Brevet FR2674267A1 — publié le 19920925

La présente invention concerne un système pour l'injection forcée de sable ou de matériaux granulaires en général, ainsi qu'un appareillage pour la mise en oeuvre de ce système. Dans le domaine d'activité des ouvrages de génie civil, il est de plus en plus indispensable d'exploiter des sols dont les qualités mécaniques sont mauvaises, et ceci impose la nécessité d'améliorer, y compris en profondeur, les caractéristiques de ces sols Par ailleurs, on connaît, depuis très longtemps déjà, la technique qui consiste à mélanger des agents chimiques à la terre pour obtenir la consolidation et la stabilisation du sol. L'une des techniques pour obtenir ce qui vient d'être mentionné, appliquée selon plusieurs variantes au cours de ce siècle, est le "jet- grouting" (injection de mortier), cette technique originaire du Japon s'est ensuite rapidement étendue en Europe et en Amérique, sa méthodologie d'application ayant subi des évolutions permanentes. La technique d'injection de mortier permet d'obtenir des colonnes de terre consolidée au moyen de l'injection sous une vitesse élevée de mélanges chimiques dans le sol; l'effet de ces injections est la désagrégation du sol et le mélange de celui-ci avec les agents ainsi introduits. Les technologies actuelles en usage prévoient la réalisation de colonnes consolidées profondes réalisées au cours des phases opérationnelles suivantes: ( 1) Perforation du sol avec rotation et destruction du noyau, avec utilisation d'un conduit approprié à un seul ou plusieurs canaux, qui comporte à son extrémité placée au fond un ou plusieurs orifices qui permettent la sortie des liquides et des mélanges injectés. ( 2) Traitement du sol obtenu en imprimant au conduit un mouvement de rotation lors de sa remontée, avec des temps et des vitesses pré- définies et injection simultanée. La différence entre les principaux systèmes en usage concerne cette deuxième phase, à savoir: a) Le système C C P Le conduit est à un seul canal et l'opération consiste à injecter horizontalement du mortier de ciment Ce système est donc monofluide (voir ATTI delle Conference di Geotecnica di Torino, XII ciclo "'Recenti sviluppi nel campo dei pali di Fondazione" G. Botto "Progressi nelle techniche del jet-grouting"- Edizioni Dipartimento di Ing Strutturale del Polit di Torino, p 12). b) Système C J G _ Kajima Le conduit est à trois canaux à orifices superposés A partir de l'orifice supérieur, est appliquée une injection horizontale d'eau entourée d'air comprimé et à partir de l'orifice inférieur est appliqué le mortier au ciment sous pression Ce système est donc à trois fluides (Document cité page 15). c) Système J S P Le conduit est à deux canaux et les orifices des deux canaux sont concentriques; à partir de l'orifice central est appliquée la projection horizontale de mortier au ciment entouré d'air comprimé sortant par l'orifice périphérique Ce système est donc à deux fluides. (Même document que celui cité ci-dessus p 3). Les technologies mentionnées ci-dessus, articulées en plusieurs variantes, mais avec la composante unique de l"'injection" à très haute vitesse de mortier au ciment, présentent l'inconvénient que, dans le cas o le sol manque de squelette, contient des parties organiques en quantités notables, présente un degré de porosité important, est le siège de nappes aquifères circulantes, le processus d'hydratation du liant peut subir des retards importants ou s'avérer d'une efficacité pratiquement nulle. Il est donc nécessaire de prévoir également l'apport dans la terre d'additifs tels que, entre autres, des sables silicieux monogranulaires, des carbonates de calcium, des chlorures de calcium ou autres sous forme de granulés et/ou de fils afin que le traitement du sol soit efficace pour améliorer ses caractéristiques mécaniques. Pour pallier les carences précitées du système et pour permettre l'apport de matériaux inertes additifs, plusieurs variantes de ce système ont été mises au point en Italie, à savoir: a) Formation de colonnes d'injection, dans lesquelles on introduit, pendant la phase d'agglomération du sol, une certaine quantité de graviers fins (système d'injection de graviers PRESSPALI). b) Introduction dans le sol, avant la phase d'injection du mélange cimenté, d'une quantité appropriée de matériaux granulaires avec utilisation de l'action du jet d'eau Cette technique précède donc la phase du cimentage et a pour objet de remplacer le sol in situ par des matériaux inertes (Système de substitution hydrique - Fondedile). L'objet de la présente invention est d'obtenir des colonnes de terre consolidées au moyen de l'injection forcée de mortier de ciment et de matériaux inertes, principalement du sable ou du gravier fin, introduits et mélangés dans le sol au cours d'une seule phase. L'invention est expliquée plus en détail ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente l'ensemble de l'installation