Brevet FR2639381A1 — publié le 19900525

À^ 2639381 Procédé de reconstitution de sols à l'aide d'un matériau de consolidation mélangé et iniecté sous une pression très élevée et dispositif de reconstitution des sols pour la mise en oeuvre de ce Procédé. La présente invention se rapporte en général à un procédé de reconstitution de sols à l'aide d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée ou d'une combinaison d'un matériau de consolidation du type à prise lente et d'air sous pression élevée, pour reconstituer les sols mous et consolider les fondations d'un 1O chantier de construction. Plus particulièrement, deux composants du matériau de consolidation du type à prise instantanée sont injectés en même temps dans le sol à travers une buse de mélange de deux fluides. - De plus, la présente invention se rapporte à un dispositif de reconstitution de sols faisant appel à une buse de mélange de deux fluides. Divers procédés conventionnels de reconstitution de sols faisant appel à un jet de matériau de consolidation ont déjà été proposés. Dans ces procédés, l'injection d'un jet sous pression et vitesse élevées a été appliquée uniquement à un matériau de consolidation du type à prise lente; par contre, un matériau de consolidation du type à prise instantanée était injecté sous une pression faible, voisine de la pression ambiante. La valeur maximale d'injection sous pression élevée obtenue jusqu'à présent est de 196.105 Pa (200 kgf/cm2), et aucun dispositif d'injection apte à fournir une pression d'injection plus élevée n'a encore été proposé. Le matériau de consolidation du type à prise instantanée ne peut être utilisé dans un tel procédé de reconstitution de sols du type à injection sous pression élevée parce que ledit matériau de consolidation est composé de deux liquides séparés qu'il convient de mélanger après l'injection. Si ces deux liquides sont mélangés avant l'injection, le matériau de consolidation se durcira entièrement ou partiellement dans la pompe ou le tuyau d'injection. C'est pourquoi le procédé d'injection sous pression élevée fait actuellement appel à un matériau de consolidation du type à prise lente nécessitant une longue période de temps pour son durcissement. Cependant, le matériau de consolidation du type à prise lente donne lieu parfois à des problèmes en raison de sa faible vitesse de durcissement. Par exemple, si le volume injecté est augmenté, le matériau de consolidation à prise lente aura tendance à refluer et à s'échapper du tuyau d'injection. Dans le cas d'un angle d'injection particulier, comme pour l'injection horizontale ou orientée vers le haut, notamment, on se heurtera à un tel problème et le procédé d'injection sous pression élevée ne pourra donc pas être utilisé. Dans le procédé d'injection sous pression élevée, une force de réaction sera engendrée au niveau de la buse d'injection lorsque la pression d'injection est augmentée, et cette force de réaction sera appliquée à la tige d'injection. Le mouvement de rotation de la tige d'injection sera affecté par la force de réaction, ce qui entrainera des conséquences graves pour ladite tige. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé de reconstitution des sols à même de surmonter les problèmes décrits cidessus. La présente invention a également pour but de proposer un procédé de reconstitution des sols compatible avec tout type de matériau de consolidation. La présente invention a encore pour but de proposer un procédé de reconstitution des sols faisant appel à un matériau de consolidation du type à prise instantanée, injecté sous une pression ultra-élevée d'au moins 196.105 Pa (200 kgf/cm2), pour permettre la reconstitution de sols tendres et la consolidation des fondations de chantiers de construction. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de reconstitution des sols adapté pour la mise en oeuvre du procédé précité. Pour atteindre les buts précités, le procédé de reconstitution de sols selon la présente invention comprend une première étape consistant à insérer une tige d'injection dans le sol à reconstituer, ladite tige d'injection comportant un premier conduit et un second conduit entourant le premier conduit, ainsi qu'une première buse d'injection mise en communication avec le premier conduit et une seconde buse d'injection entourant la première buse et mise en communication avec le second conduit; une seconde étape consistant à introduire individuellement des premier et second composants d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée ou un matériau de consolidation du type à prise lente et de l'air sous pression élevée dans les premier et second conduits de la tige d'injection; et une troisième étape consistant à injecter les premier