Brevet FR2673652A1 — publié le 19920911

La présente invention concerne un système de construction de colonnes de terrain consolidées ainsi que l'équipement qui permet d'appliquer ce système. Dans le domaine de la consolidation et de la stabilisation en profondeur des terrains instables (par exemple limon, sable, argile, tourbe, lignites, etc) la technique consistant à mélanger des agents chimiques tels que du calcium et du ciment avec la terre pour renforcer les caractéristiques mécaniques du terrain est bien établie en elle-même. Des techniques du même type étaient connues des Romains et des Chinois qui avaient coutume de stabiliser et de consolider des argiles limoneuses au moyen de mélanges de chaux. Actuellement, de nombreuses études et applications de ces systèmes se font en Hollande, en France, au Japon et en Italie. La technologie appliquée jusqu'à maintenant vise à former des colonnes consolidées profondes grâce aux opérations suivantes: 1 Concassage mécanique du terrain en introduisant un malaxeur- désintégrateur à lame tournante ou à pelle dans le terrain, à sec dans le cas d'un terrain meuble inconsistant ou à l'aide d'eau pour faciliter la pénétration de l'outil concasseur dans des terrains souples consistants. Dans certaines applications, ce concassage est obtenu en utilisant de l'eau, par injection du fluide (eau) à très grande vitesse et sous forte pression. 2 Injection d'agents chimiques de stabilisation dans le terrain et malaxage de ces produits avec le terrain. Les applications réalisées jusqu'à maintenant ont utilisées diverses technologies telles que: - a) l'introduction forcée de l'agent chimique à sec pendant l'extraction de l'outil concasseur-malaxeur au moment o la direction de rotation de l'outil est inversée (procédé suédois L-C-M), comme indiqué dans:ATTI dell'ISTITUTO DI SCIENZA DELLE COSTRUZIONI Politecnico di Torino, Ing Marco Bertero, Paolo Marcellino "DEEP STABILISATION" Novembre 1981, no 5, p 20. b) l'introduction de l'agent chimique sec par une conduite montée à l'extrémité inférieure de l'outil concasseur-malaxeur se trouvant en haut du dispositif concasseur-malaxeur d'un convoyeur à vis pour introduire et répartir l'agent dans le terrain et en même temps extraire l'outil en inversant sa direction de rotation (procédé japonais D-L-M); (Publication citée ci-dessus) p 21. c) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par une conduite dont l'extrémité inférieure se trouve sur le dessus de l'outil concasseur-malaxeur en appliquant un procédé semblable à celui du système -décrit ci-dessus au paragraphe b) (procédé japonais C-M-C) (Publication citée ci-dessus) p 22. d) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par une conduite montée le long de l'axe du concasseur-malaxeur et dont la sortie se trouve à l'endroit de la lame ou de la pelle en appliquant un procédé semblable à celui des systèmes décrits ci-dessus au paragraphe b) et c) (procédé japonais D-M-C) (Publication citée ci-dessus) p 23. e) l'introduction de l'agent chimique à l'état fluide (mélange eauciment) par un arbre creux monté à l'extrémité inférieure de l'outil concasseur-malaxeur. L'introduction du mélange se fait, pendant l'insertion et la pénétration de l'outil dans le terrain, grâce à une injection sous pression par des sorties d'extrémités latérales et inférieures prévues à l'endroit de l'outil. L'outil est ensuite retiré en inversant sa direction de rotation (procédé italien ELSE) (Publication ci-dessus, p 23). Les techniques de malaxage définies ci-dessus, à savoir l'introduction dans le terrain de produits secs en poudre (chaux-ciment) ou des systèmes de jet de ciment humide ont l'inconvénient, lorsque le terrain se caractérise par une absence de structure, une teneur considérable en éléments organiques ou un excès de sulfates, ou en tout cas possède un niveau de porosité considérable, de retarder considérablement ou même de rendre totalement inefficace la procédure d'hydratation du matériau liant. Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des additifs tels que des sables de silicium monogranulaires, des carbonates chlorés ou des carbonates de calcium ou autres, soit sous forme de granulés, soit filiformes mais non pulvérulents pour garantir l'efficacité du traitement du terrain Les avantages de la présente invention viennent de l'introduction des additifs indiqués ci-dessus par injection forcée de matériaux granulés ou filiformes afin de former une structure interne dans le terrain traité qui de ce fait présente des caractéristiques mécaniques renforcées. L'invention va être exposée plus en détail ci-dessous en se référant aux figures annexées qui représentent des applications et dans lesquelles la figure 1 représente, sous forme schématique, tout le matériel de consolidation du terrain dans son ensemble; la figure 2 représente une coupe partielle de la broche pénétrant dans le terrain; la figure 3 est une coupe le long de l'axe A-A; la figure 4 représente l'extrémité de la broche pénétrant dans le terrain pendant son retrait; la figure 5 est une vue en perspective de la figure 4; la figure 6 représente les phases successives des opérations; la figure 7 représente la fonction des propulseurs sous forme schématique; et la figure 8 représente un détail des propulseurs avec un espace différent des vannes. La figure 1 représente le bras mécanique 1 qui permet d'entraîner la broche 2 en rotation et en pénétration pour concasser et émietter la terre L'action mécanique de concassage et d'émiettage du terrain s'obtient en introduisant dans le terrain un outil 3 qui peut être rigidement fixé à l'extrémité inférieure de la broche de pénétration 2 Cet outil 3 comporte deux ou plusieurs lames tranchantes 4 L'outil est introduit dans le terrain grâce à une poussée en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre soit à sec soit avec la circulation de fluides introduits dans le tube 5 grâce à la pompe 6 qui prélève le liquide dans le réservoir 7 Les liquides sont introduits uniquement lorsque la nature du terrain nécessite leur emploi. Les dimensions de la lame de l'outil déterminent le diamètre de la colonne à créer et la forme ainsi que l'inclinaison appropriées à la fois à l'insertion dans le terrain avec la vitesse d'avance nécessaire et également au concassage et au malaxage du terrain La broche creuse 2 peut avoir une section transversale polygonale ou cylindrique et se trouve adaptée à l'intérieur de conduites tubulaires, dont la conduite centrale 8 sert au transfert des liquides de consolidation et la colonne voisine 9 au passage des liquides destinés à humidifier le terrain entourant la trajectoire de la broche de pénétration Les liquides sortent du tube 9 aux points 10 et 11 dans une direction radiale Lorsque le terrain a été mécaniquement concassé par la broche 2, grâce à l'injection forcée de sable ou de gravier, la broche commence à revenir en surface et, pendant ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, du ciment est introduit à force à partir du tube 12 qui est assemblé au tube central 8 de la broche creuse 2 au point 13. L'équipement de l'ensemble d'injection comprend un système d'alimentation 14, des silos à ciment et à matériau inerte 15, une cloche à air 16, un système de dessication 17, une unité de refroidissement 18 et un compresseur 19 qui sert à créer la poussée exercée sur les propulseurs 23 de matériaux et un générateur 20 Les matériaux de consolidation sortent par une ou plusieurs sorties 21. En fonction de la stratification du terrain, l'opérateur utilise le tube 9 pour injecter le fluide nécessaire à l'humidification du terrain ainsi que les matériaux de consolidation. Le matériau de consolidation et tout fluide éventuel sont injectés à force dans le terrain par les sorties qui sont disposées de manière telle que lesdits matériaux soient répartis dans une direction radiale et de manière uniforme afin de s'assurer que le terrain va être consolidé de manière compacte et homogène La consolidation est considérée comme terminée lorsque la broche de pénétration est sortie du terrain, en formant ainsi une colonne de terrain consolidée 22 Le système de consolidation du terrain est fondé sur l'injection de sable ou de gravier au cours de l'opération de pénétration dans le sens des aiguilles d'une montre et l'injection de ciment lorsque la broche de pénétration est retirée du terrain par une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Par conséquent, tout l'ensemble d'injection se compose de deux