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La présente invention a pour objet un procédé et un système de drainage de sols et de murs utilisant un matériau granuleux.
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Le secteur technique de l'invention est le domaine des travaux publics et du bâtiment.
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L'une des applications principales de l'invention est la réalisation de drains pour écouler l'eau retenue en excès dans le terrain autour de fondations de constructions, afin de limiter et même d'empêcher toute rentrée d'humidité si ce n'est d'inondation dans ces constructions.
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On connaît en effet différentes techniques pour cela, dont les principales sont, soit le remplissage de tranchées, réalisées autour de la construction à protéger, avec des galets ou autres matériaux granuleux et pondéreux que l'on y déverse en vrac, soit une combinaison de couches desdits galets ou autres matériaux au-dessus de conduites percées d'orifices et disposées en fond de tranchée ; dans la plupart des cas, afin d'éviter un colmatage des conduites de drainage et/ou des espaces intergrains du matériau dont est remplie ladite tranchée, par la terre entraînée par l'eau d'écoulement depuis les terrains environnants que l'on veut assainir pour protéger les constructions, on tapisse au moins la paroi desdites tranchées du côté de ces terrains, avant la dépose des tuyaux et/ou des galets par exemple, de feuilles d'un matériau souple poreux, dont la porosité est assurée, soit par le tissage du matériau, soit par des perforations.
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Pour améliorer ces techniques, différentes innovations ont été développées et proposées, dont certaines ont fait l'objet de dépôts de demandes de brevets, telles que :
- la demande FR 2.608.652 déposée sous priorité japonaise et publiée le 26 juin 1988, portant sur une feuille de drainage pour travaux de construction, formée par une première feuille ayant des saillies contenant de l'air, et une seconde feuille collée à la précédente pour que les cavités desdites saillies soient fermées de manière étanche, l'ensemble étant placé dans une feuille d'un non-tissé, afin de réaliser un masque asséchant,
- ou la demande de brevet FR 2.606.435 publiée le 13 mai 1988 et portant sur un procédé et dispositif pour le drainage des rives de toute aire stabilisée de génie civil ou des rives d'une construction, par lequel on dispose à l'intérieur d'une tranchée pratiquée dans le sol, un élément vertical de drainage comportant une enveloppe filtrante, dont le fond renferme un tuyau de drainage ou une cuvette d'écoulement que l'on remplit ensuite d'un matériau granuleux en vrac, pour constituer un massif vertical filtrant dont on rabat les bords de l'enveloppe supérieure de la gouttière constituée sur le dessus du massif.
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On peut relever également la demande de brevet EP 85742 sous priorité japonaise et publiée le 17 août 1993 sur une méthode pour améliorer un sol mou par la méthode des drains de sable réalisés par des sacs cylindriques insérés par cuvelage dans ledit sol, afin que la forme externe puisse subir une forte augmentation de charge, ou encore la demande de brevet EP 20630 sous priorité suédoise, publiée le 7 janvier 1981 et portant sur un tuyau de drainage comprenant une enveloppe tubulaire extérieure munie de plusieurs rainures et de cloisons s'étendant vers le haut à partir des bords respectifs desdites rainures.
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Ces divers dispositifs et bien d'autres, malgré l'utilisation d'une enveloppe protectrice externe et perforée, n'empêchent pas cependant au bout de quelques années, un certain colmatage desdites perforations et/ou du matériau granuleux lui-même qui ne permet plus alors normalement l'écoulement de l'eau des terrains à travers le drain ainsi constitué : en effet, en particulier, le maintien des feuilles desdits matériaux souples contre les parois de la tranchée pendant son remplissage, est difficile à assurer et comporte de nombreux défauts, dû essentiellement à leur effondrement par endroits, et diminuant bien sûr son efficacité.
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De plus, l'utilisation des galets ou autres matériaux granuleux pondéreux, nécessite des engins de manutention et de transport assez lourds, encombrants et lents à mettre en oeuvre, grevant ainsi le prix de revient de l'opération. L'extraction des galets en carrière dans les lits de rivières est par ailleurs de plus en plus contrôlée et limitée.
