EP4363667A1 - Procede de fabrication d'un element comprenant un cycle d'activation d'un coulis - Google Patents

Procede de fabrication d'un element comprenant un cycle d'activation d'un coulis

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Publication number
EP4363667A1
EP4363667A1 EP22734629.3A EP22734629A EP4363667A1 EP 4363667 A1 EP4363667 A1 EP 4363667A1 EP 22734629 A EP22734629 A EP 22734629A EP 4363667 A1 EP4363667 A1 EP 4363667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grout
excavation
composition
pumped
activated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22734629.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe JUSTINO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Publication of EP4363667A1 publication Critical patent/EP4363667A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/13—Foundation slots or slits; Implements for making these slots or slits
    • 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
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/126—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/36—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making without use of mouldpipes or other moulds
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    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
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    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/46—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making in situ by forcing bonding agents into gravel fillings or the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/20—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels
    • E02F3/205—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels with a pair of digging wheels, e.g. slotting machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2250/00—Production methods
    • E02D2250/003—Injection of material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2300/00—Materials
    • E02D2300/0004—Synthetics
    • E02D2300/0018—Cement used as binder

Definitions

  • the present invention relates to the field of the in situ manufacture of elements in the ground, for example temporary retaining screens or sealing screens.
  • the invention relates in particular to the manufacture of grout walls in a ground at great depth.
  • a disadvantage of this method is that the hardening time of the cement grout is difficult to control and is sometimes insufficient to allow the realization of deep excavations or several successive excavations. Also, there is a significant risk that the excavation tool will remain trapped in the hardened grout, in which case it is necessary to destroy the fabricated wall or to abandon the cutting tool in the excavation. Consequently, for the implementation of this process, shovels and skips, although less efficient, are preferred to hydro-mills, the cost of which is much higher and the abandonment of which would be more detrimental.
  • a method for manufacturing an element is also known in which the excavation is carried out while injecting an inert drilling fluid.
  • the drilling fluid is then replaced by a cement slurry prepared above ground. This prevents the grout from setting during drilling and therefore eliminates the risk of the excavation tool jamming in the hardened grout.
  • a disadvantage of this method is that the density contrast between the drilling fluid and the cement slurry is low. During substitution, part of the drilling fluid mixes with the cement slurry in an inhomogeneous and uncontrolled manner. This has the consequence of deteriorating the physical properties of the element formed by hardening of this inhomogeneous mixture. The latter is notably less resistant.
  • the mixture obtained in the excavation is not homogeneous over the whole of the excavation, so that the element obtained may be weakened in places.
  • this process involves the costly establishment of high-dose grout manufacturing facilities.
  • this process makes it necessary to provide for the evacuation of a volume of drilling fluid equivalent to the volume of highly dosed cement slurry introduced into the excavation, which imposes significant logistical constraints.
  • An object of the present invention is to propose a method of manufacturing an element in a ground remedying the aforementioned problems.
  • the invention relates to a method for manufacturing an element in a soil, the method comprising:
  • At least one grout activation cycle is carried out during which: at least part of the grout is pumped; a second composition configured to activate the grout is added to the pumped grout by reacting with the first composition in order to initiate the hardening of said grout; then the activated grout is introduced into G excavation;
  • the activated grout contained in the excavation is allowed to harden in order to form G element in the ground.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the in situ manufacture of grout walls, for example temporary retaining screens or sealing screens.
  • the process allows the manufacture of elements in a ground at great depth, for example at a depth of several tens of meters.
  • the element to be manufactured can also be a pre-fabricated wall, a reinforced wall fitted with a profile-type stiffening element, a sealed wall fitted with a High Density Polyethylene (HDPE) membrane. or a reactive permeable barrier.
  • HDPE High Density Polyethylene
  • the geometry of G excavation depends on the drilling tool used. It can be a trench or a long drilling, depending on the shape of the element to be manufactured. In a non-limiting way, the drilling tool can be a shovel, a bucket or even a hydro-cutter.
  • the grout comprising the first composition introduced into the excavation acts as a drilling fluid.
  • This grout exerts hydrostatic pressure on the walls of the excavation to hold them in place and prevent them from collapsing. It also lubricates and cools the cutting tool and brings the drill cuttings to the surface of the excavation.
  • At least part of the grout is pumped out of the excavation. Part of the grout is therefore extracted from the excavation.
  • the grout comprising the first composition is an inert and non-activated grout.
  • This grout includes an inactive binder.
  • the hardening of the grout only occurs after injection of the second composition. Also, during drilling, the hardening of the grout, as defined below, has not started and said grout is maintained in liquid form.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to overcome the risk of trapping the drilling tool in the hardened grout and therefore of having to destroy the formed element or abandon the drilling tool. Thanks to the method according to the invention, it can therefore be envisaged to use high-performance and expensive tools, such as a hydro-cutter, without fear of damaging them or having to abandon them in the excavation.
