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(11) | EP 0 161 974 A2 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé et dispositif pour la réalisation en place de colonnes de sol stabilisé et compacté |
| (57) L'invention se rapporte aux travaux de génie civil. Elle concerne notamment un dispositif utile pour la réalisation d'une colonne élémentaire de sol stabilisé et compacté, qui comprend au moins deux arbres (1) parallèles entraînant en sens contraire deux tarières (2) parallèles de pas opposés, chaque tarière étant munie à son extrémité opposée à l'arbre d'entraînement d'une tête de forage (3) désagrégatrice et la distance entre les axes des tarières étant inférieure au diamètre d'une tarière, les arbres et les fûts des tarières comportant un alésage relié à une source de matériau d'apport et au moins un orifice (6) communiquant avec ledit alésage étant prévu sur le fût de chaque tarière pour décharger le matériau d'apport et permettre son mélange avec le terrain désagrégé. Application notamment à la consolidation des emprises de voies ferroviaires. |
[0001] L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la réalisation en place de colonnes de sol stabilisé et compacté.
[0002] L'amélioration de la stabilité ou de la portance des terrains meubles de qualité médiocre, pour la réalisation de fondations, remblais, talus, etc... par la constitution en place de colonnes de sol stabilisé est une technique connue.
[0003] Les colonnes de sol stabilisé sont disposées, groupées, combinées suivant des configurations telles que des murs, éperons, quadrillage, blocs, etc... selon le résultat recherché, mais la colonne constitutive de base se présente, en général, sous la forme d'un cylindre de sol en place dont les caractéristiques géomécaniques ont été améliorées par l'incorporation d'un matériau extérieur.
[0004] Brièvement, la réalisation d'une colonne élémentaire est obtenue par l'enfoncement dans le terrain d'un outil de forage rotatif. Cet outil désagrège le terrain et le mélange avec un matériau d'apport introduit par voie humide ou par voie sèche par l'intermédiaire d'un arbre creux d'entrainement. Une fois la profondeur désirée atteinte par l'outil, on retire ce dernier.
[0005] Le matériau d'apport mélangé au terrain en place est, en général, un liant donnant lieu à un phénomène de prise conduisant à la formation d'un béton de sol dont la résistance est fonction des caractéristiques du sol, de la quantité et de la nature du liant incorporé, du degré d'homogénéité et de la compacité du mélange ainsi réalisé.
[0006] Pour un liant et un sol donné, les deux éléments caractéristiques déterminants de la qualité du résultat obtenu sont donc l'homogénéité et la compacité du mélange.
[0007] Les différents procédés et dispositifs de la technique antérieure, s'ils permettent d'obtenir plus ou moins le degré d'homogénéité recherché, ne résolvent nullement le problème de la recompaction du mélange réalisé en place.
[0008] La bonne répartition du liant dans la masse du sol traité exige le remaniement complet de ce dernier par l'effet de l'outil désagrégateur de façon à détruire au maximum les liaisons existantes entre les particules constitutives du terrain et pouvoir ainsi réaliser un mélange intime entre ces dernières et le liant incorporé. La structure du mélange final obtenu est en général plus lâche que celle du terrain vierge, la déstructuration de ce dernier par l'outil désagrégateur entrainant une augmentation de volume. Cette diminution de la compacité du terrain traité contribue à amoindrir l'effet de consolidation résultant de l'incorporation du liant.
[0009] L'invention a pour objet de fournir un procédé et un dispositif qui permettent, tout en assurant un meilleur degré d'homogénéité du mélange sol-liant, d'an réaliser la recompaction en place, améliorant ainsi considérablement les caractéristiques mécaniques de la colonne de sol stabilisé ainsi constituée.
[0010] Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de réalisation en place d'une colonne élémentaire de sol stabilisé et compacte, qui comporte une première phase consistant à enfoncer dans le terrain un outil de forage rotatif désagrégeant le terrain et le mélangeant avec un matériau d'apport, et une deuxième phase consistant à retirer l'outil de forage du terrain, caractérisé en ce qu'on imprime à au moins une partie du terrain désagrégé un mouvement ascendant à travers l'outil de forage pendant la première phase et en ce qu'on imprime au terrain désagrégé, mélangé à du matériau d'apport, un mouvement descendant, tendant à le compacter, à travers l'outil de forage pendant la deuxième phase.