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Le problème posé est donc de pouvoir réaliser un drainage des sols avec des matériaux que l'on rajoute dans ceux-ci, comme cela est connu jusqu'à ce jour, mais avec une efficacité qui soit garantie pendant de longues périodes, avec une mise en place et une mise en oeuvre rapides et simples, soit avec le moins de matériel de chantier possible, et pour un coût global de la fourniture du matériau et de sa mise en place, le plus réduit possible.
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Une solution au problème posé est un procédé de drainage de sols, dans lequel on creuse une excavation préalablement à la dépose dans celle-ci d'un matériau rigide granuleux, enfermé dans une feuille d'un matériau souple poreux (soit perforé, soit perméable). Suivant ledit procédé :
- on réalise préalablement des sacs dont l'enveloppe formant poche est constituée dudit matériau souple, et dont les parois sont renforcées et maintenues par une armature à des dimensions correspondant à ladite excavation, soit de préférence légèrement inférieures aux dimensions de celle-ci,
- on remplit lesdits sacs de pouzzolane,
- on transporte lesdits sacs remplis jusqu'à ladite excavation dans laquelle on les dispose les uns contre les autres.
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Une autre solution au problème posé est un système de drainage de sols, comportant au moins un sac dont l'enveloppe formant poche est constituée d'une feuille de matériau souple poreux, soit perforé, soit perméable, et rigidifiée par une armature lui donnant ladite forme voulue, lequel sac étant rempli d'un même matériau granuleux en fragments rigides, de granulométrie telle que définie ci-après et qui est de la pouzzolane. L'objectif de la présente invention est également obtenu par un sac pour le drainage de sols comprenant une enveloppe formant poche et réalisée en matériau souple et une armature en panier constituée d'un treillis donnant sa forme et correspondant aux dimensions de ladite enveloppe, laquelle est poreuse, au moins sur deux faces opposées.
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Dans un mode préférentiel de réalisation, l'enveloppe est réalisée en "polyane" ou en géotextile non tissé ; ses parois peuvent être raidies par un panier intérieur autour duquel elle est enfilée pour être ensuite remplie par des morceaux ou grains ou fragments de ladite pouzzolane, que l'on déverse à l'intérieur par une de ses faces ouvrantes, grâce à tout moyen qui peut être automatisé. L'enveloppe est ensuite fermée par des rabats qui sont maintenus entre eux pour permettre la manutention dudit sac rempli et son transport en toute position.
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Pour pouvoir réaliser des drains à parois verticales autour des fondations de constructions, l'excavation réalisée est alors une tranchée, dans laquelle lesdits sacs peuvent être disposés les uns derrière ou à la suite et contre les autres, avec ou sans manchon de raccordement entre eux, afin de constituer une chaîne continue, lesdits sacs étant alors de forme parallélépipédique ou cylindrique, dont l'épaisseur peut être légèrement inférieure à la largeur de la tranchée réalisée.
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Ainsi, par exemple, une tranchée de l'ordre de 20 centimètres de large pour 50 à 60 centimètres de haut, peut recevoir des sacs parallélépipédiques de 14 à 15 centimètres d'épaisseur, pour une hauteur égale à la profondeur de la tranchée et d'une longueur de 60 à 80 centimètres : compte tenu de la faible densité de la pouzzolane qui est de l'ordre de 1, soit 0,980, chaque sac ayant de telles dimensions, a un poids au maximum de 50 kilos qui peut le rendre manipulable par un seul homme à la main sans engin ou matériel de manutention ; ce poids est en effet le maximum autorisé par la réglementation du travail en France et les sacs peuvent être équipés de poignées pour en faciliter le transport et la manutention.
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Le résultat est de nouveaux procédés et systèmes de drainage de sols, répondant au problème posé sans avoir les inconvénients des procédés connus à ce jour.