  • the activation cycle can be carried out later and in particular much later, for example several days, after the drilling step.
  • the grout comprising the first composition is preferably devoid of cement and in particular of Portland cement and consequently has a reduced carbon footprint.
  • activated grout is meant a grout whose hardening is initiated.
  • hardening is meant a modification, generated voluntarily, of the mechanical properties of the grout with a view to reaching a solid state allowing the formation of an element having satisfactory properties, in particular in terms of resistance, within a period generally of less than 15 days. .
  • Such hardening differs from any natural and untriggered stiffening of an unactivated and unmixed grout, which may occur after a significant delay, generally greater than 30 days.
  • the activated grout results from bringing the first composition present in the grout initially introduced during drilling into contact with the second composition.
  • the activated grout forms a binder.
  • the first composition of the grout introduced during drilling advantageously comprises at least one precursor component.
  • the grout also comprises water, in the proportion of 75% to 97% of the volume of the activated grout (m 3 ) or in the proportion of 49.6% to 90% of the mass of one ton of grout.
  • the second composition forms an activation composition. It advantageously comprises at least one activator component configured to react with the precursor component of the first grout composition.
  • the second build is advantageously in liquid form and can be stored on the surface, for example in a tank. In a non-limiting way, the second composition can be in powder form.
  • the drilling tool is removed from the excavation.
  • the excavated soil is extracted from the excavation before carrying out said at least one activation cycle, so that the method does not implement a technique of mixing the soil in place with a binder, also called soil-mixing technique.
  • Said at least one grout activation cycle is preferably continued until a satisfactory quantity of grout has been activated.
  • the grout activation cycle can be interrupted when all of the grout introduced during drilling has been pumped, activated and then introduced into G excavation.
  • the activation is advantageously continued until the mixture in the excavation is judged to be homogeneous, and therefore when substantially all the grout has been activated.
  • An interest is to allow the formation of a more resistant element than the elements formed according to the methods of the prior art, which are based on volume estimates and in which the mixture obtained in the excavation is not homogeneous on the entire excavation.
  • the grout activation cycle can be continued after all of the grout initially introduced during drilling has been pumped, activated and then introduced into the excavation. In this case, already activated grout is pumped and the second composition is added to said already activated and pumped grout.
  • One interest is to increase the concentration of second composition in the activated grout, in order to modify the physical properties of the manufactured element, for example to increase its resistance.
  • the pumping of the grout is preferably carried out continuously.
  • the hardening of the activated grout can be rapid, of the order of a few hours, for example between 10 hours and 24 hours, or slow, of the order of several days, for example between 3 and 7 days.
  • the non-activated grout is at least partially treated so as to activate it.
  • all the non-activated grout initially introduced into the excavation during drilling is activated, so that the excavation then contains only activated grout, over its entire depth.
  • the quantity of second composition added to the pumped grout and in particular the quantity of second composition added for a given quantity of pumped grout is known with precision.
  • the mass concentration of the second composition in the activated grout is controlled.
  • the second composition is introduced gradually and homogeneously into the pumped grout and the activation of the grout is controlled.
  • the activation of the grout does not modify, or very slightly, the density of said grout. Consequently, thanks to the process according to the invention, the mixture of the activated grout and the non-activated grout obtained in the excavation, after introduction of the activated grout, is homogeneous. This therefore makes it possible to overcome the problems of inhomogeneity of the methods of the prior art, in which materials of different natures are mixed in an inhomogeneous manner in the excavation.
  • the slurry used in the method according to the invention during drilling, as drilling fluid intervenes in the final composition of the manufactured element.
  • One advantage is to reduce the quantity of materials used for drilling and manufacturing the element, and to avoid having to evacuate the drilling fluid. The costs associated with the implementation of the method according to the invention are therefore reduced.
  • the activated grout and possibly a portion of non-activated grout are essentially present in the excavation, forming a particularly homogeneous mixture within the excavation.
  • This mixture is significantly more homogeneous than the mixtures obtained according to the methods of the prior art, where the drilling fluid is replaced by a cement slurry or mixed with a cement slurry strongly dosed in a coarse manner.
  • the element formed using the process according to the invention is therefore all the more solid and resistant over its entire length and over its entire volume.
  • the method according to G invention makes it possible to dispense with the introduction of highly dosed cement into G excavation, thus reducing the manufacturing costs of the element.
  • the method further comprises a control step in which at least one physico-chemical parameter of the pumped grout is measured and said at least one activation cycle is stopped when the value of said at least one physico-chemical parameter becomes greater than a predetermined high threshold or less than a predetermined low threshold.
  • a control step in which at least one physico-chemical parameter of the pumped grout is measured and said at least one activation cycle is stopped when the value of said at least one physico-chemical parameter becomes greater than a predetermined high threshold or less than a predetermined low threshold.
