroi interne du pieu et raccordé aux orifices des valves qui servent à l'injection du coulis. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le canal d'alimentation est fractionné en éléments de longueurs sensiblement égales à - 4 - 2 5 6 9816 celles des éléments de tube qui sont soudés les uns aux autres pour réaliser le pieu, chbaque fraction du canal étant munie à ses extrémités d'une pièce en forme d'entonnoir qui assure la continuité du guidage du dispositif d'injection muni d'obturateurs lorsque ce dernier coulisse dans le canal pour atteindre la valve désirée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chacune des extrémités de chaque fraction du canal d'alimentation qui correspond aux différentes sections de tube qui sont soudées entre elles est logée dans un manchon dont les dimensions internes sont légèrement supérieures aux dimensions externes du canal, de telle manière qu'aucune solution de continuité n'existe entre deux fractions de canal et qu'il n'existe aucune possiblité de mouvement de matières soit du canal vers le pieu soit dans la direction inverse. On voit que grace à ce dispositif, l'on peut conformément à l'invention et d'une manière simple et économique, procéder en fonction des besoins, à l'injection de coulis séparément à travers chacune des différentes valves conformes à l'invention que l'on a placé dans la paroi du tube d'acier constituant le pieu. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limititatif, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé dans lequel: La figure 1 représente une vue en coupe selon I-I de la figure 2 d'un mode de réalisation d'une valve selon l'invention, la figure 2 est une vue de dessus correspondant à la figure 1, la figure 3 est une vue de la valve de la figure 1, lors de l'injection du coulis de ciment, la figure 4 est une vue en coupe d'un pieu comportant trois rangées de valves selon la figure 1 qui peuvent être alimentées en coulis par un dispositif selon l'invention, la figure 5 est une coupe à plus grande échelle correspondant à la partie V de la figure 4, la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI des figures 4 et 5, la figure 7 est une variante du dispositif qui conduit l'injecteur de coulis le long de la paroi interne du pieu,et la figure 8 est une coupe longitudinale du dispositif des figures 4 et 5 au droit du raccordement par soudure de l'extrémité de deux tronçons de tubes d'acier constituant le puits, et la figure 9 est une variante du dispositif de la figure 8. On voit sur la figure 1 le corps (1) de la valve qui présente une surface externe cylindrique (2) munie d'un filetage qui lui permet de - 5 - 25 6 9816 s'engager dans un orifice taraudé correspondant (3) réalisé dans la paroi (4) du tube d'acier constituant le pieu. La partie centrale interne (5) du corps (1) de la valve comporte une cavité (6) de préférence conique, munie dans le cas du mode de réalisation représenté de quatre orifices inclinés (7) qui débouchent dans une cavité annulaire (8) disposée à l'intérieur du corps de la valve et par lesquels transite le coulis d'injection. Cette cavité annulaire (8) est délimitée à l'intérieur par une surface d'appui cylindrique (9) à travers laquelle débouchent les orifices (7). Un clapet tubulaire fortement élastique (10) est assujetti par son extrémité inférieure (tel que vu sur la figure 1) qui s'engage dans un évidement annulaire (11) pratiqué dans le fond du corps (1) de la valve. Dans le mode de réalisation décrit, le clapet tubulaire élastique (10) est fixé par collage dans la cavité annulaire (11) de manière à ce que son extrémité qui s'y engage y soit solidement maintenue. Au repos, le clapet tubulaire élastique (10) repose de préférence élastiquement contre la surface d'appui cylindrique (9) du corps de la valve. Le volume restant de l'espace annulaire (8) est rempli par une masse annulaire élastique de caoutchouc mousse plus facilement déformable (12) dont l'objet est de contribuer à repousser constamment le clapet tubulaire élastique (10) contre la surface d'appui (9), et de combler l'espace (8) en fin d'injection afin d'éviter que du coulis puisse y subsister et y faire prise, créant ainsi une gangue autour du clapet (10) qui empêcherait toute réinjection ultérieure. Un couvercle (13) dont on voit la forme en élévation sur la figure (2) est vissé par son noyau central à l'aide de filetage (14) dans l'orifice taraudé correspondant du corps de la valve. La périphérie du couvercle (13) est maintenue sur le corps de la valve par les vis (15). Un joint torique (16) disposé à la périphérie du corps de la valve dans un évidement pratiqué dans la paroi du tube constituant le pieu assure l'étanchéité à l'égard des surpressions pouvant exister à l'extérieur du pieu. On voit sur la figure 3 comment lorsque l'on injecte du coulis sous pression dans la cavité (6), ce dernier circule dans le sens des flèches en empruntant les orifices (7) et en écartant la partie du clapet tubulaire élastique (10) qui n'est pas maintenue dans la cavité (11) du corps de la valve tout en comprimant l'anneau élastique (12). Dès que l'on arrête l'injection de coulis, le clapet (10) se referme rapidement contre la surface d'appui (9) du corps de la