Brevet FR2683561A1 — publié le 19930514

La présente invention a pour objet la réalisation de colonnes consolidées de section semi-circulaire et analogues, par injection à très haute pression, localisée et limitée, de mélanges à base de ciment. Dans le domaine d'activité des ouvrages de génie civil, la technologie d'exécution de diaphragmes continus à des fins statiques et/ou d'imperméabilisation est bien connue. De tels diaphragmes sont normalement formés par l'introduction d'un jet de béton et de mélanges plastiques dans des excavations adjacentes de plans rectangulaires obtenues en creusant à l'aide de bennes ou de fraises, ou bien dans des excavations tangentes ou se recoupant et à plans circulaires, par perforation du terrain qui est le siège de ce diaphragme. On connaît également la technique consistant à mélanger des agents chimiques au terrain dont les qualités mécaniques sont médiocres, afin d'obtenir la conglomération de celui-ci. L'une des techniques pour obtenir ce qui précède et qui a subi plusieurs variantes au cours du siècle est le "jet-grouting" (jet de mortier liquide) composé d'un seul et/ou de plusieurs fluides, cette technique, originaire du Japon, s'étant ensuite étendue à l'Europe et à I'Amérique, avec évolution continuelle de sa méthodologie d'application. La technique appelée "jet-grouting" permet d'obtenir des colonnes circulaires de terrain congloméré et consolidé par injection dans ledit terrain de mélanges chimiques à haute vitesse ; l'effet de ces injections est de désintégrer le terrain et de le mélanger avec les agents chimiques ainsi introduits. L'application de cette technologie est utilisée pour la formation de diaphragmes au moyen de la réalisation d'une succession de traitements de colonnes circulaires tangentes ou qui s'interpénètrent, ce qui toutefois ne garantit pas que ledit diaphragme présente une épaisseur continue. On a également appliqué différentes versions pour réaliser des diaphragmes à l'aide de la technique jetgrouting ou jet-injection ; par exemple (1) Traitement du terrain obtenu par extraction dans une seule direction du conduit, ou bien sans aucun mouvement de rotation, les orifices de sortie à l'extrémité du fond du conduit étant avantageusement orientés pour réaliser des secteurs de terrain congloméré. (2) Traitement composite du terrain le long de l'axe du diaphragme, par l'exécution de colonnes circulaires en nombre prédéterminé interposées entre les traitements appliqués aux secteurs de terrain. Toutefois, l'application de ces technologies ne permet pas de former un diaphragme d'épaisseur continue ; au contraire, il se forme des parties lamellaires traitées d'épaisseur modeste (de l'ordre de quelques centimètres), bien que dans les intervalles entre ces parties lamellaires se trouvent des colonnes circulaires. L'objectif de la présente invention est d'obtenir des diaphragmes continus ayant une épaisseur constante et importante, à savoir comprise entre 0,40 et 1,20 m et davantage, par l'application de la technologie jet-grouting ou jet-injection au moyen d'un appareillage qui impose au conduit d'injection des secteurs pré-fixés et rotation alternée, les trous prévus pour le traitement étant situes sur le périmetre extérieur du diaphragme. La présente invention a donc pour objet un dispositif pour réaliser des diaphragmes à épaisseur constante au moyen d'une machine à mouvement alternatif afin d'obtenir des colonnes à base semi-circulaire de terrain consolidé par l'injection de mélanges à base de ciment, caractérisé par le fait qu'à l'aide de deux cellules optiques placées à un angle variable, reliées à un système électrique qui commande des électro-vannes oléodynamiques, on obtient un mouvement alternatif formant un demi-cercle de terrain retourné à la profondeur voulue et devant être consolidé par des mortiers à base de ciment. Conformément à une autre caractéristique de la presente invention, une tige creuse porte à l'extrémité inférieure dans la zone de pénétration des tuyères placées sur des plans différents, desquelles sort un jet d'eau à forte pression qui fracture le terrain de manière semi-circulaire, ce terrain étant ensuite consolidé par un jet de mortiers à base de ciment. Par des agencements avantageusement prévus, les colonnes semi-circulaires permettent de