  • Said high or low thresholds are advantageously, but not limited to, pre-determined empirically and advantageously depend on the nature of the soil in which the excavation is carried out, on the nature of the first and second compositions or more physical properties desired for the element to be manufactured.
  • Said high or low thresholds can be determined on site, before starting the drilling stage.
  • the high and/or low thresholds can be predetermined during a preliminary study carried out in the laboratory.
  • the high and/or low thresholds preferably correspond to a value of said at least one physico-chemical parameter reflecting satisfactory activation of the grout.
  • the mixture in the excavation is considered to be homogeneous. and the activation criterion is considered reached.
  • physico-chemical parameters of the pumped grout are measured and said at least one activation cycle is stopped when the value of each of said physico-chemical parameters becomes greater than a predetermined high threshold. or lower than a predetermined low threshold, associated with this physico-chemical parameter.
  • the activation cycle can be stopped when only one of the physico-chemical parameters reaches the high or low threshold associated with it.
  • said at least one physico-chemical parameter can be measured on the grout pumped into the excavation, for example, at the level of a suction nozzle of a pump intended to pump the grout, laid out in the excavation.
  • said at least one physico-chemical parameter can be measured on the pumped grout, outside the excavation.
  • the predetermined high threshold is determined from said at least one physico-chemical parameter measured for the activated grout.
  • Said physico-chemical parameter measured for the activated grout is used as a reference reflecting the activation of the grout.
  • the high or low threshold is adjusted according to the properties of the activated grout and is particularly suited to the conditions of implementation of the method, for example to the nature of the soil or of the grout. The control of G activation of the grout and the homogeneity of the grout present in the excavation following the activation cycle are further improved.
  • the physico-chemical parameter is measured on the pumped grout and on the activated grout. It is understood that the high or low thresholds can evolve according to the value of said physico-chemical parameter measured for the activated grout.
  • the predetermined high threshold is chosen substantially equal to the value of said at least one physico-chemical parameter measured for the activated grout.
  • the value of said physico-chemical parameter measured on the pumped grout is then directly compared to the value of said physico-chemical parameter measured on the activated grout.
  • Said physico-chemical parameter is preferably measured on the activated grout before its introduction into the excavation and more preferably immediately downstream of the addition of the second composition to the pumped grout, optionally after an optional mixing step. grout pumped with the second composition.
  • said at least one physico-chemical parameter is chosen from conductivity, pH, viscosity, temperature or specific ion concentration of the pumped grout.
  • a physico-chemical parameter varies during the reaction of the first composition of the grout with the second composition, and therefore during the activation of the grout.
  • the value of these physico-chemical parameters is indicative of the activation or not of the grout.
  • the conductivity of the grout increases when the second composition is added.
  • specific ion is meant an ion selected and able to be used as an indicator. It is an ion whose concentration can be measured and whose concentration increases or decreases significantly upon activation of the grout. It can for example be a chloride, sulphate or calcium ion.
  • the physico-chemical parameter of the pumped grout is measured on the surface, outside the excavation.
  • One benefit is to measure the physico-chemical parameter immediately before adding the second composition to the pumped grout, in order to dose the second composition to be added even more precisely. The measurement is also facilitated.
  • the dosage of the second composition added to the pumped grout is adjusted during said at least one grout activation cycle, as a function of said physico-chemical parameter measured on the pumped grout.
  • the amount of second composition added to the pumped grout can be reduced when the value of said physical-chemical parameter measured on the pumped grout approaches the predetermined high or low threshold.
  • the dosage of the second composition added to the pumped grout can be increased if the evolution over time of the physico-chemical parameter measured on the pumped grout is not sufficient.
  • said at least one grout activation cycle comprises, after having added the second composition to the pumped grout, a mixing step in which the pumped grout is mixed with the second added composition, using a blender tool.
  • a mixing step in which the pumped grout is mixed with the second added composition, using a blender tool.
  • the mixing step is carried out online.
  • the mixing tool can include a static stirrer or a mobile element, in order to facilitate the mixing of the activated grout, in particular when the viscosity of the latter is high.
  • the mixture of the pumped grout with the second composition is carried out above ground and/or in the excavation.
  • the mixture can be carried out exclusively above ground, exclusively in the G excavation or jointly above ground and in the excavation.
  • said at least one physico-chemical parameter is preferably measured downstream of said mixture. It is understood that when the mixture of the pumped grout with the second composition is carried out above ground, said measurement can also be carried out above ground.
  • the grout is pumped from a lower part of the excavation, preferably close to the bottom of the excavation, whereby all the non-activated grout, initially introduced into the excavation during the borehole, can be pumped.
  • the level of said non-activated grout in the excavation gradually decreases during the activation cycle.
  • the pumping is advantageously carried out by means of a pump having a suction nozzle placed in the bottom of the excavation.
