Brevet FR2637925A1 — publié le 19900420

Procédé de consolidation des sols meubles et, plus particulièrement, des sols argileux. La présente invention a trait à un procédé de consolidation des sols meubles et, plus particulièrement, des sols argileux. I1 trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des travaux routiers, dans la réalisation de chemins, pistes en sol durci, sols industriels. On sait que, sous l'effet de l'eau, les argiles deviennent plasqiques et augmentent de volume. Cette très grande plasticité des argiles rend les sols argileux particulièrement mouvants. Une des techniques les plus couramment utilisées pour consolider les sols argileux consiste à introduire dans les sols des coulis, notamment des coulis minéraux qui, en se solidifiant, pemettent de consolider le sol. Il a été plus récemment proposé un procédé connu sous le nom de procédé JOOSTEN, selon lequel on injecte successivement dans des proportions déterminées une solution concentrée de silicate de sodium et une solution de chlorure de calcium qui durcit et rend imperméable à l'eau le terrain imprégné. I1 s'agit là de procédés dont la mise en oeuvre est coûteuse car, les sols argileux étant compacts, ces coulis doivent être injectés sous pression, ce qui necessite une grande dépense d'énergie mécanique. Un autre procédé consiste à retirer sur une certaine épaisseur le matériau argileux, à le malaxer avec un liant hydraulique tel que du ciment ou de -la chaux, puis à répandre le mélange obtenu sur la surface du sol d'où a été prélevé le matériau argileux. Un tel procédé est d'une mise en oeuvre longue et nécessite également une grande dépense d'énergie mécanique. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un procédé qui permet, dans une première étape, de rendre perméables les sols argileux, ce qui, ensuite1 facilite grandement la pénétration du coulis. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'on procède, dans une première étape, à une floculation des argiles en vue de les rendre perméables, et en ce que l'on consolide, dans une seconde étape le sol argileux floculé. Le traitement de floculation, auquel est soumis le sol argileux, dépend de sa nature et, plus particulièrement, de la nature chimique de l'eau interstitielle. Si l'eau interstitielle est basique (argiles la floculation est effectuée par un traitement basique. Si l'eau interstitielle est acide (argiles acide, la floculation est obtenue par une solution aqueuse alcaline. Dans le cas des sols argileux basiques, on utilise avantageusement pour la floculation une solution aqueuse d'un acide fort, tel que l'acide sulfurique. La solution contient généralement 10 à 15 en volume d'acide sulfurique concentre. On peut ajouter à cette solution un agent tensio-actif (agent mouillant) qui facilite la floculation et qui peut être constitué, par exemple, par des bases pyridimiques sulfurées. Dans le cas des sols argileux arides, on utilise avantageusement pour la floculation une solution aqueuse d'un carbonate alcalin, tel que le carbonate de sodium (Ch Na2). La solution aqueuse de carbonate de sodium provoque une floculation immédiate en surface, se propageant progressivement en profondeur. La concentration du carbonate de sodium dans la solution dépendra de la teneur en eau du sol argileux à traiter et de la vitesse de propagation souhaitée. La proportion en poids du carbonate de sodium que l'on ajoute à la solution est, en général, comprise entre 10 et 50 %. L'arrosage de la surface à traiter par la solution de carbonate de sodium peut être éventuellement suivi d'arrosages modérés suivant le degré d'humidité du sol, de façon à obtenir une pénération de la solution d'environ 1cm/heure. Dans le cas de sols très argileux, il est recommandé de procéder à une scarification, ce qui facilite la pénétration de la solution de carbonate de sodium. Cette opération de scarification est particulièrement recommandée lorsque l'on a à traiter des sols humides ou compacts, dans lesquels on a une compression et un aplatissement des feuillets argileux les uns sur les autres, augmentant encore l'imperméabilité de l'argile. Si le sol à traiter a une forte teneur en eau ou si le procédé est mis en oeuvre par temps humide, il peut être souhaitable de traiter le sol par saupoudrage du carbonate de sodium, de façon à limiter l'apport d'eau. Le traitement au carbonate de sodium peut être éventuellement suivi par un traitement au chlorure de calcium effectué dans les mêmes conditions et qui permet d'améliorer encore la rapidité de propagation de la floculation. Ce traitement au chlorure de calcium