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En effet, la disposition en sacs rigidifiés du matériau granuleux directement disposé dans les tranchées, supprime tout risque d'effondrement de la paroi souple de celles-ci lors de leur remplissage, garantissant son efficacité pendant de longues périodes ; le faible poids relatif des sacs ainsi réalisés ne nécessite pas d'engin de manutention, ni de transport particulier, réduisant ainsi les coûts de mise en oeuvre, celle-ci pouvant être effectuée avec une grande rapidité.
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De plus, un tel procédé suivant l'invention permet de creuser des tranchées, justes ou à peine supérieures aux dimensions des sacs préparés car ceux-ci peuvent être disposés tout de suite après avoir creusé la tranchée et sans attendre, alors que dans les procédés connus à ce jour, il est nécessaire d'avoir une tranchée plus large, d'une part, pour permettre aux engins de manutention de pouvoir y accéder et y déverser leur matériau sans risquer d'en mettre trop à côté, et en cas d'éboulement, de conserver quand même une largeur de tranchée suffisante et cela d'autant plus que le remplissage est nécessairement décalé par rapport au creusement.
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De plus, le choix de la pouzzolane comme matériau granuleux, outre sa densité plus faible permettant d'autant plus le procédé de mise en oeuvre suivant l'invention, permet une meilleure tenue à la température car d'une part, la pouzzolane, appelée également « LAPILI » en Italie, est un bon isolant, laisse un passage toujours libre entre ses grains et résiste bien au gel : ses qualités sont connues et déjà utilisées même depuis l'époque romaine comme agrégat dans les ciments isolants dans certaines constructions près des endroits de production que sont l'Auvergne en France, et certaines régions italiennes.
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La pouzzolane est en effet une variété de roche d'origine volcanique à structure alvéolaire, formée de scories restées à l'état meuble, que l'on trouve en très grandes quantités dans les massifs volcaniques : ses caractéristiques mécaniques sont, en particulier, sa faible densité de 0,980 du fait, entre autres, de sa porosité, mais également un bon coefficient d'isolation thermique et phonique, une capacité à supporter d'importants et brusques changements de température, une rugosité de grain, une richesse en divers composants naturels et une assez bonne compacité et rigidité propre, évitant son écrasement, une résistance mécanique aux chocs, à l'usure et aux agents agressifs, dont l'ensemble des caractéristiques est bien connu et auquel on pourra se référer par ailleurs.
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L'exploitation de ce matériau a été effectivement développée dans des applications, telles que des bétons allégés et isolants, et même réfractaires, ou comme liant ou sous-couche en techniques routières et sols d'équipements sportifs, du fait respectivement de sa réaction à la chaux et de sa porosité, ou comme amendement des sols en agriculture grâce à sa richesse en silice, phosphore et entre autres les oligo-éléments, ou enfin en épuration des eaux usées du fait de sa rugosité qui accroche les bactéries. Cependant, malgré ses multiples applications possibles, la quantité de ce matériau exploitée à ce jour est relativement faible, ce qui permet d'en disposer de très grandes quantités, beaucoup moins limitées que les galets, que l'on ne trouve que dans le lit des rivières et dont l'exploitation détournant celles-ci, crée de grands problèmes d'environnement qui sont très contrôlés à ce jour.
