Brevet FR3024168A1 — publié le 20160129

PROCEDE DE CONSOLIDATION D'UN BLOC DE TERRAIN MEUBLE AVEC DES COLONNES DE RENFORCEMENT [0001] La présente invention concerne les techniques de renforcement des sols. Elle s'applique notamment à la consolidation d'un bloc de terrain situé sous une étendue d'eau, mais ceci n'est pas exclusif. [0002] Il est parfois nécessaire de renforcer des blocs de terrain situés sous la mer ou un fleuve, par exemple pour limiter l'érosion ou pour réaliser des constructions. Sous l'eau, les terrains sont souvent très meubles, étant faits de dépôts alluviaux ou de vase. Ceci peut rendre nécessaire leur renforcement, mais contribue aussi à compliquer la mise en oeuvre des techniques de renforcement. [0003] On connaît une technique dite de mélange de sol (« soil mixing »), qui consiste à réaliser dans un sol meuble des colonnes faites du sol existant mélangé en place avec un produit approprié tel que du coulis de ciment ou du ciment en poudre. [0004] Les solutions techniques existantes pour réaliser ces colonnes par mélange de sol requièrent du matériel de hauteur importante, ce qui n'est pas toujours compatible avec les conditions du chantier. Par exemple, si le chantier a pour objet d'ajouter une piste à un aéroport existant sans interrompre le trafic sur celui-ci, la sécurité interdit d'utiliser des grues de grande hauteur. [0005] En outre, les techniques de mélange de sol utilisent des produits liquides ou en poudre qui ont une capacité de pénétration importante. Ces produits sont susceptibles de déborder en tête de colonne. Ceci n'est pas forcément gênant en milieu terrestre, mais si le bloc de terrain situé est sous l'eau, il en résulte des risques de fuites polluantes dans le milieu aquatique. [0006] On connaît d'autre part une technique dite VCC (« vibro concrete columns ») dans laquelle les colonnes réalisées dans le sol à renforcer sont en béton. Ces techniques sont utilisées en milieu terrestre pour traiter des sols porteurs granulaires. Ces sols sont d'abord densifiés par un vibreur monté à la base d'un tube soutenu par une grue ou autre engin approprié. Du fait des vibrations, l'ensemble constitué par le vibreur et son tube descend dans la couche de sol granulaire. Ensuite, du béton est pompé pour être injecté sous le vibreur 3024168 -2 lorsque l'ensemble remonte en étant hissé par la grue. [0007] La mise en oeuvre d'une technique VCC peut être délicate en milieu marin. D'autre part, elle requiert aussi l'utilisation d'une grue de hauteur significative pour soutenir l'ensemble vibreur/tube. 5 [0008] Un but de la présente invention est de proposer une autre technique capable de surmonter tout ou partie des difficultés ci-dessus. [0009] Il est proposé un procédé de consolidation d'un bloc de terrain meuble qui comprend la formation de colonnes de renforcement à l'intérieur du bloc de terrain. La formation d'une colonne de renforcement comprend : 10 - enfoncer dans le bloc de terrain un outillage, comprenant un vibreur relié à un flexible d'injection, jusqu'à un point bas de la colonne de renforcement, l'outillage étant suspendu depuis un équipement de surface et descendu par activation du vibreur, l'outillage suspendu ayant une hauteur sensiblement inférieure à la hauteur de la colonne de renforcement ; et 15 - remonter l'outillage à partir du point bas en injectant un produit durcissable sous le vibreur par l'intermédiaire du flexible d'injection. [0010] L'outillage descendu dans le bloc de sol est suspendu depuis la surface, s'enfonçant sous l'effet des vibrations et de la gravité. Il est d'une hauteur limitée, ce qui permet d'utiliser du matériel moins haut en surface. 20 [0011] La hauteur de l'outillage est typiquement inférieure à la moitié de la hauteur de la colonne de renforcement. [0012] Le procédé est plus adapté aux interventions en milieu aquatique que les techniques de mélange de sol. Les colonnes de renforcement sont réalisées en un matériau dont on contrôle mieux les propriétés car elles ne dépendent pas 25 des éléments rencontrés dans le bloc à renforcer. En outre, il est plus aisé de maîtriser les fuites dans le milieu aquatique. [0013] Le matériau de remplissage est préparé à terre (ou dans une installation embarquée) avec une qualité de production bien meilleure que celle d'un mélange réalisé en place dans le sol. 30 [0014] En outre, la capacité de la colonne de renforcement est améliorée. 