  • a suction duct then extends between the suction nozzle and the surface.
  • the activated grout is introduced into the excavation in a higher part of said excavation.
  • An interest is to limit the mixing between the non-activated grout, initially introduced into the excavation during drilling, and the activated grout introduced into G excavation during the activation cycle. It is specified that any mixing between the activated grout and the non-activated grout within the excavation does not compromise the effectiveness of the method according to the invention, in which the activation cycle is advantageously continued until activation grout initially present in the excavation.
  • the activated grout is introduced into the excavation of so as to gradually fill it, replacing the non-activated grout initially introduced during drilling.
  • the activated grout will gradually fill the volume of the excavation from the top of the excavation to the bottom of the excavation, as the grout initially introduced during drilling is pumped. Also, when activated grout is pumped, it can be deduced that substantially all the grout initially introduced during drilling has been activated.
  • the activated grout can be introduced into a lower part of the excavation while the pumping of the grout is carried out from an upper part of the excavation.
  • the first composition of the grout comprises at least one non-activated alumino silicate component or a silicate and aluminate compound.
  • aluminosilicate component is understood to mean any material consisting of silicates comprising aluminum (Al) in the form of oxides.
  • the first composition can comprise a mixture of several components, said mixture being a source of aluminosilicate.
  • a mixture of several components, said mixture being a source of aluminosilicate is understood to mean any mixture providing silica and aluminum oxide.
  • said at least one non-activated aluminosilicate component is chosen from: a blast furnace slag, fly ash, a calcined clay, for example of the metakaolin or kaolin type, a clay of the bentonite or kaolinite type, smectite, illite, attapulgite, sepiolite or a mixture of these.
  • a blast furnace slag fly ash
  • a calcined clay for example of the metakaolin or kaolin type
  • a clay of the bentonite or kaolinite type a clay of the bentonite or kaolinite type
  • smectite illite
  • attapulgite smectite
  • sepiolite sepiolite
  • said at least one non-activated aluminosilicate component comprises a mixture of blast furnace slag and bentonite.
  • the first composition can comprise a calcareous filler (calcium and/or magnesium carbonate) and/or a siliceous filler.
  • the second composition comprises an alkaline preparation, for example an alkaline powder or an alkaline solution.
  • Said alkaline preparation reacts with the first composition, and preferably with said at least one aluminosilicate component of the first composition, so as to activate the pumped grout.
  • the alkaline preparation is an alkaline powder or an alkaline solution (liquid).
  • the first composition reacts with the alkaline preparation of the second composition to form a geopolymer or an activated alkali material.
  • the alkaline preparation is an alkaline preparation of sodium, potassium or calcium, in particular chosen from: a preparation of carbonate of sodium or potassium; a preparation of sodium, potassium or calcium silicate; a preparation of sodium, potassium or calcium hydroxide; a calcium oxide preparation; a preparation of sodium, potassium or calcium sulphate; or quicklime, slaked lime or air lime, or a combination thereof.
  • the alkaline preparation comprises lithium salts.
  • Calcium oxide is also called quicklime.
  • At least one of the first and second compositions comprises at least one adjuvant configured to delay or accelerate the hardening of the activated grout or else to thin the activated grout.
  • One advantage is to improve the control of the hardening of the activated grout. The hardening can for example be delayed to allow the removal of the pumping means from the excavation and to prevent it from being blocked in the hardened activated grout.
  • the invention also relates to an installation for manufacturing an element in the ground, the installation comprising:
  • a drilling tool configured to drill an excavation in the ground
  • an introduction device configured to introduce into the excavation, during drilling, a grout comprising a first composition
  • a grout activation device comprising: a pumping means configured to pump the grout, after drilling; grout processing means configured to add to the pumped grout a second composition configured to activate the grout by reacting with the first composition to initiate curing of said grout; a means of introducing activated grout into the excavation.
  • the grout is pumped out of the excavation.
  • the installation further comprises a control device comprising at least a first measuring device configured to measure at least one physico-chemical parameter of the pumped grout, the control device being configured to stop the addition of the second composition in the pumped grout when the value of said at least one physico-chemical parameter becomes greater than a pre-determined high threshold or becomes less than a predetermined low threshold.
  • a control device comprising at least a first measuring device configured to measure at least one physico-chemical parameter of the pumped grout, the control device being configured to stop the addition of the second composition in the pumped grout when the value of said at least one physico-chemical parameter becomes greater than a pre-determined high threshold or becomes less than a predetermined low threshold.
  • Said predetermined high and/or low thresholds are advantageously chosen so that when said at least one physico-chemical parameter reaches said pre-determined high threshold or said predetermined low threshold, substantially all of the grout initially introduced during drilling has been activated.
  • said at least one first measuring device is arranged on the surface, outside the excavation, upstream of the grout treatment means.