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Par ailleurs, le choix du "polyane" ou d'un géotextile non tissé comme enveloppe souple externe, est un bon compromis entre l'élasticité minimum nécessaire pour sa mise en oeuvre, un faible coefficient d'allongement pour éviter trop de déformations lors du remplissage et du transport et une très bonne résistance à la déchirure, même après perforation. De plus, le prix de revient est assez faible car ce sont des matériaux utilisés dans beaucoup d'emballages. Les caractéristiques du "polyane" sont en particulier une résistance à la traction de l'ordre de 80 kg/mm2, avec un faible coefficient d'allongement de l'ordre de 0,65 mm/kg en bi-couche et 0,85 mm/kg en tri-couche ; ceux des géotextiles non tissés sont de préférence aiguilletés, à filaments continus, et pour diverses épaisseurs, permettent d'obtenir des résistances à la traction et à la déchirure, encore supérieures à celles du "polyane", avec un coefficient d'allongement plus faible, tel que, par exemple pour un géotextile de 1,1 mm d'épaisseur, un poids de 85 g/m2, donnant une résistance à la traction de 5 kN/m, une déformation à l'effort maximum de 60/50 %, une résistance à la déchirure de 0,3 kN/m, une résistance au poinçonnement de 0,4 kN, une ouverture de filtration de 120 microns, et pour du géotextile de 1,4 mm d'épaisseur et 125 g/m2 de masse surfacique, des caractéristiques respectivement dans le même ordre que pour l'épaisseur précédente de 8 kN/m, 60/50 %, 0,4 kN/m, 0,5 kN et 100 microns, et pour une épaisseur de 1,7 mm et 160 g/m2, des caractéristiques respectivement de 10 kN/m, 60/52 %, 0,6 kN/m, 0,7 kN et 97 microns ; ces caractéristiques sont mesurées conformément aux normes NFG 38014 / 38015 / 38019 et 38017 et peuvent correspondre à du matériau géotextile tel que celui fabriqué par la Société BIDIM GEOSYNTHETICS S.A. ou équivalent.
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Le "polyane" est également un matériau biodégradable au bout de plusieurs années, de l'ordre de cinq ans, qui est une durée correspondant à celle permettant au sol de se stabiliser et donc de ne plus risquer de colmater l'interstice des grains de la pouzzolane, une fois le "polyane" disparu, gardant ainsi l'efficacité du drain.
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Le choix de la granulométrie est également innovant dans le cadre de l'invention entre une granulométrie trop faible, qui alourdirait les sacs et qui diminuerait l'effet de drainage, et une granulométrie trop importante qui nécessiterait une largeur de sac plus grande, et donc des tranchées plus importantes, ce qui n'apporterait aucun intérêt supplémentaire à l'efficacité du système, tout en en grevant son coût.
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On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt.
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La description et les figures ci-après représentent des exemples de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles, dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en changeant soit la forme de base des sacs du système de drainage suivant l'invention, qui pourraient être autres que de forme parallélépipédique rectangle ou cylindrique, soit leur disposition dans le sol, soit l'un et l'autre. En particulier, les sacs suivant l'invention pourraient être utilisés en sous-couches horizontales de drainage sous des surfaces à construire, telles que des terrains de tennis ou autres, en disposant des sacs parallélépipédiques à plat pour recouvrir l'ensemble de la surface voulue, et non verticaux en tranchées, comme représenté sur la figure 2 ; une autre utilisation peut être en puisard vertical avec des sacs cylindriques, suivant la figure 4, disposés suivant leur axe vertical.
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La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'un sac 1 avec une armature 3 constituée de raidisseurs internes.
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La figure 2 est une représentation en tranchée avec des sacs 1 faisant drains suivant l'invention, tels que ceux de la figure 2, mais il pourrait être également utilisé des sacs suivant les figures 3 ou 4.
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La figure 3 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un sac 1 avec un panier interne en treillis soudé en acier souple, fer souple ou en plastique, et avec des mailles comprises entre 0,03 x 0,03 mètre, jusqu'à 0,250 x 0,250 mètre et même au-delà, et des diamètres de fil constituant ledit treillis de 2 à 6 millimètres.
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La figure 4 est une vue perspective d'un autre exemple de sac 1 suivant l'invention, avec une armature de type de celui de la figure 3, mais de forme cylindrique.