et second composants, ou le matériau de consolidation du type à prise lente et l'air sous pression élevée, à une pression ultra-élevée à travers les première et seconde buses pour qu'ils se mélangent l'un avec l'autre lorsque la tige d'injection, tout en tournant, est retirée vers l'arrière de sa position d'insertion. Selon un autre aspect de la présente invention, le dispositif de reconstitution des sols comprend une tige d'injection comportant un premier conduit à travers lequel un premier composant d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée ou un matériau de consolidation du type à prise lente est introduit et un second conduit à travers lequel un second composant du matériau de consolidation du type à prise instantanée ou de l'air sous pression élevée est introduit, le second conduit entourant le premier conduit un premier moyen d'injection mis en communication avec le premier conduit, moyen qui comprend une paire de premières buses d'injection disposées dans des positions opposées dans une paroi latérale de la tige d'injection à proximité de son extrémité libre; un second moyen d'injection mis en communication avec le second conduit, ce second moyen d'injection comprenant une paire de secondes buses d'injection disposées de manière à entourer respectivement les premières buses d'injection; et un moyen d'entraînement destiné à supporter la tige d'injection et à impartir à celle-ci un mouvement de rotation et un mouvement de va-et-vient. Les premiers et seconds composants du matériau de consolidation du type à prise instantanée sont introduits respectivement dans les premier et second conduits, sans être mélangés l'un à l'autre, sous une pression ultra-élevée. Ces composants sont injectés à travers les buses d'injection et mélangés soudainement pour former un jet de matériau de consolidation. Dans le cas de la combinaison du matériau de consolidation du type à prise lente et d'air sous pression élevée, le matériau de consolidation du type à prise lente et l'air sous pression élevée sont également introduits individuellement dans les premier et second conduits et injectés à travers les buses d'injection en vue du mélange du jet de matériau de consolidation et du jet d'air. Le jet de matériau de consolidation est enveloppé par les bulles d'air et est transporté de force sur une grande distance grâce à l'effet de rupture dynamique engendré lorsque les bulles éclatent. Le jet injecté à partir des buses situées d'un côté peut absorber la force de réaction engendrée par l'injection à partir du côté opposé. A mesure que la tige d'injection tourne et se retire de la position d'insertion, le sol entourant ladite tige d'injection est reconstitué de manière à former une couche cylindrique consolidée. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré présenté à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une illustration schématique d'un exemple d'une phase de travail dans laquelle la tige d'injection est insérée dans le sol; la figure 2 est une vue en coupe verticale de la partie d'extrémité de la tige d'injection de la présente invention; et la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne X - X de la figure 2. Sur la figure 1, le numéro de référence 1 désigne une tige d'injection comprenant un premier conduit 2a et un second conduit 2b, isolés l'un de l'autre comme représenté sur la figure 2. Le premier conduit 2a est disposé dans le coeur de la tige d'injection 1 et est entouré par le second conduit 2b. Le premier conduit 2a communique avec des buses centrales 3a et 4a qui sont placées selon des positions mutuellement opposées dans la paroi latérale à proximité de l'extrémité libre de la tige d'injection 1 et qui s'étendent radialement par rapport à l'axe longitudinal de la tige d'injection 1. Comme représenté sur la figure 3, le second conduit 2b communique avec des buses 3b et 4b dont les ouvertures annulaires entourent respectivement les buses centrales 3a et 4a. La tige d'injection 1 est supportée par une unité d'entrainement 5 servant à impartir à ladite tige un mouvement de rotation et un mouvement de va-et-vient. La tige d'injection 1 est reliée en outre à un premier tuyau d'alimentation 6a et à un second tuyau d'alimentation 6b par l'intermédiaire d'un joint pivotant 6. Le composant A d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée est introduit dans le premier conduit 2a à travers le premier tuyau d'alimentation 6a, et un composant B du matériau de consolidation du type à prise instantanée est introduit dans le second conduit 2b à travers le second tuyau d'alimentation 6b. En variante, un matériau de consolidation du type à prise lente en tant que tel est introduit dans le premier conduit 2a à travers le premier