Brevet FR2582694A1 — publié le 19861205

La présente invention est relative à un procédé de densification des terrains lâches de fondations qui peut être mis en oeuvre en dessus ou en dessous de la nappe phréatique, sur une couche d'épaisseur donnée, à une profondeur quelconque. On connatt déjà différents procédés de densification des sols qui permettent de leur conférer des caractéristiques mécaniques plus élevées et notamment de réduire les tassements totaux et différentiels à long terme. Ces procédés consistent à utiliser différents moyens pour diminuer le volume interstitiel qui existe entre les différents éléments solides constituant le sol et qui est souvent rempli d'eau. On connatt en particulier des procédés qui consistent à injecter dans le sol des compositions fluides telles que des coulis de ciment ou des gels de silice qui pénètrent sous pression dans les interstices du sol et qui après durcissement, augmentent la compacité du sol. Les procédés qui consistent à injecter dans le sol de telles compositions sont délicats à mettre en oeuvre lorsqu'il s'agit d'une densification proprement dite car il est très difficile de contrôler les quantités de produits injectés qui sont juste nécessaires et suffisantes, ce qui conduit soit à une consolidation insuffisante du sol, soit à une utilisation excessive de fluide d'injection qui rend le procédé peu économique. On a également proposé de réaliser à partir de forages, l'injection dans le sol de mortiers visqueux de manière à former une colonne continue présentant une interface relativement bien délimitée avec le sol traité qui se trouve ainsi repoussé radialement et compacté entre les différentes colonnes. Cependant la mise en oeuvre de ce procédé n'a pas donné les résultats souhaités en raison de l'incertitude où l'on se trouve pour déterminer le moment où il est utile d'arrêter l'injection du mortier. Très empiriquement on considère en général que l'injection du mortier doit se poursuivre par exemple jusqu a ce que la couche de couverture, notamment la surface du sol, commence à se soulever ou encore jusqu'à ce que l'on constate qu'une fuite de mortier se produise vers l'extérieur entre le sol et le tube de forage. On considère également que l'injection du mortier doit être interrompue lorsque lton constate au cours de la mise en oeuvre du procédé une précipitation ou une décomposition du mortier. Il s'est révélé à l'expérience que l'observation de ces critères ne permet pas une mise en oeuvre rapide et fiable de ce procédé. La présente invention est relative à un perfectionnement du procédé en question qui permet d'obtenir une densification maximale du sol tout en utilisant une quantité limitée de mortier, la majorité des masses de sol n'étant pas soumise à plastification.. La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser la densification des sols, du type dans lequel on injecte un mortier dans le sol à partir de multiples forages caractérisé par le fait que l'on procède à une première série d'injections d'un mortier treks visqueux et d'angle de frottement interne très élevé, réalisées à partir de forages réalisés selon un premier maillage, l'injection du mortier s'effectuant dans une couche d'épaisseur donnée à une profondeur comprise entre 2 et 30 mètres environ, puis que l'on procède à une seconde série d'injections du même type de mortier dans des forages réalisés selon un second maillage disposé au centre des mailles du premier maillage, l'injection étant conduite de manière que le volume du mortier injecté dans le sol au cours de la mise en oeuvre du procédé soit inférieur à environ 7 Z du volume total du sol dans le cas de terrains constitués par des sables, inférieur à environ 5 Z du volume total du sol dans le cas de terrains constitués par des limons et inférieur à environ 3 Z du volume total du sol dans le cas de terrains contenant environ 10 Z d'argile colloidale. Dans une variante du procédé selon l'invention on peut procéder à plus de deux séries d'injection qui sont chacune réalisée dans des forages pratiqués au centre des maillages précédents. Conformément à l'invention, la quantité totale de mortier qui doit être injectée dans le sol, est de préférence répartie de manière sensiblement égale entre les