construire des murs d'épaisseurs et de formes diverses destinés à des barrages, des diaphragmes imperméables, des supports et analogues. Par ailleurs, selon le nombre de tuyères et leur disposition angulaire, on peut obtenir un mouvement alternatif plus ou moins rapide. Avantageusement, la tige de pénétration possède, au centre, un tube qui amène l'eau pour la fragmentation du terrain pendant la phase de perforation et ensuite le mélange à base de ciment pendant la phase de remontée-traitement, dans l'espace entre le tube intérieur et le tube extérieur passe de l'air comprimé transportant le jet de mélange à base de ciment, et dans le tube extérieur, pour éviter que se dévissent les éléments assemblés par vissage, il est possible d'insérer une ou plusieurs clavettes de blocage munies d'une vis d'arrêt. L'invention sera exposée plus en détail ci-apres en référence au dessin annexé qui montre, de manière schématique et représentative, tout le système d'élaboration. En effet - La Figure 1 représente une coupe axiale de la tige de perforation - Les Figures 2, 3 et 4 représentent différents types de murs continus d'épaisseurs variées obtenus par l'application du système objet de l'invention - La Figure 5 représente une coupe le long de la ligne A-A de la Figure 1 de l'extrémité de la tige de perforation; - La Figure 6 représente une coupe conforme à celle de la Figure 5, cependant avec des variantes possibles ; et - La Figure 7 montre le système de montage permettant que la tige 1 de perforation exécute un mouvement angulaire alterne. La tige 1 (voir Figure 1), en coupe axiale, presente à son extrémité inférieure, une lame de perforation 2. A l'intérieur de ladite tige 1, se trouve une autre tige 3, perforée au centre en 4, où passe le mélange à base de ciment sous très haute pression, afin de sortir par la tuyère 5. L'espace annulaire 6, formé par les deux tiges, permet le passage de l'air comprimé projetant le jet de melange à base de ciment afin qu'il sorte par le trou annulaire 7 lorsque la fragmentation du terrain cesse et que la tige commence à remonter. Les tiges sont solidaires entre elles et la tige extérieure est formée de plusieurs éléments vissés entre eux par le filetage 8, ce dernier étant bloqué mécaniquement au moyen d'une ou de plusieurs clavettes fixées par des vis, non représentées sur le dessin, ceci afin d'éviter qu'au cours du mouvement angulaire alternatif l'une des tiges puisse se dévisser. La tuyère 5 peut présenter d'autres tuyères placees au-dessus d'elle à une distance "h" variable selon les besoins, avec un decalage angulaire entre lesdites tuyères. Dans la coupe selon la ligne A-A, représentée sur la Figure 5, est représentée l'application de deux tuyères 5 et 9, décalées mutuellement de 90 et placées sur des plans différents selon la valeur à attribuer à "h". "R" indique le rayon d'influence dans la masse du terrain à conglomerer en fonction de la pression exercée sur le jet de mélange à base de ciment. Si l'on souhaite consolider un terrain de plan semi-circulaire, il est évident que la tige 1 devra se déplacer angulairement de 180 ; si, au contraire, on utilise deux tuyères, il suffit de prévoir un déplacement angulaire de 90". Tout ceci comporte moins d'effort, une plus grande vitesse et une meilleure fragmentation du terrain. Dans la chambre annulaire 6, est introduit de l'air comprimé qui sort par le trou annulaire 7 pour la pulverisation du jet de mélange à base de ciment destiné à conglomérer un terrain déjà fragmenté. Si l'on observe la Figure 6 sur laquelle le nombre des tuyères est supérieur à deux, on peut noter que les trois premières comportant un décalage angulaire de 60 peuvent exécuter un demi-cercle de 1800 et si l'on ajoute une quatrième tuyere, elles peuvent atteindre une amplitude angulaire de 240". Ceci constitue un cas limite. En effet, si l'on fait varier le nombre des tuyères, l'écartement angulaire varie, en augmentant la vitesse favorisant ainsi la fragmentation du terrain. Ce qui précède permet de construire des murs rectilignes ou même courbes, puisque, comme le montre la Figure 2, on peut réaliser des consolidations de section semi-circulaires 10, superposées entre elles au point 11, diminuant ainsi les vides 12, ceci en considération de l'épaisseur du mur. Dans l'éventualité où