3024168 -3 Pour une colonne de même section, le produit de remplissage mis en oeuvre (par exemple un mortier) a des caractéristiques pouvant être 5 à 10 fois supérieures à celle du mélange de sol. Il est donc possible de réduire fortement le taux de remplacement, défini comme le rapport entre la surface de la colonne et la 5 surface d'une maille du réseau selon lequel les colonnes sont mises en place. En d'autres termes, on peut réaliser moins de colonnes de même surface unitaire, ou autant de colonnes de surface unitaire plus faible, ou combiner ces deux avantages. [0015] Le dimensionnement des colonnes de renforcement avec une plus 10 petite surface unitaire permet d'utiliser un outillage de plus petite section, ce qui requiert moins d'énergie, réduit les risques de blocage, et minimise également le reflux de matériaux potentiellement indésirables lors de la remontée de l'outillage. [0016] Lorsque le bloc de terrain est situé sous une étendue d'eau, l'équipement de surface peut comprendre une barge flottant sur l'étendue d'eau. Il 15 peut en outre comprendre, sur la barge, une grue pour soutenir l'outillage au cours de l'étape d'enfoncement et tirer l'outillage au cours de l'étape de remontée, et une pompe pour l'injection du produit durcissable. On peut faire en sorte que la grue ait son point le plus haut à une distance de la surface de l'eau inférieure à la moitié de la hauteur de la colonne de renforcement. 20 [0017] Dans une réalisation, un manchon de protection est engagé dans une couche supérieure du bloc de terrain à l'emplacement prévu pour la colonne de renforcement, le flexible d'injection passant à travers le manchon de protection au cours des étapes d'enfoncement et de remontée. Une telle réalisation convient notamment lorsque la couche supérieure du bloc se compose de gravier ou 25 autres matières abrasives pour le flexible d'injection. [0018] La tension du flexible d'injection peut être contrôlée au cours de l'étape d'enfoncement et/ou de l'étape de remontée au moyen d'un système faisant partie de l'équipement de surface. [0019] En général, un câble sera utilisé pour suspendre l'outillage au cours de 30 l'étape d'enfoncement et pour tirer l'outillage au cours de l'étape de remontée. Il est cependant possible d'utiliser le flexible d'injection pour soutenir l'outillage au 3024168 - 4 - cours de l'étape d'enfoncement et/ou de l'étape de remontée. [0020] Le produit durcissable est choisi selon les propriétés requises pour chaque chantier particulier. Le béton est le matériau le plus typique. Il est aussi envisageable d'utiliser d'autres matériaux comme une résine, éventuellement 5 ajoutée à du béton. [0021] D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1-4 sont des schémas illustrant différents stades de mise en oeuvre du procédé dans un 10 exemple de réalisation. [0022] Un bloc de sol meuble 10 fait l'objet de travaux de consolidation comprenant la réalisation, dans ce bloc 10, d'un ensemble de colonnes de renforcement 11, par exemple en béton. Chaque colonne 11 a une forme générale cylindrique d'axe vertical et l'une et/ou l'autre de ses extrémités peut 15 comporter une partie renflée 11A, 11B. Les colonnes 11 ont une hauteur H dépendant de l'épaisseur de la couche de sol à consolider, typiquement d'une à quelques dizaines de mètres. [0023] Le bloc 10 de sol meuble à consolider est, dans l'exemple considéré, situé sous une étendue d'eau de profondeur P. À titre d'illustration, la profondeur 20 d'eau P peut être de quelques mètres à quelques dizaines de mètres. [0024] Les colonnes 11 sont réalisées depuis un équipement de surface 12 comprenant une barge 14 supportant une grue 15. [0025] La flèche de la grue 15 est inclinée, comme illustré sur les dessins, de telle sorte que son point le plus haut soit situé, par rapport à la surface de l'eau, à 25 une distance h' relativement faible. Ceci permet d'exécuter les travaux y compris lorsque le cahier des charges impose que le matériel utilisé ne dépasse pas une hauteur donnée. La distance h' peut notamment être inférieure à la moitié de la hauteur H de la colonne de renforcement à réaliser. [0026] La barge 14 est déplacée au fur et à mesure des travaux pour l'amener 30 au-dessus des emplacements choisis pour les colonnes de renforcement 11. 