différents maillages. ta présente invention est applicable aux sols constitués de matériaux pulvérulents grossiers dont les dimensions des plus gros éléments ne dépassent pas 100 mm, dans la mesure où la taille des éléments solides n'est pas uniforme. Lorsque la taille des plus gros éléments ne dépasse pas 5 cm le procédé selon l'invention peut être appliqué à tous les types de matériaux pulvérulents. Le procédé selon l'invention s'applique aux sols sableux et limoneux ainsi qu'à certains sols argileux. Le procédé selon l'invention s'applique aux remblais d'origines diverses (tels que des déblais de fouilles, même constitués de blocs d'argile, gravats et décharges industrielles ou municipales). Les terrains susceptibles de bénéficier du procédé selon l'invention peuvent être soit non saturés d'eau, soit être au contraire situés en dessous de la nappe phréatique. Les terrains consolidés selon l'invention doivent se trouver généralement à plus de 2 mètres au-dessous de la surface du sol au moment où le procédé est mis en oeuvre. Cependant dans le cas où il est nécessaire de procéder à une densification du sol au voisinage de la surface de celui-ci, il est possible de mettre en place pendant la mise en oeuvre du procédé une surcharge de matériaux qui est ensuite enlevée. Dans l'état actuel des techniques du mortier injecté, les profondeurs de traitement se trouvent limités à une trentaine de mètres mais ces profondeurs pourraient être augmentées par une amélioration des techniques de pompage. Le mortier utilisable selon l'invention peut être constitué par exemple d'un agrégat de sable fin ayant une granulométrie de 100 % inférieure à 2 cm et de 25 % inférieure à 0,1 cm, ce qui peut nécessiter l'addition d'un filler et de 10 à 15 % en poids de ciment ou autre liant avec un rapport ciment/eau compris entre environ 0,15 et 0,30 %. Pour de tels mortiers, l'affaissement au cone d'Abrahams est d'environ 3 à 4 cm. Pour mettre en oeuvre le procédé, on réalise les forages pour constituer le premier maillage avec des mailles d'environ 5 à 7 m de côté. Ces forages sont de préférence de petits diamètres, par exemple de 50 à 100 mm de diamètre. On choisit la distance entre les forages utilisés pour la dernière série d'injection de manière telle que les volumes de sol plastifié soient limités à un minimum acceptable. t'injection est faite successivement dans les différents forages par passe de 1 à 2 mètres de hauteur, le tubage étant remonté après chaque passe d'une hauteur équivalente. Dans une variante, on peut également réaliser l'injection en relevant le tube d'une manière quasi continuelle. Dans le cas où lton met en oeuvre le procédé selon l'invention dans des terrains argileux, il peut être avantageux de placer aux centres de ce qui sera le maillage final, des drains verticaux qui permettent de dissiper rapidement la surpression interstitielle quand celle-ci se manifeste. Pour réaliser l'injection, on peut utiliser une pompe à mortier permettant d'injecter avec des pressions pouvant atteindre 8 MPa (80 kg/cm2) mais avec un faible débit qui peut descendre jusqu'à moins de 3 litres/minute. En opérant de cette manière, on réalise dans le sol autour du forage un cylindre continu de mortier présentant une surface régulière et une délimitation franche avec le sol traité. Conformément à l'invention, le mortier ne doit pas s'infiltrer dans la masse du sol par des chenaux filiformes ou des surfaces de clivage privilégiées. On peut contrôler les effets de densification obtenus par le procédé selon l'invention en réalisant in situ au centre de certaines mailles des essais géotechniques, tels que des essais de pénétration standards, ainsi que des essais au pénétromètre ou au pressiomètre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont maintenant être mis en évidence par la description suivante se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 est un plan représentant les positions de trois maillages successifs pour la mise en oeuvre d'un mode de réalisation du procédé. La figure 2 est une vue schématique en coupe montrant la mise en oeuvre d'une injection selon l'invention. On voit sur la figure 1, les positions des forages correspondants au premier maillage qui ont été représentés par des cercles 