valve, aidé en cela - 6 - 2569816 par l'effet élastique de l'anneau (12) lequel envahit complètement la cavité (8), ce qui a pour résultat d'éviter que toutes les matières situées à l'extérieur du pieu ne puissent pénétrer à l'intérieur de ce dernier, tout en chassant hors de la cavité (8) le coulis qui aurait tendance à s'y maintenir. Il ne reste plus alors qu'à rincer la cavité (6) et les orifices (7) en injectant de l'eau au lieu du coulis. On obtient de cette manière que la valve reste pratiquement exempte de coulis ce qui permet de réaliser sans difficulté des injections successives de coulis même lorsque il se produit entre deux injections des intervales de O10 temps suffisamment grands pour que le coulis ait pu faire prise. On voit également que la valve selon l'invention est d'une épaisseur relativement réduite, ce qui lui permet de ne pas faire saillie sensible à l'intérieur de la paroi du pieu. Cette faible épaisseur est essentiellement obtenue grace au fait que conformément à l'invention l'extrémité inférieure (telle que vue sur les figures 1 et 3) du clapet tubulaire élastique (10) est rendue solidaire du corps de la valve, tandis que les orifices (7) d'injection du coulis sont disposés au voisinage de l'extrémité du clapet (10) qui est fixé au corps de la valve. La figure 4 représente une vue en coupe horizontale d'un pieu muni de trois rangées de dispositifs d'injection de coulis conforme à l'invention. On voit la section circulaire du pieu (4) sur lequel on a placé trois rangées de valves selon l'invention. Comme on peut le voir sur les figures 4, 5 et 6, un canal d'alimentation de faible diamètre (17) est réalisé à l'intérieur du pieu grace à une bande d'acier (18) repliée en forme de U dont les extrémités sont fixées par soudure en (19) sur la paroi interne du tube (4). Une pièce de forme (21) est fixée sur la paroi interne du tube (4) de manière à conférer au canal (17) une forme sensiblement cylindrique au voisinage de la valve (20). On peut de cette manière faire circuler par le canal (17) un dispositif d'injection d'eau ou de coulis constitué par un tube (22) muni de deux obturateurs étanches (23,24), gonflables ou non, placés à une certaine distance l'un de l'autre, des orifices (25) étant réalisés sur le tube (22) entre les deux obturateurs, le tube (22) étant lui-même obturé à son extrémité inférieure (26). En positionnant correctement les obturateurs (23,24) de part et d'autre de la valve on peut ainsi injecter du coulis sous une pression déterminée dans le volume (27) compris entre ces derniers ce qui oblige le - 7 - 2569816 coulis de s'engager à travers la valve pour pénétrer de force à l'extérieur du pieu en s!infiltrant entre le pieu lui-même et le terrain qui l'entoure. Lorsque l'injection du coulis est obtenue, on peut, grâce à une opération analogue, injecter de l'eau sous une pression inférieure à la pression d'injection du coulis en desserrant un obturateur pour créer une circulation d'eau à travers ledit obturateur. Ceci a pour effet de rincer la cavité conique (6), et de vider les orifices (7) du coulis qui s'y trouverait encore, sans pour autant ouvrir le clapet (10) ni permettre à l'eau de lavage de sortir du pieu. La pénétration de l'eau de lavage dans la cavité (6) et dans les orifices (7) est facilitée par la forme conique de la cavité (6) et par l'angle aigu que font les orifices (7) par rapport à l'axe de la valve. Si le dispositif d'injection ne comporte qu'un seul obturateur, on le dispose avantageusement au-dessous de la valve et on injecte successivement à travers les valves en commençant par la plus basse. Dans la variante représentée sur la figure 7,le canal (17) est constitué par un tube cylindrique (28) directement soudé sur la paroi interne du tube (4) à l'aide de plaquettes (29) disposées en nombre suffisant pour en assurer le raidissement. Dans ce mode de réalisation, le canal (17) -est réalisé de manière tubulaire du haut en bas du pieu et les valves qui se trouvent le long de ce canal y sont raccordées pour déboucher à son intérieur. Dans une variante le canal d'alimentation (17) peut être positionné non pas dans l'axe des valves mais sur le c8té de celles-ci, afin de réduire l'encombrement du dispositif selon l'invention à l'intérieur du pieu tubulaire. On a représenté sur la figure (8) comment on assure la continuité du canal au niveau du raccordement de deux sections de tube qui constituent le pieu. Comme on le voit sur cette figure les éléments (18) formant le canal (qui sont en forme de U ou en forme de tube) sont arrêtés à une certaine distance des extrémités (31) des sections de tube et sont prolongés par des pièces en forme d'entonnoir (30) qui facilitent le transit du dispositif d'injection (22,23, 24). Dans la variante de la figure 9, la continuité est assurée le long du canal (17) grâce à un manchoi tubulaire (33) qui est soudé sur l'extrémité inférieure (28b) du tube (28) et qui reçoit l'extrémité supérieure (28a) du tube (28) qui se trouve en-dessous du joint soudé qui réunit les deux éléments (4) du pieu. On voit que grâce aux dispositifs selon l'invention, il est possible de placer une ou plusieurs valves le long d'une ou plusieurs génératrices du -8 - 2 5 6 9816 pieu tubulaire, et