3024 16 8 -5 [0027] Les figures 1-4 illustrent différents stades de la formation d'une colonne de renforcement. [0028] Un outillage est d'abord descendu dans l'eau en étant suspendu depuis la grue 15 par un câble 19 (figure 1). L'outillage se compose 5 essentiellement d'un vibreur 18 d'un type similaire à celui utilisé dans les techniques VCC. Le vibreur 18 est alimenté en énergie, électrique ou hydraulique, par l'intermédiaire d'un câble ou d'une conduite non représenté(e), et activé sélectivement depuis un poste de commande situé sur la barge 14. [0029] Sur les dessins, on note h la hauteur de l'outillage suspendu au câble 10 19. Cette hauteur h est réduite, étant typiquement inférieure à H/2. On peut ainsi mettre en oeuvre le vibreur sans avoir besoin de matériel de grande hauteur pour le tenir et le guider. Ceci convient notamment lorsque le sol traité est très meuble, par exemple de l'argile, permettant à l'outillage de descendre sous l'effet combiné des vibrations et de la gravité. 15 [0030] Le vibreur 18 est relié à un flexible 20 utilisé pour l'injection du produit durcissable qui constituera la colonne de renforcement. L'extrémité inférieure du flexible 20 communique avec le côté inférieur du vibreur 18 par un ou plusieurs passages traversant la tête du vibreur. Cette partie peut être munie d'un clapet dont l'ouverture et la fermeture sont commandées lors des opérations d'injection. 20 [0031] Le vibreur 18 est amené sur bloc de sol 10 puis activé. Les vibrations écartent localement les matières du bloc de sol, et permettent au vibreur 18 de descendre par gravité, en entraînant avec lui le câble 19 et le flexible 20 (figure 2). [0032] Lors de la descente, la tension du flexible d'injection 20 est contrôlée 25 en utilisant un frein, ou autre système de régulation associé à la bobine depuis laquelle le flexible est dévidé. Un système similaire peut être utilisé pour le câble 19 et/ou l'alimentation en énergie du vibreur 18. Ces dispositions évitent que les composants entraînés par l'outillage descendu s'emmêlent, ou que le flexible 20 se torde ou se plie, ce qui gênerait l'injection du produit durcissable. 30 [0033] Dans l'exemple représenté, la couche supérieure 21 du bloc de sol 10 se compose de gravier. Pour éviter que celui-ci endommage le flexible d'injection 3024168 - 6 - 20, un manchon de protection 22 peut être installé une fois que le vibreur 18 s'est enfoncé dans le bloc de sol d'une profondeur légèrement supérieure à sa hauteur h. Le manchon de protection 22 est par exemple réalisé en béton ou en acier, généralement en réunissant deux coquilles. Il est dimensionné pour que sa 5 hauteur soit supérieure à l'épaisseur de la couche de gravier 21. [0034] L'opération d'enfoncement de l'outillage se poursuit par activation du vibreur 18, jusqu'à ce qu'il ait atteint la profondeur préalablement définie pour la réalisation de la nouvelle colonne de renforcement. [0035] À ce stade, on commence à remonter le vibreur 18 (figure 3). La 10 remontée est effectuée par traction sur le câble 19 au moyen de la grue 15 et d'un treuil (non représenté) placé sur la barge 14. [0036] Pendant ce temps, le produit de remplissage est injecté en mettant en service une pompe 24 portée par la barge 14. [0037] Ce produit de remplissage est du béton dans la réalisation décrite ici. 15 D'autres produits de remplissage peuvent être envisagés dans la présente application, par exemple des résines, des éléments calcifiants ou des mélanges. Le béton, stocké dans une toupie 25 embarquée sur la barge 14, est pompé et injecté par l'intermédiaire du flexible 20 après ouverture du clapet susmentionné. [0038] Pendant la remontée, le vibreur 18 est de nouveau activé, au moins 20 une partie du temps, pour faciliter son mouvement. [0039] S'il est considéré nécessaire de former une partie renflée 11A à la base de la colonne de renforcement, il est possible de faire faire quelques mouvements de va-et-vient verticaux au vibreur 18 près de l'extrémité basse de sa course pendant que du béton est injecté. 