1, alors que les forages du second maillage qui ont été représentés par des triangles 2 se trouvent au centre des mailles constituées par les forages 1. Dans le mode de mise en oeuvre représenté, on a réalisé un troisième maillage dont les forages sont représentés par des croix 3 et qui se situent au centre des mailles constituées par l'ensemble des forages 1 et 2. On voit dans ces conditions comment le terrain densifié se trouve soumis successivement à. des champs de contraintes déviatoires produits par l'injection de mortier dans les forages. Par la mise en oeuvre de l'invention utilisant de nombreux forages répartis en plusieurs passes, avec des quantités très faibles de mortier on conserve le maximum de masses de sols exemptes de plastification, c'est à dire n'ayant été sollicitées que par des déformations de cisaillement pseudoélastiques. Ceci contribue efficacement à une augmentation maximale des caractéristiques mécaniques des sols ainsi traités notamment leur module de cisaillement. On a représenté schématiquement sur la figure 2 une vue en coupe d'un sol en cours de traitement selon l'invention. On a représenté schématiquement sur la figure 2 un tube 4 en attente du processus d'injection. Ce tube 4 traverse la couche de sol superficielle 5 qui ne peut être traitée conformément à l'invention ainsi que la couche de sol 6 qui doit subir la densification. Le tube 4 peut être placé dans un forage 7 préalablement réalisé. Dans une variante, le tube 4 peut être également utilisé pour réaliser le forage. Le béton est injecté en 8 à la base du tube 4 à l'aide d'une pompe à mortier 9, le tube étant remonté vers le haut progressivement ou par étape, de manière à traiter toute l'épaisseur de la couche 6 qui doit être densifiée. On va maintenant décrire trois exemples nullement limitatifs de mise en oeuvre de l'invention pour différents types de sols. Exemple 1 : Densification des sols sableux On cherche généralement à conférer à de tels sols un taux de travail qaz 300 KPa (KiloPascals). te tableau ci-dessous donne la proportion de mortier Z9V/V Z qu'il est nécessaire d'injecter par rapport au volume du sol à traiter. q ci indique en NPa (mégaPascals) la résistance en pointe au pénétromètre de la couche de sol sableux que l'on désire traiter et pour lequel cette résistance obtenue après la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est d'au moins 10 MPa. E représente le module de déformation mesuré au pressiomètre pi normal (c'est-à-dire non auto-foreur) exprimé également en MPa. te module de déformation mesuré dans ces mêmes conditions après la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est également supérieur à 10 MPa. 9,1 (MPa) E (MPa) av/v x Pi I 3 3 7 7 7 3 9 9 1 On voit que pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on injecte dans la couche de sol un volume de mortier qui est d'autant plus grand que la résistance en pointe au pénétromètre et le module de déformation du terrain initial sont plus faibles. Bien entendu, les volumes de mortier à injecter ne sont pas définis de manière rigoureuse et ils peuvent s'écarter d'environ 10 Z des valeurs indiquées dans le tableau ci-dessus. Exemple 2 : Densification des sols constitués par des limons Dans le cas de couches de sol limoneux, le procédé selon l'invention permet d'obtenir une densification telle que le taux de travail q a peut atteindre la valeur d'environ 200 KPa. On a reproduit ci-dessous un tableau analogue à celui de l'exemple précédent, à la différence près que dans le cas de sol limoneux, la mesure de la résistance en pointe au pénétromètre peut être faussée par l'apparition de surpression interstitielle sous la pointe du pénétromètre. C'est la raison pour laquelle la notion de résistance en pointe au pénétromètre qc a été remplacée par celle de pression limite P1 qui est mesurée au pressiomètre de manière conventionnelle. Dans le tableau ci-dessous Pli est la valeur initiale de la li pression limite dans le terrain à densifier conformément à l'invention. En mettant en oeuvre le procédé selon l'invention par injection dans des sols limoneux d'une proportion de mortier Av/v Z indiquée dans le tableau ci-dessous, on peut obtenir des modules de déformation finaux d'environ 6 MPa et des pressions limites