cette épaisseur doit être très importante, nous voyons une solution sur la Figure 3, selon laquelle on pratique d'abord les demi-cercles 13, ensuite un cercle central 14 qui remplit les vides et se superpose aux demi-cercles 13. L'exécution peut également être inversée selon la qualité du terrain et d'autres éléments propres à l'exécution de l'ouvrage. Sur la Figure 4, est représentée la manière d'effectuer la courbe d'un mur en utilisant le système de la Figure 2 ou celui de la Figure 3, sans considérer que l'on puisse utiliser d'autres techniques d'exécution selon les exigences des travaux. Le tableau de la Figure 7 montre un ensemble schématise de l'installation opérationnelle décrite ci-dessus. La tête 15, à savoir une boîte contenant les moyens de transmission pour la rotation de la tige de perforation 1, est solidaire d'un elément rigide sur le terrain ou non rigide, non représenté. Le moteur 16, dont la prise de force 17 actionne l'axe 18, transmet le mouvement à la tige de perforation 1. Le chiffre de référence 19 désigne un régulateur de vitesse. Pour obtenir un mouvement non rotatif mais angulaire-alternatif, il est nécessaire de disposer de commandes qui inversent le sens de la marche du moteur. En effet, en 20, sur la tête 15, est fixe un lecteur ou une cellule électronique, tandis que l'autre cellule 21, munie du bras 22, est fixée sur le bloc 23 supportant la tige 1 qui descend et monte verticalement sous l'effet du mandrin de blocage. Actuellement, les cellules ou les lecteurs sont décales de 90" comme le montre la Figure 5. Lorsqu'elles s'approchent l'une de l'autre, l'axe optique à travers le boîtier de commande 24 et le panneau électrique 25 où aboutissent les fils 26 du circuit électrique, elles actionnent un système de piston 27 qui commande deux électro-vannes oléodynamiques 30 et 31 contenues dans le montant 28, qui inversent le flux et donc la marche angulaire de la tige 1. Le chiffre de référence 29 représente un réservoir d'huile hydraulique, et le chiffre de référence 32, la prise d'huile de l'installation pilote. Pour obtenir un mouvement angulaire différent de 90 , il suffit de déplacer le lecteur 21 de l'angle désiré par rapport au lecteur fixe 20. Le fil 33 aboutit à une batterie auxiliaire. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour réaliser des diaphragmes à épaisseur constante au moyen d'une machine à mouvement alternatif afin d'obtenir des colonnes à base semi-circulaire de terrain consolidé par l'injection de mélanges à base de ciment, caractérisé par le fait qu'à l'aide de deux cellules optiques (20 ; 21) placées à un angle variable, reliées à un système électrique qui commande des électro-vannes oléodynamiques (30 ; 31), on obtient un mouvement alternatif formant un demi-cercle de terrain retourné à la profondeur voulue et devant être consolidé par des mortiers à base de ciment. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une tige creuse (1) porte à l'extrémité inférieure dans la zone de pénétration des tuyères (5 ; 9) placées sur des plans différents, desquelles sort un jet d'eau à forte pression qui fracture le terrain de manière semi-circulaire, ce terrain étant ensuite consolide par un jet de mortiers à base de ciment. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, par des agencements avantageusement prévus, les colonnes semi-circulaires permettent de construire des murs d'épaisseurs et de formes diverses destinés à des barrages, des diaphragmes imperméables, des supports et analogues. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, selon le nombre de tuyères (5 ; 9) et leur disposition angulaire, on peut obtenir un mouvement alternatif plus ou moins rapide. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la tige de pénétration (1) possède, au centre, un tube (3) qui amène l'eau pour la fragmentation du terrain pendant la phase de perforation et ensuite le mélange à base de ciment pendant la phase de remontée-traitement, que, dans l'espace (6) entre le tube intérieur (3) et le tube extérieur (1) passe de l'air comprimé transportant le jet de mélange à base de ciment, et que dans le tube extérieur (1), pour éviter que se dévissent les éléments assemblés par vissage, il est possible d'insérer une ou plusieurs clavettes de blocage munies d'une vis d'arrêt.