est, toutefois, à éviter si le sol doit être ensuite consolidé par un coulis de silicate de sodium, compte tenu de la très grande réactivite du chlorure de calcium avec le silicate de sodium. Après l'étape de floculation, on peut soit procéder à un simple compactage du sol si l'on désire recouvrir celuici d'une couche imperméable, soit procéder à une consolidation par épandage d'un coulis. Parmi les coulis susceptibles d'être utilisés, on peut citer les coulis minéraux tels que les silicates alcalins, le lait de chaux, des coulis de ciment, des coulis organiques tels que des résines acryliques. Dans le cas où la consolidation est effectuée par un coulis minéral tel que le silicate de sodium, il suffit d'épandre à la surface du sol, qui aura été préalablement soumis à une floculation, une solution concentrée de silicate de sodium dont le rapport molaire SiOz/Na20 est compris entre 3 et 4, généralement égal à 3,3. ta concentration en silicate dans la solution aqueuse~est est généralement comprise entre 5 et 80 % en volume et sera fonction de la résistance mécanique souhaitée. Cependant si nécessaire, la concentration peut être plus faible ou plus élevée, le silicate pouvant même être utilisé pur. La-solution de silicate alcalin peut contenir un durcisseur qui permet de régler le temps de prise. Les durcisseurs sont généralement constitués par des diesters qui s'hydrolysent lentement en milieu aqueux pour donner des diacides neutralisant la soude du silicate et précipitant la silice. Le durcisseur est ajouté à la solution de silicate de sodium en quantités suffisantes pour permettre une neutralisation de la soude du silicate. La concentration en durcisseur est généralement comprise entre 4 et 15 parties en volume rapporté au volume de la solution. On peut éventuellement faciliter l'absorption du silicate de sodium par le sol en faisant précéder l'arrosage par un hersage rotatif ou non faisant foisonner la couche traitée. Dans le cas où l'on utilise un carbonate alcalin tel que le carbonate de sodium pour floculer l'argile, il est recommandé de tamponner la solution de silicate de sodium, car le carbonate de sodium présente une grande réactivité vis-à-vis du silicate de sodium. On réalise le coulis tamponné avec des mélanges tampons classiques qui permettent de stabiliser le pH à une valeur comprise entre 8 et 10, de préférence égale à 9, par exemple par un mélange acide borique-chlorure de potassium-soude. Le milieu (durcisseur) réagit d'abord avec le tampon avant de précipiter la silice du coulis, augmentant ainsi le retard de prise et améliorant la profondeur de sol traité. La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comporte les phases préparatoires suivantes - une étude en laboratoire d'un échantillon du sol à traiter en vue de déterminer ses caractéristiques (nature du sol, sa teneur en eau) et d'adapter le procédé au sol à traiter - la préparation des solutions qui seront utilisées, d'une part, pour la floculation et, d'autre part, pour la consolidation - la préparation du sol (on retire la terre arable sur une épaisseur voulue, par exemple 25 cm et, éventuellement, on scarifie). On procède ensuite à l'épandage des solutions sur la surface du sol à traiter (solution de carbonate alcalin ou solution d'acide sulfurique avec ajout d'un agent tensioactif) qui va entraîner la floculation des argiles. I1 va être donné, ci-dessous, quelques exemples de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, à titre illustratif et non limitatif. EXEMPLE 1. On a procédé en laboratoire à l'étude d'échantillons de pozdol de Sologne (pozdol de Sologne à pH On a effectué une série d'essais sur des éprouvettes qui ont été obtenues en prélevant le sol en masse. On a soumis ces éprouvettes à un traitement par le carbonate de sodium. On a utilisé des solutions aqueuses de carbonate de sodium contenant 10 -, 30 o et 50 s en poids de carbonate de sodium. On a observé une floculation immédiate en surface, se propageant progressivement vers la profondeur de l'éprouvette. La vitesse de propagation était d'environ 1cm/heure. On a procédé ensuite à la consolidation, en faisant pénétrer par arrosage une solution aqueuse de silicate de sodium de rapport SiO2/Na20 égal à 3, contenant 70 % en volume de silicate de sodium préalablement tamponné à pH 9. On a ajouté à la solution 10 % en volume d'un durcisseur constitué par un mélange d'esters (glutarate-adipatesuccinate méthylique et/ou éthylique -durcisseur D 1000 commercialisé par la société Rhône Poulenc). A titre de comparaison, on a procédé à la consolidation de ces mêmes éprouvettes