finales d'environ 600 KPa. Epj (NPa) Pli (kPa) i v/v Z 2,5 250 5 3 300 3 5 500 1 Exemple 3 : Sols contenant 10 Z d'argile avec un indice de plasticité inférieur à 10. Dans de tels sols, on peut conformément au procédé selon l'invention atteindre par densification des taux de travail q a d'environ 100 kPa. Les proportions de mortier à injecter iEV/V Z sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Epi (NPa) Pli (lova) n v/v Z t 1,8 180 3 2 200 1,5 Le procédé selon l'invention permet d'obtenir dans de tels sols contenant 10 Z d'argile, un module de déformation finale de l'ordre de 3 MPa et une pression limite finale d'environ 300 kPa. On remarque, que conformément à l'invention, il est possible d'augmenter les caractéristiques mécaniques des sols par un coefficient de 3,3 dans le cas de sols sableux, par un coefficient d'environ 2,4 dans le cas de sols constitués par des limons et par un coefficient d'environ 1,6 dans le cas de sols argileux. On voit que le procédé selon l'invention qui vient d'être décrit permet d'une manière simple, efficace et économique, en injectant un volume contrôlée de mortier de ciment, de réaliser une amélioration importante et fiable des caractéristiques mécaniques des sols. Bien entendu, en injectant des volumes de mortier inférieurs à ceux qui ont été indiqués ci-dessus il est possible d'obtenir ainsi conformément à l'invention, une amélioration moindre des caractéristiques mécaniques initiales mais les valeurs préconisées permettent de réduire au minimum le tassement à long terme du sol ainsi traité, à condition que le seuil d'autoportance du sol soit dépassé. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réaliser la densification de couches de sols, du type dans lequel on injecte un mortier dans le sol à partir de multiples forages (1,2,3) caractérisé par le fait que l'on procède à une première série d'injections d'un mortier très visqueux et d'angle de frottement interne très élevé, réalisées à partir de forages (1) réalisés selon un premier maillage, l'injection du mortier s'effectuant dans une couche de sol à une profondeur (6) comprise entre 2 et 30 mètres environ, puis que l'on procède à une seconde série d'injections du même type de mortier dans des forages (2) réalisés selon un second maillage disposé au centre des mailles du premier maillage, les injections étant conduites de manière à ce que le volume total de mortier injecté dans le sol au cours de la mise en oeuvre du procédé soit inférieur à 7 Z du volume total du sol dans le cas de sols constitués par des sables, inférieur à environ 5 Z du volume total du sol dans le cas de sols constitués par des limons et inférieur à environ 3 Z du volume total du sol dans le cas de sols contenant environ 10 Z d'argile colloidale. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on réalise l'injection du volume de mortier selon plus de deux séries d'injection pratiquées dans des forages réalisés selon plus de deux maillages, chaque maillage étant situé au centre des mailles formées par les maillages précédents. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la quantité totale de mortier qui doit être injectée dans le sol est répartie de manière sensiblement égale entre les différents forages. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mortier injecté est constitué par 10 A 15 Z en poids de ciment ou autre liant avec un rapport eau/ciment compris entre environ 0,15 et 0,30 Z et un agrégat de sable fin ayant une granulométrie de 100 Z inférieure à 2 cm et de 25 Z inférieure à 0,1 cm. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'affaissement au cône d'Abrahams du mortier utilisé est compris entre environ 3 et 4 cm. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les forages (1) réalisés pour constituer le premier maillage constituent des mailles d'environ 5 à 7 mètres de côté. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les forages (1, 2, 3) ont un diamètre compris entre environ 50 et 100 mm. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lors de sa mise en oeuvre dans un sol argileux, il comporte la mise en place de drains verticaux situés au centre du maillage final pour dissiper rapidement la surpression interstitielle de la couche en cours de traitement.