EP0019676A1 - Procédé et dispositif pour la consolidation accélérée des sols fins par chargement d'une membrane - Google Patents
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- EP0019676A1 EP0019676A1 EP79400318A EP79400318A EP0019676A1 EP 0019676 A1 EP0019676 A1 EP 0019676A1 EP 79400318 A EP79400318 A EP 79400318A EP 79400318 A EP79400318 A EP 79400318A EP 0019676 A1 EP0019676 A1 EP 0019676A1
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/02—Improving by compacting
- E02D3/10—Improving by compacting by watering, draining, de-aerating or blasting, e.g. by installing sand or wick drains
Definitions
- the invention relates to the consolidation of fine soils (silts, silt, clay), that is to say the compaction of these soils and the elimination of water from the soils, in particular to make them suitable for supporting structures or charges.
- the object of the invention is to bring about an accelerated consolidation of clay or silty materials, the low permeability of which usually requires long periods of consolidation, while avoiding the use of preloading embankments and the earth movements which result therefrom.
- a rapid cyclic or alternating loading program is transmitted to the ground, comprising charges alternating with discharges, so as to accelerate the consolidation process, with drainage. simultaneous to evacuate the consolidation water.
- the implementation of the invention preferably includes the use of flexible membranes which will load the soil by applying a total vertical or horizontal stress depending on the case.
- total stress it means that the loading applies both to the grains of the ground and to the water which is in the ground, while a direct loading by a fluid without membrane only pressurizes the interstitial water - the.
- dilatable cylindrical membranes are used which are pressurized by a fluid.
- membranes are used that are arranged horizontally on the ground, preloaded by applying a vacuum.
- a cylindrical expandable membrane 1 is placed vertically in a hole 2 and then pressurized by means of a fluid to load the ground horizontally ( Figure 1).
- the distribution in plan of the dilatable membranes and the vertical drains is function of the ground and the first tests.
- membranes 1 are regularly distributed in the homogeneous parts of the ground and a plurality of drains 3 are regularly arranged between the membranes.
- Figure 2 shows an example.
- a membrane made up is used. killed by a resistant sheath (woven or non-woven material) associated with an interior waterproofing membrane. Sealing can also be ensured by coating the resistant sheath.
- a resistant sheath woven or non-woven material
- Reinforcements at different vertical levels are used, if desired, to take account of variations in the resistance of certain soil layers. It is thus recommended to place corsets around the membrane when hard layers pass or to neutralize the first meter of land in order to prevent the ground from rising.
- the membrane is put in place by beating or vibro-driving (or other method) of a hollow mandrel inside which it is located (FIGS. 5 and 6); at the lower end, the membrane is attached to a shoe 5 which will prevent it from rising when the mandrel is removed.
- the operation of the assembly is similar to that of a drain machine.
- the membrane (type a) is flat or bellows in the mandrel which preferably has an H shape ( Figure 6) and then in the ground. This makes it possible to limit as much as possible the reworking of the soil during threshing (by the shape of the resulting mandrel) and to have maximum efficiency at the time of inflation.
- a thin draining layer 11 (maximum 50 cm) is deposited or is already on the ground to be consolidated, then covered with a waterproof membrane 6 (Figure 7).
- a network of drains 8 is arranged under the membrane, for example vertically, as necessary.
- the vertical (or horizontal) membrane is subjected to a loading program which includes times when the membrane is actually loaded by pressure (or depression) separated by times when the pressure (or depression) is reduced or eliminated.
- the cycle is regular or irregular.
- Figures 9 and 10 relate to an example of implementation of the forced radial consolidation process on a clay soil sample in a dynamic oedometer tank (with radial drainage) and respectively represent the variation over time of the pressure of loading and variation over time of water expelled from the sample.
- the vertical membranes are removed and the holes thus cleared are filled with a hard material to constitute piles, if desired.
Landscapes
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Abstract
Description
- L'invention concerne la consolidation des sols fins (limons, silt, argile), c'est-à-dire le tassement de ces sols et l'élimination de l'eau des sols, notamment pour les rendre propres à supporter des ouvrages ou des charges.