de sol par injection de la meme solution de silicate de sodium (procédé antérieur). Dans le cas du procédé antérieur, le silicate de sodium ne parvient pas à pénétrer dans le sol et la consolidation est pratiquement nulle. Par contre, la résistance à -la compression Sdu sol traité a eté nettement augmentée. EXEMPLE 2. On a procédé en laboratoire à l'étude d'échantillons de pozdol de Sologne (argile basique) dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple précédent. On a utilisé pour la floculation une solution qui avait la composition suivante - 10 % en volume d'acide sulfurique concentré, - 10 o en volume d'un agent tensio-tctif (LIMITAQUE P 44 L2, commercialisé par la Société CACI), - 80% en volume d'eau. On a observé une floculation rapide en surface se propageant progressivement vers la profondeur de l'éprouvette. On a procédé ensuite à la consolidation en faisant pénétrer une solution aqueuse de silicate de sodium présentant la même composition que celle donnée dans l'exemple 1 (mais sans tamponné On observe une augmentation de la tenue du sol à la compression. EXEMPLE 3. On a traité une surface de pozdol en Sologne à pH On a arrosé ensuite la surface avec une solution de silicate de sodium contenant 70 % en volume de silicate et 10 % de durcisseur D 1000, à raison de 7 ltm2. Après un délai d'une vingtaine de minutes permettant la pénétration du silicate de sodium, on a damé le sol au rouleau vibrant et au bout d'une heure la consolidation du sol était devenue manifeste. t'épaisseur de la croute indurée obtenue était de 6 cm. Deux semaines plus tard, on a procédé à des essais de portance en faisant passer un tracteur forestier (3 allers-retours). Aucune déformation ni à la charge, ni à la friction par les crampons de pneumatique n'a été observée. Le sol non traité a été par contre fortement déformé. A la pluie, la zone traitée reste inchangée alors que le sol naturel environnant perd toute résistance et est impraticable au tracteur. REVENDICATIONS. 1. Procédé de consolidation des sols meubles et plus particulièrement des sols argileux, caractérisé en ce que l'on procède, dans une première étape, à une floculation des argiles en vue de les rendre perméables, et en ce que l'on consolide, dans une seconde étape, le sol argileux floculé. 2. Procédé selon la revendication 1 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en - ce que, dans le cas des argiles acides, on flocule par une solution aqueuse alcaline. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la solution aqueuse acide est une solution sulfurique. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce. que la solution aqueuse sulfurique contient 10 à 15 en volume d'acide sulfurique concentré rapporté au volume de la solution. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la solution aqueuse sulfurique contient un agent tensio-actif. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé ence que l'agent tensio-actif est constitué par une base pyrimidique sulfurée. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la solution aqueuse alcaline est une solution aqueuse de carbonate alcalin. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le carbonate alcalin est le carbonate de sodium. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la concentration en carbonate de sodium est comprise entre 10 et 30 eB en poids. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce Iie, r dans le cas de sols très argileux, on scarifie le sol à traiter, avant l'épandage de la solution de carbonate de sodium. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que, dans le cas où le sol argileux présente une forte teneur en eau, on saupoudre, après éventuellement une scarification du sol, le carbonate de sodium sur la surface du sol à traiter, de façon à limiter l'apport d eau. 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le traitement au carbonate de sodium est complété par un traitement au chlorure de calcium. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de floculation est suivie d'un compactage. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la consolidation s'effectue par épandage d'un coulis, notamment d'un coulis minéral. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le coulis minéral est une solution aqueuse d'un silicate alcalin, tel que le silicate de-sodium. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, dans le cas où l'on utilise une solution de carbonate de sodium pour effectuer la floculation, la solution de silicate de sodium est tamponnée, de façon à stabiliser le pH à une valeur de l'ordre de 9.