  • said at least one first measuring device can be WO 2023/274853 PCT/EP2022/067279 placed in the excavation, for example close to the bottom of the excavation.
  • control device comprises:
  • At least one second measuring device disposed downstream of the grout treatment means and configured to measure said at least one physico-chemical parameter for the activated grout;
  • a threshold determination module configured to determine the pre-determined high threshold, respectively the predetermined low threshold, from said at least one physico-chemical parameter measured for the activated grout.
  • control device may comprise a control unit comprising the threshold determination means.
  • the installation comprises a mixing tool configured to mix the pumped grout with the second composition added.
  • FIG. l][Fig.l] illustrates the initial state of a process for manufacturing an element according to the invention
  • FIG.2 illustrates a drilling step of the method according to the invention
  • FIG.3 illustrates a step of withdrawing the drilling tool from the method according to the invention
  • FIG.4 illustrates an installation for implementing the method according to the invention
  • FIG.5 illustrates the start of the activation cycle of the method according to the invention
  • FIG.6 illustrates an intermediate step of the activation cycle of the method according to the invention
  • FIG.7 [Fig.7] illustrates the end of the activation cycle
  • FIG.8 The [Fig.8] illustrates an element manufactured in the ground by means of the method according to the invention
  • FIG.9 The [Fig.9] illustrates the evolution of the conductivity of the pumped grout as a function of the mass concentration in the second composition
  • FIG.10 illustrates the evolution of the compressive strength of the manufactured element as a function of the mass concentration of the second composition.
  • the invention relates to a method for manufacturing an element in a soil.
  • This method makes it possible to manufacture an element such as a temporary retaining screen or a sealing screen by activating a drilling grout.
  • Figures 1 to 7 we will describe a non-limiting embodiment of the method, according to the present invention, for manufacturing an element E in a ground S.
  • the method is implemented by means of an installation 10 for manufacturing an element in the ground according to the invention. This installation is also illustrated in figures 1 to 7.
  • the installation 10 comprises a drilling machine 12, comprising a drilling tool 14, configured to drill an excavation in the ground S.
  • the geometry of the excavation depends on the drilling tool 14.
  • the tool is here cylindrical.
  • the installation 10 also comprises an introduction device 16 configured to introduce a grout into an excavation.
  • the introduction device 16 comprises a projection nozzle disposed at the distal end of the drilling tool 12.
  • the introduction device 16 can comprise a conduit emerging at the head of the excavation and allowing the grout to be introduced into the excavation as said excavation is drilled.
  • the installation 10 further comprises a device 20 for activating the grout.
  • the grout activator 20 includes a pumping means 22.
  • the pumping means 22 includes a suction line 24 configured to extend into an excavation and a suction nozzle 26 arranged at the distal end of the suction line and configured to be placed in an excavation.
  • the activation device 20 further comprises a grout treatment means 30 configured to add a second composition to the pumped grout.
  • the treatment means 30 comprises a reservoir 32 configured to receive said second composition and a treatment pipe 34.
  • the treatment pipe 34 and the suction pipe 24 join at the level of a mixing tool 36.
  • the mixer tool 36 comprises an in-line mixer.
  • the mixing tool can be static or include a mobile element.
  • the treatment pipe 34 is provided with a valve 35 which can take an open or closed position, in order to authorize or not the circulation of the second composition present in the tank towards the mixing tool 36.
  • the activation device 20 further comprises a means 38 for introducing an activated grout into an excavation.
  • the introduction means 38 consists of an introduction pipe configured to be connected to the mixing tool 36 and to emerge in an upper part of an excavation, close to the surface.
  • the introduction means 38 could comprise an introduction nozzle placed at the end of the introduction pipe.
  • the installation 10 includes a control device 40 comprising a first measuring member 42 and a second measuring member 44.
  • the first measuring device 42 is configured to measure at least one physico-chemical parameter on a grout pumped from an excavation and circulating in the suction pipe 24, upstream from the grout treatment means 30, and upstream of the mixing tool 36.
  • the first measuring device 42 is configured to measure said physico-chemical parameter on the surface, outside the excavation.
  • the second measuring device 44 is configured to measure at least one physico-chemical parameter on an activated slurry circulating in the introduction pipe 38 and intended to be introduced into the excavation.
  • the second measuring device 44 is configured to measure said physico-chemical parameter downstream of the grout treatment means 30 and the mixing tool 36.
  • the control device 40 further comprises a control unit 46 with which the first and second measuring devices 42,44 communicate.
  • the control unit 46 is capable of controlling the valve 35 in order to stop the circulation of the second composition from the tank 32 to the mixing tool 36, in particular according to the physico-chemical parameters measured by the first and second measuring devices. 42.44.
  • the control unit 46 includes a threshold determination module.
  • the drilling machine 12 provided with the drilling tool 14 is initially supplied.