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L'enveloppe représentée ici sur tous les dessins comme étant extérieure 2 est constituée d'un matériau souple, poreux, soit perforé quand il s'agit du "polyane", soit perméable quand il s'agit de géotextile non tissé, et rigidifié par une armature 4 intérieure constituée de raidisseurs assez espacés comme sur la figure 1 ou d'un panier en treillis soudé, tel que représenté sur les figures 3 et 4 : cette armature 4 lui donne toutes formes voulues ; le volume interne 7 dudit sac 1 est rempli de pouzzolane 11, d'une granulométrie comprise entre 30 et 90 millimètres et de préférence 40 à 80 millimètres. Dans un autre mode de réalisation, lesdits raidisseurs ou armature 4 pourraient être disposés à l'extérieur et dans une mise en oeuvre particulière, être assemblés après remplissage de ladite enveloppe, par prise en « sandwich » de celle-ci entre deux cadres armatures, par exemple plans, formant les deux faces longitudinales d'un parallélépipède, et reliées entre eux par des tiges faisant tirants 14, par exemple de 0,010 mètre de diamètre à travers le sac, et immobilisées sur les armatures longitudinales externes par tout système de fixation, avec des rondelles d'arrêt 16 de 0,02 mètre de diamètre par exemple, tel que ceux représentés sur la figure 3.
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Toutes les faces 2 de ladite enveloppe sont poreuses, soit dans le cas du "polyane" perforées par des orifices 12 d'un diamètre inférieur à la plus faible de la valeur de la fourchette de granulométrie choisie, soit 30 millimètres, et de préférence 22 millimètres, et même avec des microtrous de 0,06. L'enveloppe 2 est constituée de une à trois épaisseurs de feuilles ou couches de "polyane" de préférence, pour une meilleure résistance et pourrait être disposée à l'intérieur des raidisseurs, comme indiqué ci-dessus. Dans le cas d'une enveloppe en géotextile non tissé tel que définie précédemment, celui-ci étant perméable n'a pas besoin d'être perforé et existant en plusieurs épaisseurs, il n'est pas nécessaire de le disposer en plusieurs couches.
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Sur les figures 1, 2 et 3, les sacs sont représentés de forme parallélépipédique, et comme indiqué précédemment, ils peuvent être d'une autre forme, telle que cylindrique, comme sur la figure 4. Quelle que soit leur forme, ils comportent au moins deux faces opposées parallèles 22 : dans leur application en drain de tranchée suivant la figure 2, ces faces 22 sont disposées verticales et viennent en contact les unes contre les autres entre sacs adjacents pour constituer un drain continu ; une de ces faces 22 peut être équipée d'un manchon creux 13 de raccordement, comme représenté sur la figure 1, fabriqué comme l'enveloppe 2 de 0,15 à 0,20 mètre de long par exemple, pour assurer la continuité en l'enfilant autour de l'extrémité du sac adjacent.
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Dans le mode de réalisation parallélépipédique, les perforations de l'enveloppe 2 desdits sacs 1 sont moins nombreuses sur une des faces longitudinales 21 que sur les autres, de l'ordre de 1/10ème environ et correspondant au côté qui est exposé au terrain 9 à assainir pour protéger le côté correspondant au sol où se situe la construction 10 que l'on veut isoler dudit terrain 9, tel que représenté sur la figure 2.
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Dans une utilisation de type évacuation d'eaux usées en puisard vertical de forme cylindrique, les perforations ne sont réalisées que sur les faces planes 22 opposées d'extrémités, la paroi de l'enveloppe périphérique 24 étant non perforée.
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L'enveloppe 2 du sac 1 s'ouvre sur une de ses faces, telle qu'à sa partie supérieure opposée à la face 23 de son fond qui vient en contact avec le fond de la tranchée 8 ou excavation ; l'ouverture peut être également sur une face latérale 22 disposée alors verticalement pour le remplissage, et de préférence sur la face qui porte le manchon d'emboîtement 13, bien que sur les figures 1 et 2 ci-jointes cette face ouvrante est disposée sur une face différente de celle du manchon, pour bien montrer que différentes possibilités sont envisageables. Cette face d'enveloppe s'ouvre pour permettre le remplissage qui peut être effectué directement sur le site d'extraction de la pouzzolane et de sa production dans la granulométrie voulue : on referme ensuite cette ouverture par des rabats 5 assurant la fermeture du sac, par soudage, collage par système de presse ou par tout moyen mécanique, tel que par oeillets 6 préperforés dans les rabats et au travers desquels on peut passer une lanière ou une tige.