tuyau d'alimentation 6a et un gaz comprimé, tel que de l'air comprimé, est introduit dans le second conduit 2b à travers le second tuyau d'alimentation 6b. Les premier et second tuyaux d'alimentation 6a et 6b sont reliés à un compresseur, non représenté, pour délivrer un fluide sous pression ultraélevée, tel que le matériau de consolidation du type à prise instantanée ou le gaz. Le compresseur comprend un piston, une chambre de soupape, un cylindre et un élément sensible à la pression pour transmettre la pression du cylindre à la chambre de soupape. L'élément sensible à la pression se compose d'une huile active ayant une densité autre que celle du matériau de consolidation du type à prise instantanée, et d'un film élastique activé par l'huile active. L'huile active est déplacée en réponse au mouvement alternatif du piston pour que le matériau de consolidation puisse être introduit dans la chambre de soupape, puis évacué de celle-ci par la pression élevée. Dans ce compresseur, le matériau de consolidation est isolé du piston par l'intermédiaire de l'élément sensible à la pression. Par conséquent, le matériau de consolidation peut être évacué sans perte d'énergie due au frottement entre le piston et le matériau de consolidation. La chambre de soupape est munie d'une entrée à travers laquelle le matériau de consolidation est introduit dans la chambre et d'une sortie à travers laquelle le matériau de consolidation est évacué dans le tuyau d'alimentation. L'entrée et la sortie sont chacune munies d'une boite de soupape dont le siège de soupape a la forme d'un renfoncement semi-sphérique. Le siège de soupape est pourvu en outre de plusieurs orifices dans sa direction axiale. Le siège de soupape reçoit un obturateur de soupape ayant une forme sphérique qui lui est adaptée. L'obturateur de soupape est toujours sollicité vers le siège de soupape par un ressort. Ce mécanisme de soupape utilisant un obturateur de soupape sphérique contribue à l'accroissement de la pression d'évacuation. Il est préférable de réaliser l'unité d'entrainement 5 de telle manière que l'angle d'entrainement de la tige d'injection 1 puisse être modifié à volonté et que l'unité d'injection 5 en elle-même puisse être déplacée sans qu'il n'y ait besoin d'avoir recours à un mécanisme d'entraînement supplémentaire. L'extrémité libre de la tige d'injection 1 est munie d'un organe d'excavation 7 et d'une unité de lubrification 8, comme représenté sur la figure 2. L'unité de lubrification 8 libère du lubrifiant afin de faciliter le travail de l'organe d'excavation 7. Le déroulement du procédé de reconstitution des sols selon la présente invention va maintenant être décrit. Tandis que la tige d'injection 1 tourne et libère du lubrifiant à partir de l'unité de lubrification 8, elle est déplacée vers le sol M à reconstituer. Lorsque l'extrémité libre de la tige d'injection 1 parvient à une profondeur prédéterminée, l'unité de lubrification 8 se ferme pour arrêter la libération de lubrifiant. Le composant A du matériau de consolidation du type à prise instantanée (ou du matériau de consolidation du type à prise lente) est introduit sous une pression ultra-élevée dans le premier conduit 2a et le composant B du matériau de consolidation du type à prise instantanée (ou le gaz) est introduit sous une pression ultra-élevée dans le second conduit 2b. Les composants A et B sont injectés tous les deux vers l'extérieur à partir des buses d'injection 3a, 3b, 4a et 4b, tandis que la tige d'injection 1 est retirée vers l'arrière pendant qu'elle tourne. Grâce à cette injection en rotation, les composants A et B sont intégralement mélangés et une couche dure S essentiellement cylindrique est alors formée dans le sol M. Des expériences effectuées dans du sable ayant une valeur N de 15 à 20 ont conduit à d'excellents résultats sur le plan de l'effet de reconstitution; plus précisément, la couche dure cylindrique ayant un diamètre important, à savoir 3,70 m, a été obtenue dans les conditions suivantes: une pression d'injection de 292.105 Pa (400 kgf/cm2), un taux d'injection de 100 1/minutes, une vitesse de rotation de 8 tours/minutes et une vitesse de retrait de 2 cm/minute. Comme il est expliqué ci-dessus, le dispositif de reconstitution des sols selon la présente invention est capable d'injecter le matériau de consolidation du type à prise instantanée sous une pression ultra-élevée de 196.105 Pa (200 kgf/cm2) ou plus. Lorsque le matériau de consolidation du type à prise instantanée est constitué de deux composants, les deux composants peuvent être mélangés de manière suffisante et uniforme immédiatement avant leur application dans le sol sans reflux ni fuites. En revanche, lorsqu'un gaz comprimé, tel que de l'air