selon l'invention; les figures 2 et 3 représentent en coupe axiale la tige de perforation-injection, selon la ligne B-B ainsi que la tête d'adduction; et la figure 4 représente le système de fonctionnement de la tige de perforation. Le bras mécanique 1 représenté sur la figure 4 supporte la tige de perforation-injection 2 Ladite tige 2 commence à éjecter par les tuyères 3 de l'eau sous forte pression en vue de briser le sol jusqu'à la profondeur prédéterminée Simultanément, afin de polariser le jet d'eau, de l'air comprimé sort de la chambre annulaire 4 pour s'échapper au point 5 Lorsque la tige 2 est arrivée à la profondeur prédéterminée, il s'est formé une colonne dans laquelle la terre est brisée et imbibée d'eau, prête à recevoir les matériaux destinés à la consolider Afin de fermer l'injection d'eau du trou 7 on introduit une bille 6 La tige 2 de perforation-injection est formée de plusieurs batteries de tiges concentriques entre lesquelles est définie une chambre annulaire 4 dans laquelle pénètre un jet de sable et d'air à travers le trou d'admission 26 o un entonnoir 27 est placé pour protéger la partie supérieure du conduit 8 contre toute pénétration de sable sous pression. Au centre de la tige 2, le conduit central ou la tige intérieure 8, en caoutchouc ou en acier, est raccordé à son extrémité il à la tête supérieure d'adduction 17, rotative, qui permet au mortier entré par le trou 12 de s'introduire dans la tige centrale 8 dont l'autre extrémité 10 est raccordée au dispositif "moniteur" ou élément de distribution Par le trou 12, le mortier pénètre dans l'orifice 13 pour sortir par deux ou plusieurs tuyères rotatives 14, disposées en direction radiale. La tige de perforation-injection 2 effectue l'opération de fracturation du sol dans la descente et l'opération de consolidation avec introduction sous pression de matériaux inertes fluides et consolidantes lors de sa remontée L'installation est composée essentiellement de réservoirs 29 contenant du sable ou du gravier fin qui, au moyen d'une vis sans fin ascendante 28, est envoyé aux propulseurs 15 lesquels, par le conduit 16, envoient le sable ou le gravier vers la tête d'adduction 17 pour le faire sortir par les tuyères 5. L'appareillage pour le pompage du sable est constitué d'une chambre d'expansion de l'air comprimé 18, d'un dessicateur 19, d'un appareil de réfrigération 20 et d'un motocompresseur 21. L'autre branche pour l'injection du mortier à travers le tube 22 est équipée d'une pompe à haute pression 23 qui prélève le mortier des mélangeurs 24 alimentés par le réservoir à ciment 25. REVENDICATIONS 1 Système et installation pour l'injection forcée de sable ou de gravier fin, secs, avec addition d'agents consolidants sous forme liquide, pour la réalisation de colonnes de terre consolidée, comprenant une tige double pour la perforation-injection dans le sol munie d'une tête d'adduction rotative, caractérisé par le fait que la tige de perforation-injection accomplit au cours de la descente le travail de fragmentation du sol au moyen d'un jet d'eau sous haute pression et, au cours de la remontée, éjecte à travers des tuyères un jet de sable ou de gravier fin sous l'effet d'air fortement comprimé et procède, à partir du tube central, à une éjection du mortier par les tuyères, l'ensemble des opérations s'accomplissant sous rotation, permettant ainsi une distribution homogène et dirigée radialement des éléments consolidants. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans l'espace annulaire de la tige de perforation-injection, est injecté du sable ou du gravier fin sous l'effet d'air comprimé. 3 Installation selon les revendications précédentes, caractérisée par la succession des étapes suivantes: (a) stockage dans des silos étanches de matériaux additifs sous forme granulaire et/ou filaire; (b) transport desdits matériaux au moyen d'une vis sans fin avec trémie de prédosage des quantités requises pour la réalisation d'une colonne consolidée, équipée d'une balance et d'un appareillage de relevé et d'enregistrement des débits et des dosages desdits matériaux; (c) transport et introduction, au moyen d'une vis sans fin, des matériaux précités dans des propulseurs en forme de cylindres ou de semi-cônes renversés, sous pression et munis de clapets de tête et de pied à commande électro-pneunatique ainsi que des soupapes nécessaires pour opérer la décompression à l'intérieur de chaque propulseur au moment de l'expulsion du matériau; (d) transport desdits matériaux à l'intérieur de tuyauteries jusqu'à l'orifice de sortie, annulaire, périphérique, programmé sur le "moniteur", ce transport s'effectuant à travers le dispositif "tête d'adduction rotative" et la batterie de tiges de perforation-injection dans sa section annulaire-périphérique à l'aide d'air comprimé. L'ensemble, tel que décrit, illustré et revendiqué peut subir des variantes, sans sortir du cadre de la présente invention.