  • the ground S has no excavation.
  • a drilling step, illustrated in [Fig.2], is then carried out, during which an excavation H is drilled in the ground using the drilling tool 14.
  • a grout F comprising a first composition.
  • Said grout then plays the role of a drilling fluid.
  • the grout makes it possible to exert hydrostatic pressure on the walls of the excavation in order to prevent them from collapsing.
  • This grout F introduced during drilling is inert and non-activated, so that it is configured not to harden until the first composition reacts with an activation composition.
  • the first composition of the grout comprises at least one non-activated alumino silicate component chosen from: a blast furnace slag, fly ash, a calcined clay, for example of the metakaolin or kaolin type, a clay of the bentonite or kaolinite type, smectite, illite, attapulgite, sepiolite or a mixture of these.
  • the grout F consists of water at a rate of 920 liters per cubic meter (L/m 3 ), of bentonite at a rate of 45 kilograms per meter cube (kg/m 3 ) and blast furnace slag at a rate of 185 kg/m 3 .
  • the density of this grout F is about 1.15.
  • the first composition of the grout therefore comprises a mixture of bentonite and blast furnace slag.
  • the grout may additionally contain an adjuvant configured to delay or accelerate the hardening of the grout.
  • the retarding adjuvant can be chosen from the family of gluconates, lignosulphonates, calcium, sodium or ammonium phosphonates as well as from salts derived from citric acid, boric acid or citrate of sodium.
  • the accelerator adjuvant can be chosen from calcium, sodium and ammonium salts, for example calcium carbonate, calcium chloride, calcium sulphate, calcium nitrate, sodium silicate, sodium aluminate.
  • the adjuvant can also be a superplasticizer chosen from the following families: polynaphthalene sulfonate, polymelamine sulfonate, polycarboxylate ether, sodium polyacrylate, pyrophosphate or sodium hexametapho sphate.
  • the drilling tool 14 is extracted from the excavation H.
  • the excavation H is then filled with the non-activated grout F introduced during the step of drilling by means of the introduction device 16.
  • the elements of the installation 10 are then put in place allowing the activation of the grout F, and in particular the activation device 20, the treatment means 30 and the control device 40.
  • the suction pipe 24 of the pumping means 22 and disposed in the excavation so that the suction nozzle 26 extends close to the bottom of the excavation H.
  • the pipe introduction 38 is connected to the mixing tool 36 and is positioned so as to emerge in an upper part of the excavation H, close to the surface.
  • the suction pipe 26 and the introduction pipe 38 are initially empty while the reservoir 32 is filled with a second composition C.
  • the valve 35 is initially closed.
  • This second composition C is an activating composition, comprising activating components.
  • This second composition C is configured to react with the first composition of the grout F initially introduced into the excavation H during drilling, in order to activate this grout F and initiate its hardening.
  • the second composition C comprises an alkaline preparation, which in this non-limiting example is an alkaline solution, which may be an alkaline solution of sodium, potassium or calcium, in particular chosen from: a carbonate solution sodium or potassium; a solution of sodium, potassium or calcium silicate; a solution of sodium, potassium or calcium hydroxide; or even a solution of calcium oxide; or a combination thereof.
  • an alkaline solution which may be an alkaline solution of sodium, potassium or calcium, in particular chosen from: a carbonate solution sodium or potassium; a solution of sodium, potassium or calcium silicate; a solution of sodium, potassium or calcium hydroxide; or even a solution of calcium oxide; or a combination thereof.
  • the alkaline solution could be replaced by a powder alkaline consisting of the same compounds as the alkaline solution.
  • a second composition C comprising a milk of calcium oxide (CaO), or quicklime, at a rate of 20 L/m 3 .
  • This second composition may also contain an adjuvant configured to delay or accelerate the hardening of the grout or to thin it.
  • An activation cycle of the grout F present in the excavation H is then carried out using the activation device 20, illustrated in FIGS. 5 to 7.
  • a step of pumping the grout F is carried out, using the pumping means 22.
  • the grout F is sucked up by the suction nozzle 26 from the bottom of the excavation H and is routed to the surface, outside the excavation, via the interior of the suction pipe 24.
  • the grout F is brought to the treatment means 30.
  • a control step is carried out during which a plurality of physico-chemical parameters on the pumped grout F are measured using the first measuring device 42. These parameters physico-chemical parameters are measured outside the excavation, upstream of the treatment means 30 and the addition of the second composition C. Alternatively, these physico-chemical parameters could be measured in the excavation, for example at the level of the suction nozzle 26.
  • the pH, conductivity and density of the pumped grout F are measured.
  • the initial pH measured on the pumped grout, before starting the addition of the second composition C, is 9.9 .
  • the initial conductivity of the pumped grout is 1.32 millisiemens per centimeter (mS/cm) and the initial density of the pumped grout is 1.15.