comprimé, est injecté à partir d'une buse d'injection et que le matériau de consolidation du type à prise lente est injecté à partir de l'autre buse, des bulles se forment en raison du mélange du matériau liquide de consolidation du type à prise lente et du gaz comprimé. Le jet de matérieu de consolidation est enveloppé de bulles et transporté de force sur une grande distance par l'effet de rupture dynamique engendré lorsque les bulles éclatent. Une zone plus importante sera ainsi consolidée par une couche dure cylindrique de haute densité formée par le matériau de consolidation soumis à cette rupture. La couche dure cylindrique peut être formée dans n'importe quelle configuration telle qu'une disposition parallèle ou en alignement, comme.requis. Bien que l'invention ait été décrite en détail en référence à son mode préféré de réalisation, il est entendu que la présente description de ce mode préféré de réalisation peut être modifiée en ce qui concerne les détails de construction et les éléments constitutifs peuvent être combinés et re-disposés sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'invention telle que revendiquée ci-après. Par exemple, un côté des moyens d'injection 3 et 4 ou les tuyaux d'alimentation 6a et 6b peut être muni d'une soupape de régulation pour le contrôle des conditions d'injection, ou bien le compresseur peut être équipé d'un moyen de régulation. REVENDICATIONS 1. Procédé de reconstitution de sols, caractérisé en ce qu'il comprend: une première étape consistant à insérer une tige d'injection (1) dans un sol à reconstituer, ladite tige d'injection comprenant un premier conduit (2a) et un second conduit (2b) entourant le premier conduit, ainsi qu'une première buse d'injection (3a,4a) mise en communication avec le premier conduit et une seconde buse d'injection (3b,4b) entourant la première buse et mise en communication avec le second conduit; une seconde étape consistant à introduire individuellement des premier et second composants d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée ou un matériau de consolidation du type à prise lente et un gaz dans les premier et second conduits de la tige d'injection; et une troisième étape consistant à injecter les premier et second composants du matériau de consolidation du type à prise instantanée ou une matière de durcissement du type à prise lente et un gaz à une pression ultra-élevée à travers les première et seconde buses pour qu'ils se mélangent l'un avec l'autre, tandis que la tige d'injection est retirée de sa position d'insertion tout en étant mise en rotation. 2. Dispositif de reconstitution de sols caractérisé en ce qu'il comporte: une tige d'injection (1) comprenant un premier conduit (2a) à travers lequel un premier composant d'un matériau de consolidation du type à prise instantanée ou un matériau de consolidation à prise lente est introduit et un second conduit (2b) à travers lequel un second composant du matériau de consolidation du type à prise instantanée ou un gaz est introduit, ledit second conduit entourant le premier conduit; un premier moyen d'injection mis en communication avec le premier conduit (2a), moyen qui comprend une paire de premières buses d'injection (3a,4a) disposées dans des positions opposées dans une paroi latérale de la tige d'injection (1) à proximité de son extrémité libre; un second moyen d'injection mis en communication avec le second conduit (2b), et comprenant une paire de secondes buses d'injection (3b,4b) disposées de manière à entourer respectivement les premières buses d'injection; un moyen de génération de pression élevée pour appliquer une pression élevée aux premier et second composants du matériau de consolidation du type à prise instantanée ou au matériau de consolidation du type à prise lente, le moyen de génération de pression élevée étant relié à la tige d'injection (1); et un moyen d'entrainement (5) pour supporter la tige d'injection (1) et lui impartir un mouvement de rotation et un mouvement de va-et-vient; 3. Dispositif de reconstitution de sols selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit gaz est de l'air. 4. Dispositif de reconstitution de sols selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les buses d'injection (3a,4a,3b,4b) sont munies respectivement d'un régulateur pour le contrôle de la vitesse d'injection. 5. Dispositif de reconstitution de sols selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen de génération d'une pression élevée établit une pression élevée de 196.105 Pa (200 kgf/cm2) ou plus. 6. Dispcsitif de reconstitution de sols selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement (5) est capable de se déplacer sans qu'il n'y ait besoin de moyens supplémentaires d'entraînement.