- On connaît le tassement des sols au moyen de remblais de préchargement. Cette technique exige une durée de l'ordre de six mois à un an, voire plusieurs années, pour obtenir le tassement.
- Le but de l'invention est de provoquer une consolidation accélérée des matériaux argileux ou sil- teux dont la faible perméabilité nécessite habituellement de longs délais de consolidation, tout en évitant d'utiliser des remblais de préchargement et les mouvements de terre qui en résultent.
- Par "accélérée", on veut signifier que la consolidation est obtenue en quelques semaines seulement.
- Selon l'invention, on transmet au sol un programme de chargement cyclique ou alterné rapide, éventuellement vibratoire, comprenant des charges alternant avec des décharges, de manière à accélérer le processus de la consolidation, avec drainage simultané pour évacuer l'eau de consolidation.
- Le fait d'avoir la maîtrise totale du programme de chargement (phases de chargement - phases de déchargement) permet de l'asservir aux réactions du sol et donc d'avoir l'efficacité maximale.
- La mise en oeuvre de l'invention comporte de préférence l'utilisation de membranes souples qui vont charger le sol par application d'une contrainte totale verticale ou horizontale suivant les cas. Par contrainte totale, on signifie que le chargement s'applique à la fois aux grains du terrain et à l'eau qui est dans le terrain, alors qu'un chargement direct par un fluide sans membrane ne met en pression que l'eau intersticiel- le.
- Pour la consolidation horizontale, on utilise des membranes cylindriques dilatables mises en pression par l'intermédiaire d'un fluide.
- Pour la consolidation verticale, on utilise des membranes disposées horizontalement sur le sol, préchargées par application du vide.
- Dans les deux cas, un réseau de drainage est mis en place préalablement et le chargement est appliqué de manière cyclique ou alterné rapide.
- On décrira ci-après l'invention plus en détails, en référence aux figures jointes parmi lesquelles :
- - la figure 1 est un schéma de principe de la consolidation horizontale au moyen de membranes cylindriques ;
- - la figure 2 est un schéma de principe d'une répartition de membranes et de drains dans un terrain homogène pour la consolidation horizontale du terrain ;
- - la figure 3 est une coupe verticale d'une membrane en place dans un terrain avant mise en pression de la membrane ;
- - la figure 4 est un schéma de l'évolution de la section droite horizontale de la membrane avant et après mise en rotation ;
- - la figure 5 illustre une technique de mise en place d'une membrane dans le sol ;
- - la figure 6 est une coupe horizontale d'un mandrin particulier pour l'enfoncement d'une membrane dans le sol ;
- - la figure ? est un schéma de principe de la consolidation verticale au moyen d'une membrane horizontale,
- - la figure 8 représente schématiquement différents cycles de chargement, et
- - les figures 9 et 10 représentent respectivement l'évolution de la pression de chargement et l'évolution du volume d'eau expulsé lors de la consolidation radiale d'un échantillon de terrain.
- Une membrane cylindrique dilatable 1 est mise en place verticalement dans un trou 2 puis mise en pression par l'intermédiaire d'un fluide pour charger horizontalement le terrain (figure 1).
- La distribution en plan des membranes dilatables et des drains verticaux est fonction du sol et des premiers essais. En principe, on répartit régulièrement des membranes 1 dans les parties homogènes du terrain et on dispose régulièrement une pluralité de drains 3 entre les membranes. La figure 2 représente un exemple.
- Il est également envisagé l'utilisation de drains circulaires placés directement autour de la membrane, ces drains étant en matériau filtrant qui reste drainant même à l'état comprimé.
- De préférence, on utilise une membrane constituée d'une gaine résistante (matériau tissé ou non) associée à une membrane d'étanchéité intérieure. L'étanchéité peut également être assurée par enduction de la gaine résistante.
- On utilise, si désiré, des renforcements à différents niveaux verticaux pour tenir compte des variations de résistance de certaines couches de sol. Il est ainsi préconisé de placer des corsets autour de la membrane au passage des couches dures ou pour neutraliser le premier mètre de terrain afin d'éviter le soulèvement du terrain.