  • the activation cycle further comprises a step in which the second composition C is added to the pumped grout F, using said treatment means 30. More specifically , the valve 35 is open to allow the second composition C to flow and the pumped grout F to come into contact with the second composition.
  • the bringing into contact of the first composition of the pumped grout, comprising the bentonite and the blast furnace slag, with the second composition C, comprising the calcium oxide, has the consequence of activating the pumped grout F and of initiating its curing, by reaction of the second composition with the first composition.
  • the pumping of the grout from the excavation is continued during this step of adding the second composition C.
  • the pumped slurry F is mixed with the added second composition C, using the mixing tool 36.
  • One advantage is to improve the homogeneity of the mixture obtained and therefore activated grout F'.
  • the activated slurry F′ circulates in the introduction pipe 38.
  • the mixing could be carried out in G excavation.
  • the activated grout F′ is then introduced into the excavation, in G conveying into the excavation H by means of the introduction pipe 38, as indicated by the arrows in [Fig.5].
  • the activated grout F' is introduced in the upper part of the excavation, close to the surface.
  • the activated grout F' gradually takes the place of the non-activated grout F in the within the excavation H.
  • the physico-chemical parameters mentioned above are also measured, namely the pH, the conductivity and the density on the activated grout F′. This measurement is carried out using the second measuring device 44, downstream from the addition of the second composition C and downstream from the mixing tool 36.
  • the measurement is carried out on the surface, outside the excavation, but could be carried out in the excavation.
  • the values of these physico-chemical parameters serve as references and as an indicator of grout activation.
  • the activation cycle is continued and the physico-chemical parameters continue to be measured on the pumped grout F and on the activated grout F'. These parameters change over time.
  • Each of the physico-chemical parameters measured is associated with a high threshold or a low threshold.
  • the high and low thresholds are determined by a threshold determination module of the control unit 46 of the control device 40.
  • the high and/or predetermined thresholds are determined for each of the three physical parameters. chemical parameters from said physico-chemical parameters measured for the activated grout F', using the second measuring device 44. More specifically, the value of said physico-chemical parameters measured on the activated grout F' is chosen as the predetermined high threshold for these parameters.
  • the predetermined high threshold for the pH is set at 12
  • the predetermined high threshold for the conductivity is set at 8.5 mS/cm +/- 0.5 mS/cm
  • the high threshold predetermined for density is set at 1.16.
  • the control unit 46 of the control device 40 compares the value of the physico-chemical parameters measured on the pumped grout F with the predetermined high thresholds. The control unit 46 then controls the interruption of the addition of the second composition in the pumped grout F, which results in this non-limiting example by the closing of the valve 35. It is then considered that the whole of the grout originally introduced during drilling has been activated or, at the very least, a satisfactory amount of grout has been activated.
  • FIG.7 illustrates a final state of the activation cycle in which all of the grout has been activated. It can be seen that the excavation is completely filled with activated grout F'. Therefore, all of the grout has been activated and already activated grout is now being pumped. The values of the physico-chemical parameters measured on the pumped grout are then substantially equal to the values of said parameters measured on the activated grout, and greater than or equal to the predetermined high thresholds.
  • the grout pumping is interrupted.
  • the activation device 20 and the treatment means 30 are then removed and the activated grout is left to harden in the excavation, until the element is formed in the ground.
  • FIG.8 illustrates the element E formed in the ground S, by the implementation of the method according to the invention, described above.
  • the [Fig.9] illustrates the evolution of the conductivity, measured by means of the first measuring device 42, of the grout pumped during the activation cycle, as a function of the mass concentration of second composition C added in the pumped grout F, for two different grouts. It can be seen that the conductivity gradually increases with the introduction of the second composition C into the pumped grout, until it reaches a maximum. This maximum corresponds to the total activation of the pumped grout, and the predetermined high threshold can be set slightly lower than this maximum.
  • the [Fig.10] illustrates the evolution of the compressive strength, expressed in Megapascals (Mpa) measured by means of the first measuring device 42, on a grout pumped during the activation cycle, as a function of the mass concentration of second composition C added to the pumped grout F.
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Abstract

Procédé de fabrication d'un élément (E) dans un sol (S) comportant une étape de forage au cours de laquelle on introduit un coulis (F) comprenant une première composition et après l'étape de forage, on réalise au moins un cycle d'activation du coulis au cours duquel on pompe au moins une partie du coulis; on ajoute dans le coulis pompé une deuxième composition (C) configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d'initier le durcissement dudit coulis; puis on introduit le coulis activé dans l'excavation (H); et après ledit au moins un cycle d'activation du coulis, on laisse durcir le coulis activé afin de former l'élément dans le sol.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’un élément comprenant en cycle d’activation d’un coulis
Domaine technique
[0001] La présente invention porte sur le domaine de la fabrication in situ d’éléments dans un sol, par exemple des écrans de soutènement provisoires ou des écrans d’étanchéité.