silos, un pour le sable ou le gravier et l'autre pour le ciment Le matériau est introduit successivement à partir des silos 24-25 dans la chambre 26 dans l'entrée 27 du con- voyeur à vis à l'intérieur duquel le système d'injection 28 introduit les quantités de ciment et de sable ou de gravier qui sont appliquées aux propulseurs 29-30 Ces propulseurs comportent une vanne supérieure 31 qui s'ouvre vers le bas sous l'action du poids du matériau qui y pénètre et à leur partie inférieure un disque ou vanne guillotine 32 qui est commandé soit par un dispositif électropneumatique, soit par un dispositif mécanique Les vannes fonctionnent en alternance; lorsque le premier propulseur est rempli de matériau la vanne supérieure 31 se ferme, la vanne infé- rieure 32 s'ouvre et le matériau tombe dans le tube 33 et l'air comprimé contenu dans le tube force le matériau dans le terrain à consolider à travers la broche creuse 2 Une vanne 34 joue le rôle de décompresseur pour chaque propul- seur Le mélange liant mélangé avec la terre déjà concassée forme une pâte homogène, les actions d'hydratation étant assurées par l'eau qui est naturellement contenue dans le terrain ou qui a été introduite en enfonçant l'outil pour concasser le terrain comme indiqué ci-dessus. Le dispositif est complété par une trémie d'entrée, usuelle, équipée de balance et d'équipement d'indication et d'enregistrement, également connus. REVENDICATIONS 1 Système et appareil pour consolider des colonnes de terrain par injection forcée de matériaux inertes, qui peuvent être granulés, essentiellement du sable ou du gravier ainsi que des agents de consolidation secs, comprenant une broche de pénétration ( 2) à l'intérieur de laquelle se trouvent des tubes ( 8) pour l'injection forcée des liants de consolidation et un tube ( 9) pour l'injection forcée des fluides ainsi qu'un outil intégré ( 3) à l'extrémité inférieure de la tige ( 2) qui est équipé de lames tranchantes ayant pour objet de dégager et de concasser le terrain et de former un orifice dont le diamètre est égal à la largeur de l'outil et qui est caractérisé par le fait que les tubes à l'intérieur de la tige ( 2) injectent à force dans le terrain grâce aux propulseurs ( 23) un matériau granulé, essentiellement du sable ou du gravier, ainsi que des agents de consolidation et des fluides en fonction de la nature du terrain. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la broche ( 2) qui pénètre dans le terrain peut avoir une section polygonale ou circulaire. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lames de l'outil de coupe ( 3) sont légèrement inclinées par rapport au plan horizontal. 4 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les sorties ( 21, 10 et 11) qui canalisent le matériau de consolidation et les fluides sont disposées dans des directions radiales afin d'obtenir un amalgame optimal des matériaux de consolidation et du terrain. 5 Système selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que la réalisation et la consolidation de la colonne de terrain ( 22) se font pendant que la tige de pénétration ( 2) est dégagée du terrain. 6 Système selon les revendications précédentes, r caractérisé par les étapes suivantes: a) stockage dans des silos étanches de matériaux granulés et/ou filiformes et de matériaux liants en poudre; b) transport des matériaux ci-dessus en quantité prédéterminée nécessaire pour obtenir une colonne consolidée au moyen de convoyeurs à vis distincts jusqu'à la trémie d'entrée équipée de balance et d'équipement indiquant et enregistrant la charge et les doses de matériaux granulés et en poudre; c) transport et injection au moyen de convoyeurs à vis des matériaux granulés inertes et des agents de consolidation dans des propulseurs sous pression de forme cylindrique ou tronconique inversée équipés en haut et en bas de vannes étanches à commande électro-pneumatique et de vannes de décompression à l'intérieur du propulseur qui fonctionnent au moment de la décharge des matériaux; d) transport des matériaux mentionnés ci-dessus par des tubes jusqu'aux orifices de sortie qui sont situés au même endroit que l'outil de concassage et de mélaxage grâce à de l'air comprimé qui, pour cette application particulière, a été refroidi et asséché.