[0011] L'invention concerne également un dispositif utile pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, qui comprend au moins deux arbres parallèles entrainant en sens contraire deux tarières parallèles de pas opposés, chaque tarière étant munie à son extrémité opposée à l'arbre d'entratnement d'une tête de forage désagrégatrice et la distance entre les axes des tarières étant inférieure au diamètre d'une tarière, les arbres et les fûts des tarières comportant un alésage relié à une source de matériau d'apport et au moins un orifice communiquant avec ledit alésage étant prévu sur le fût de chaque tarière pour décharger le matériau d'apport et permettre son mélange avec le terrain désagrégé.
[0012] Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'invention avec le dispositif particulier sus-défini, on produit les effets suivants :
- Dans la première phase de forage et de mélange, le sol en place désagrégé par la tête de forage, est entraîné dans un mouvement ascendant à travers le dispositif de l'invention complétant ainsi l'effet de désagrégation dû à la tête elle-même et assurant par suite une meilleure dispersion dans la masse du terrain du matériau ou liant d'apport introduit par voie sèche ou humide. Le sol désagrégé traverse l'ensemble du dispositif de l'invention au fur et à mesure de la pénétration de ce dernier dans le terrain. Compte tenu de l'augmentation de volume provoquée par la désagrégation, il se produit un phénomène de foisonnement accentué par l'ajout du matériau d'apport, une partie plus ou moins importante du sol ainsi homogénéisé et mélangé au matériau d'apport pouvant sortir en surface en tête de la colonne. Si désiré, cette première phase peut être répétée une ou plusieurs fois.
[0013] Dans la deuxième phase de compactage, une fois atteinte la profondeur fixée pour le traitement, le sens de rotation des éléments de tarière est inversé provoquant un mouvement inverse du matériau au fur et à mesure du retrait du dispositif de l'invention. On réalise ainsi, outre une homogénéisation complémentaire, la recompaction continue du mélange terrain-matériau d'apport par le dispositif tout au long de sa remontée vers la surface. Pendant cette phase de compactage, la partie du terrain extraite pendant la phase de forage est réintroduite dans la colonne forée. L'effet de recompaction nécessite habituellement de compléter le remplissage de la colonne forée par un apport de matériau supplémentaire.
[0014] Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans des terrains tant cohérents (terrains argileux, argile, etc..) que non cohérents (sable, graviers, etc..).
[0015] La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre l'invention :
- la figure 1 est une vue schématique en élévation avec coupe du terrain illustrant un dispositif seloi l'invention et sa mise en oeuvre pendant la premièrl phase du procédé de l'invention;
- la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 mais pendant la deuxième phase de l'invention;
- les figures 3 et 4 sont des vues schématiques montrant les sens de rotation des éléments de tarière du dispositif de l'invention pendant la première et la seconde phases, respectivement du procédé de l'invention.
[0016] Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 et utilisé pour réaliser des colonnes de sol stabilité et compacté selon le procédé décrit ci-dessus comporte les éléments suivants :
Deux arbres parallèles 1,.pourvus chacun d'un alésage la, entraînent deux tarières hélicoïdales 2 de pas opposés tournant en sens contraire. Chaque tarière est munie à son extrémité libre d'une tête de forage désagrégatrice 3 adaptée à la nature du terrain. Ce peut être, par exemple, comme illustré, une tête en forme d'hélice, ou bien un couteau. La distance X entre les axes des tarières est inférieure à leur diamètre de façon que les spires des deux tarières soient effectivement engagées l'une dans l'autre de manière à assurer un mouvement ou écoulement forcé du terrain désagrégé 4 par les deux tarières. Le fût 5 de chaque tarière comporte aussi un alésage 5a qui communique avec l'alésage de l'arbre d'entraînement correspondant, permettant ainsi d'amener le matériau ou liant d'apport par voie sèche ou par-voie humide jusqu'à des orifices 6 ménagés sur la hauteur du fût de chaque tarière de façon à en assurer le mélange intime avec le terrain désagrégé.