25 [0040] La vitesse de remontée est contrôlée en fonction du volume de béton injecté de manière à assurer le diamètre requis pour la colonne. [0041] La remontée de l'outillage et l'injection du béton via le flexible 20 se poursuivent jusqu'au niveau haut de traitement (figure 4). À ce moment, le pompage du béton est arrêté, éventuellement après quelques mouvements de va- 30 et-vient verticaux s'il est nécessaire de former une partie renflée 11B en haut de 3024168 -7 la colonne. [0042] La commande du clapet dont est équipé le flexible 20 permet d'avoir une bonne précision dans l'arrêt du bétonnage. [0043] Le processus décrit ci-dessus pour la formation d'une colonne de 5 renforcement 11 est ensuite répété à l'emplacement prévu pour la prochaine colonne. [0044] Le mode de réalisation décrit ci-dessus est une simple illustration de la présente invention. Diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées. 10 [0045] Par exemple, il est possible, dans certaines réalisations, de se dispenser du câble 19 si le flexible d'injection a une résistance mécanique lui permettant de soutenir l'outillage au cours des opérations d'enfoncement et de remontée. [0046] Les applications du procédé ne sont pas limitées aux travaux en milieu 15 aquatique. REVENDICATIONS1. Procédé de consolidation d'un bloc de terrain meuble, le procédé comprenant la formation de colonnes de renforcement (11) à l'intérieur du bloc de terrain (10), dans lequel la formation d'une colonne de renforcement comprend : - enfoncer dans le bloc de terrain un outillage, comprenant un vibreur (18) relié à un flexible d'injection (20), jusqu'à un point bas de la colonne de renforcement, l'outillage étant suspendu depuis un équipement de surface (12) et descendu par activation du vibreur, l'outillage suspendu ayant une hauteur (h) sensiblement inférieure à la hauteur (H) de la colonne de renforcement ; et - remonter l'outillage à partir du point bas en injectant un produit durcissable sous le vibreur par l'intermédiaire du flexible d'injection. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le bloc de terrain (10) est situé sous une étendue d'eau, et l'équipement de surface (12) comprend une barge (14) flottant sur l'étendue d'eau. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'équipement de surface (12) comprend en outre, sur la barge (14), une grue (15) pour soutenir l'outillage au cours de l'étape d'enfoncement et tirer l'outillage au cours de l'étape de remontée, et une pompe (24) pour l'injection du produit durcissable, la grue ayant son point le plus haut à une distance (h') de la surface de l'eau inférieure à la moitié de la hauteur (H) de la colonne de renforcement (11). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur (h) de l'outillage est inférieure à la moitié de la hauteur (H) de la colonne de renforcement (11). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un manchon de protection (22) est engagé dans une couche supérieure (21) du bloc de terrain (10) à l'emplacement prévu pour la colonne de 3024168 -9 renforcement (11), le flexible d'injection (20) passant à travers le manchon de protection au cours des étapes d'enfoncement et de remontée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension du flexible d'injection (20) est contrôlée au cours de l'étape 5 d'enfoncement et/ou de l'étape de remontée au moyen d'un système faisant partie de l'équipement de surface (12). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un câble (19) est utilisé pour suspendre l'outillage au cours de l'étape d'enfoncement et pour tirer l'outillage au cours de l'étape de remontée. 10 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le flexible d'injection (20) est utilisé pour soutenir l'outillage au cours de l'étape d'enfoncement et/ou de l'étape de remontée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit durcissable comprend du béton. 15 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit durcissable comprend une résine.