- L'étanchéité de la gaine à ses extrémités est obtenue par tout moyen approprié et, par exemple,
- - en haut : obturateur avec collier de serrage ou packer gonflable,
- - en bas : gaine fermée et mise en place repliée sur elle-même (figure 3).
- La membrane a, au départ, une forme qui est ou non cylindrique. De fait, on utilise de préférence
- a) une membrane introduite plate ou pliée et qui reprend une forme circulaire sous l'effet de la pression (figure 4) ;
- b) Une membrane de forme circulaire permanente qui gonfle de manière élastique.
- La membrane est mise en place par battage ou vibro-fonçage (ou autre procédé) d'un mandrin creux à l'intérieur duquel elle se trouve (figure 5 et 6) ; à l'extrémité inférieure, la membrane est attachée à un sabot 5 qui empêchera sa remontée lors de l'enlèvement du mandrin.
- Le fonctionnement de l'ensemble est similaire à celui d'une machine à drains.
- Lors de la mise en place, la membrane (de type a) se trouve à plat ou en soufflet dans le mandrin qui a de préférence une forme en H (figure 6) puis dans le sol. Ceci permet de limiter au maximum le remaniement du sol lors du battage (de par la forme du mandrin qui en résulte) et d'avoir l'efficacité maximale au moment du gonflage.
- Une autre possibilité consiste en l'utilisation de gaines cylindriques élastiques (de type b) de petites dimensions qui sont mises en place à l'intérieur de mandrins cylindriques de plus petits diamètres.
- Une couche drainante 11 de faible épaisseur (au maximum 50 cm) est déposée ou se trouve déjà sur le sol à consolider, puis recouverte d'une membrane étanche 6 (figure 7).
- Une pompe à vide 7 branchée sous la membrane dans la couche drainante entraîne alors une dépression p, ce qui induit une surcharge p a-p à la surface du terrain (pa = pression atmosphérique).
- Un réseau de drains 8 est disposé sous la membrane, par exemple verticalement, en tant que de besoin.
- Un problème d'étanchéité se pose à la périphérie de la membrane. Il peut être résolu avec des procédés classiques tels que tranchée 9 et bentonite 10. Une autre solution consiste en la mise en place de membranes verticales étanches dans la tranchée.
- La membrane verticale (ou horizontale) est soumise à un programme de chargement qui comprend des temps où la membrane est effectivement chargée par pression (ou dépression) séparés par des temps où la pression (ou la dépression) est diminuée ou supprimée.
- On observe qu'un terrain soumis à des charges d'intensité variable dans le temps tasse plus et plus vite que si la charge avait été constante.
- Le cycle est régulier ou non régulier.
- Les schémas de chargement représentés en A, B et C sur la figure 8 illustrent la mise en oeuvre de l'invention sur différents types de sols :
- A : montée progressive de la pression avec phases de déchargement intercalées ;
- B : pression constante avec phases de déchargement intercalées ;
- C : chargement "vibratoire" où de petites variations de pression sont entretenues autour d'une pression moyenne ;
- Les figures 9 et 10 sont relatives à un exemple de mise en oeuvre du procédé de consolidation radiale forcée sur un échantillon de terrain argileux dans une cuve d'oedomètre dynamique (avec drainage radial) et représentent respectivement la variation dans le temps de la pression de chargement et la variation dans le temps de l'eau expulsée de l'échantillon.
- Dans le cas de la gaine cylindrique, on peut également contrôler les volumes suivant le même type de schéma dans le temps. Ceci est particulièrement intéressant puisqu'une augmentation de volume de la sonde correspond directement à une expulsion d'eau du terrain. Il devient ainsi possible d'asservir le chargement du terrain aux réactions du sol.
- Après consolidation du terrain, les membranes verticales sont retirées et les trous ainsi dégagés sont remplis avec un matériau dur pour constituer des pieux, si on le désire.
Claims (10)
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