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En ce qui concerne l'armature formée de raidisseurs 4 et/ou d'un panier 3 permettant de renforcer et donner la forme voulue à l'enveloppe 2, et de maintenir celle-ci lors du transport et de la manutention, lesdits raidisseurs 4 sont disposés au moins le long des arêtes délimitant ladite forme du sac 1 et au moins le long d'une médiane sur toutes les faces 2 délimitées par lesdites arêtes, sauf celles correspondant à l'ouverture de remplissage. Pour une forme parallélépipédique rectangle telle que représentée sur la figure 1, correspondant à une application dans une tranchée 8 telle que représentée sur la figure 2, on a alors au moins : quatre raidisseurs verticaux 41 dans les quatre arêtes verticales, deux raidisseurs verticaux 42 au milieu des deux faces longitudinales 21 et reliés entre eux à leur partie inférieure au niveau du fond 23, huit raidisseurs horizontaux 43 le long des arêtes inférieures du fond 23 et de la face supérieure correspondant à l'ouverture, quatre raidisseurs horizontaux 44 reliés entre eux dans le même plan et partageant médianement les faces longitudinales 21 et les faces latérales 22.
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De plus, pour renforcer la rigidification des faces ou parois externes et surtout longitudinales des sacs 1 en fonction de leurs dimensions, il peut être disposé :
- soit des raidisseurs diagonaux 45 dans les deux faces longitudinales 21, comme sur la figure 1,
- soit d'autres raidisseurs verticaux et horizontaux formant une armature en treillis 15, comme représenté sur la figure 3 dans les faces longitudinales 21 et horizontaux et croisés également en treillis dans le fond 23, et reliés à ceux des faces latérales et longitudinales à leur partie inférieure,
- soit comme pour la solution d'armatures externes, et représentées également sur la figure 3, des tiges 14 de diamètre 0,010 mètre par exemple et de longueur égale à la largeur 1 du panier 3, et faisant tirants à travers le sac entre les faces longitudinales 21 qu'elles relient, et immobilisées par exemple par des rondelles 16 extérieures de diamètre 0,02 mètre par exemple,
- soit une combinaison de ces diverses possibilités.
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L'espacement entre les raidisseurs peut être de 30 à 120 millimètres et même plus, suivant la granulométrie retenue pour les grains de pouzzolane, car plus cette granulométrie sera faible, plus les dimensions de la maille définie par l'espacement des raidisseurs devront être réduites pour éviter une trop grande déformation de l'enveloppe 2.
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L'ensemble de ces raidisseurs étant de préférence solidaires entre eux et même soudés et/ou moulés d'une ou en plusieurs pièces pour constituer un panier intérieur 3 autour duquel est enfilée ladite enveloppe 2 : de préférence, lesdits raidisseurs sont réalisés, soit en acier ou fer souple, soit en plastique, de type PVC dur, en tiges de diamètre par exemple de l'ordre de 4,5 millimètres pour les raidisseurs verticaux et horizontaux, et 3 millimètres pour ceux disposés en diagonale, l'ensemble de ces raidisseurs étant compris dans une fourchette de 2 à 6 millimètres de diamètre.
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A titre d'exemple de dimensionnement pour des sacs de type parallélépipèdes rectangles tels que représentés sur la figure 1 pour l'application suivant la représentation de la figure 2, la longueur L desdits sacs peut être de 0,50 à 1,20 mètre, pour une hauteur h de 0,40 à 0,80 centimètres et une largeur l de 0,10 à 0,15 mètre, soit donc par exemple : L x h x l = 0,60 x 0,60 x 0,14 mètre ou 0,70 x 0,50 x 0,14 mètre ou 0,80 x 0,40 x 0,15 mètre ; soit donc en fait une épaisseur l comprise entre 20 % et 40 % environ de la plus petite des autres dimensions L et h ; celles-ci sont de valeur égale, ou au maximum, l'une est le double de l'autre.
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Pour des sacs de type cylindrique, leur diamètre D peut être de 0,2 à 1,20 mètre.