[0017] La longueur des tarières est adaptée à la profondeur de la colonne à réaliser. Elle est en général comprise entre 1/4 et 1/2 de la longueur de la colonne mais elle pourrait, dans certains cas, être accrue jusqu'à at- teindre la même longueur.
[0018] Il est à noter que les tarières, au lieu de présenter un profil hélicoïdal continu, pourraient être discontinues, c'est-à-dire être remplacées par une pluralité d'hélices espacées.
[0019] Un certain nombre de doubles-paliers 7, fonction de la profondeur de la colonne à réaliser, sont répartis sur la hauteur des arbres d'entraînement et des tarières de façon à maintenir leur parallélisme.
[0020] Ces paliers pourraient être remplacés sur la hauteur des arbres d'entratnement par une poutre continue creuse qui pourrait éventuellement être utilisée pour amener le matériau ou liant d'apport en tête des tarières.
[0021] Lea deux arbres d'entrafnement 1 sont montés sur un dispositif réducteur inverseur à engrenages 8, lui-même relié à un moteur 9, qui les entraine ainsi que les tarières, en rotation dans des sens opposés et à même vitesse. Cet ensemble moto-réducteur 8-9 peut être porté par une machine de forage (non représentée) installée en surface au droit de la colonne à réaliser soit par l'intermédiaire d'une glissière sur laquelle il peut se déplacer longitudinalement soit librement soit par l'intermédiaire d'un dispositif de translation. En variante, il peut être suspendu à la flèche d'un engin de levage (grue ou autre).
[0022] Le déroulement d'une opération de réalisation d'une colonne de sol stabilisé compactée peut être décrit de la façon suivante :
L'engin porteur étant installé au droit de l'emplacement choisi, les arbres et tarières sont mis en rotation dans le sens correspondant au vissage des tarières dans le terrain (figures 1 et 3). La vitesse de pénétration est contrôlée de façon à optimiser l'effet de désagrégation du sol. Le matériau ou liant d'apport peut être introduit à tout moment pendant l'opération de forage. Dans le cas de la voie humide il est pompé par une pompe située en surface à travers les tétes tournantes 10 montées à l'extrémité des arbres d'entraînement. Dans le cas de la voie sèche il est forcé à l'aide d'air comprimé à travers les mêmes têtes.
[0023] Une fois la profondeur voulue atteinte le sens de rotation des arbres et tarières est inversé et le dispositif de l'invention est remonté en continu (figures 2 et 4). L'effet mécanique direct des tarières tend à faire remonter de lui-même le dispositif. Le contrôle de cette remontée en exerçant un appui réglé sur le dispositif permet d'obtenir la recompaction du mélange sol-matériau d'apport. L'injection du matériau d'apport peut être poursuivie, si désiré, pendant tout ou partie de cette phase de recompaction. Le sol remonté jusqu'en surface pendant la phase de forage est réentrainé dans la colonne. Un apport supplémentaire de matériaux est même le plus souvent nécessaire pour combler le forage.
[0024] Il est à noter que, étant donné que les alésages des tarières constituent des conduits indépendants, il est possible, si désiré, d'alimenter l'un des alésages avec un matériau d'apport différent de celui alimentant l'autre alésage, afin de faire réagir in situ ces matériaux ensemble ou avec le terrain.
[0025] L'invention permet d'obtenir des colonnes de sol stabilisé et compacté dont les propriétés mécaniques sont très largement supérieures à celles des colonnes obtenues selon la technique antérieure, sans recompaction.
caractérisé en ce qu'on imprime au terrain désagrégé, mélangé à du matériau d'apport, un mouvement descendant, tendant à le compacter, à travers l'outil de forage, en exerçant un appui réglé sur l'outil de forage pendant ladite deuxième phase.