d'injecter plusieurs fois sous pression du coulis d'injection au travers de la ou des valves choisies, de manière à pénétrer le sol environnant, sans laisser le coulis ni l'eau extérieurs pénétrer dans le pieu lui-même. - 9 Z569816 REVENDICATIONS 1 - Valve anti-retour de faible épaisseur permettant l'injection répétée de coulis à l'extérieur d'un pieu tubulaire tout en évitant que les matières entourant le pieu ne puissent parcourir le chemin inverse, caractérisée par le fait que cette valve (1) qui peut se placer sensiblement dans l'épaisseur de la paroi du pieu (4) est constituée par un clapet tubulaire élastique (10) qui est solidaire du bâti de la valve (1) à une de ses extrémités (11) et qui repose sur une surface d'appui cylindrique (9) située au centre, surface (9) qui est munie d'orifices (7) correspondant avec l'intérieur du pieu, le clapet tubulaire élastique (10) étant entouré d'un anneau élastique (12) plus facilement compressible se déformant par variation de son épaisseur lorsqu'on envoie sous pression du coulis par les orifices (7) précités, le coulis qui circule vers l'extérieur du pieu s'écoulant entre la surface d'appui cylindrique (9) et l'intérieur du clapet tubulaire élastique (10), et l'anneau élastique (12) entourant le clapet tubulaire (10) contribuant à repousser ce dernier contre la surface d'appui cylindrique dès que l'on arrête l'injection du coulis, et reprenant sa forme de telle sorte qu'aucune quantité de coulis ne subsiste dans la valve. 2 - Valve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'extrémité du clapet tubulaire élastique (10) qui est dirigée vers l'intérieur du pieu est rendue solidaire du corps (1) de la valve par exemple par collage ou par pincement mécanique. 3 - Valve selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les orifices (7) par lesquels transite le coulis d'injection débouchent au voisinage de l'extrémité (11) du clapet tubulaire élastique (10) qui est rendue solidaire du corps de la valve. 4 - Valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le clapet tubulaire élastique (10) est constitué par un caoutchouc ayant une dureté Shore d'environ 60 à 80. - Valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'anneau élastique (12) qui entoure le clapet tubulaire élastique (10) est constitué par une mousse de caoutchouc ayant une dureté Shore d'environ 40 à 50. 6 - Valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la partie centrale interne de la valve comporte une cavité (6), notamment de forme conique, dans laquelle lesdits orifices (7) débouchent en faisant un angle aigu avec l'axe de la valve. 7 - Dispositif pour réaliser l'injection de coulis à l'extérieur d'un pieu tubulaire enfoncé dans le sol à l'aide d'au moins une valve selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, fixé sur la - 10 - 2569816 paroi interne du tube (4) constituant le pieu, un canal d'alimentation (17) de diamètre relativement faible situé au droit d'une rangée de valves, qui permet de positionner, à la hauteur de la valve (20) à travers laquelle on désire effectuer l'injection du coulis, un dispositif d'injection de coulis (22) comportant au moins un obturateur (24) situé au-dessous de la valve (20) et qui permet d'appliquer du coulis sous pression ou de l'eau de lavage au niveau des orifices (7) de la valve (20) située sur la paroi interne du pieu (4). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le dispositif d'injection de coulis (22) comporte également un obturateur (23) situé au-dessus de la valve (20). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le canal situé le long de la paroi interne du pieu et au droit des valves, est réalisé à l'aide d'une bande d'acier (18) repliée en forme de U dont les extrémités (19) sont soudées sur la paroi interne du pieu. 10. Dipositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que l'on a disposé au voisinage de chaque valve des pièces de forme (21) à l'intérieur dudit canal (17) pour lui conférer à ces endroits une section sensiblement circulaire qui permet aux obturateurs (23, 24) du dispositif d'injection d'assurer efficacement leur rôle d'obturation. 11. Dipositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le canal (17) est constitué par un tube (28) soudé à la paroi intérieure du pieu (4) et raccordé aux orifices (7) des valves qui servent à l'injection du coulis. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que le canal est interrompu au voisinage des extrémités (31) de chacun des éléments de tube qui sont soudés les uns aux autres pour réaliser le pieu (4), chaque extrémité du canal (17) étant munie d'une pièce (30) en forme d'entonnoir qui assure la continuité du guidage du dispositif d'injection (22) de coulis de ciment lorsque ce dernier descend jusqu'à la hauteur de la valve à travers laquelle on désire injecter le coulis. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait qu'au droit du raccordement des éléments du tube constituant le pieu (4) un manchon recouvrant les extrémités des deux extrémités du canal (17) assure la continuité du guidage du dispositif d'injection (22). 14. Pieu tubulaire caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 sur au moins une de ses génératrices