[0002] L’invention porte notamment sur la fabrication de parois au coulis dans un sol à une grande profondeur.
Technique antérieure
[0003] On connaît un procédé de formation d’une paroi au coulis dans un sol dans lequel l’excavation destinée à recevoir la paroi est forée tout en injectant un coulis de ciment dans l’excavation. Lors du forage, le coulis de ciment joue le rôle d’un fluide de forage et permet notamment d’exercer une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation afin d’éviter qu’elles ne s’effondrent. Le coulis de ciment durcit ensuite dans l’excavation pour former la paroi.
[0004] Un inconvénient de ce procédé est que le temps de durcissement du coulis de ciment est difficile à maîtriser et est parfois insuffisant pour permettre la réalisation d’excavations profondes ou de plusieurs excavations successives. Aussi, il existe un risque important que l’outil d’excavation reste piégé dans le coulis durcit, auquel cas il est nécessaire de détruire la paroi fabriquée où d’abandonner l’outil de coupe dans l’excavation. En conséquence, pour la mise en œuvre de ce procédé, les pelles et bennes, pourtant moins efficaces, sont privilégiées aux hydro-fraises dont le coût est nettement supérieur et dont l’abandon serait davantage préjudiciable.
[0005] On connaît par ailleurs un procédé de fabrication d’un élément dans lequel l’excavation est réalisée tout en injectant un fluide de forage inerte. On substitue ensuite le fluide de forage par un coulis de ciment préparé hors-sol. Ceci permet d’éviter la prise du coulis lors du forage et permet donc de s’affranchir du risque de blocage de l’outil d’excavation dans le coulis durcit.
[0006] Un inconvénient de ce procédé est que le contraste de densité entre le fluide de forage et le coulis de ciment est faible. Lors de la substitution, une partie du fluide de forage se mélange au coulis de ciment de manière inhomogène et non maîtrisée. Ceci a pour conséquence de détériorer les propriétés physiques de l’élément formé par dur cissement de ce mélange inhomogène. Ce dernier s’avère notamment moins résistant.
[0007] Il est également connu de réaliser une excavation tout en injectant un fluide de forage puis d’introduire dans l’excavation un coulis de ciment fortement dosé, et de mélanger in situ le fluide de forage et le coulis de ciment fortement dosé, afin de former un élément dans le sol.
[0008] Là-encore, le mélange obtenu dans l’excavation n’est pas homogène sur l’ensemble de l’excavation, de sorte que l’élément obtenu peut être fragilisé par endroits. En outre, ce procédé implique la mise en place coûteuse d’installations de fabrication de coulis fortement dosé. De plus, ce procédé impose de prévoir l’évacuation d’un volume de fluide de forage équivalent au volume de coulis de ciment fortement dosé introduit dans l’excavation, ce qui impose d’importantes contraintes logistiques.
Exposé de l'invention
[0009] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’un élément dans un sol remédiant aux problèmes précités.
[0010] Pour ce faire, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’un élément dans un sol, le procédé comportant :
- une étape de forage au cours de laquelle on fore une excavation dans le sol à l’aide d’un outil de forage, tout en introduisant dans ladite excavation un coulis comprenant une première composition;
- après l’étape de forage, on réalise au moins un cycle d’activation du coulis au cours duquel : on pompe au moins une partie du coulis; on ajoute dans le coulis pompé une deuxième composition configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d’initier le durcissement dudit coulis ; puis on introduit le coulis activé dans G excavation ;
- après ledit au moins un cycle d’activation du coulis , on laisse durcir le coulis activé contenu dans l’excavation afin de former G élément dans le sol.
[0011] Le procédé selon l’invention est particulièrement adapté pour la fabrication in situ de parois au coulis, par exemple des écrans de soutènement provisoires ou des écrans d’étanchéité. Le procédé permet la fabrication d’éléments dans un sol à grande profondeur, par exemple à plusieurs dizaines de mètres de profondeur.
[0012] De manière non limitative, l’élément à fabriquer peut également être une paroi pré fabriquée, une paroi armée munie d’un élément de rigidification de type profilé, une paroi étanche munie d’une membrane en Polyéthylène Haute Densité (PEHD) ou une barrière perméable réactive.
[0013] La géométrie de G excavation dépend de l’outil de forage utilisé. Il peut s’agir d’une tranchée ou d’un forage longiligne, selon la forme de l’élément à fabriquer. De manière non limitative, l’outil de forage peut être une pelle, une benne ou encore une hydro-fraise.
[0014] Lors du forage de l’excavation, le coulis comprenant la première composition introduit dans l’excavation joue le rôle d’un fluide de forage. Ce coulis exerce une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation permettant de les maintenir et d’éviter qu’elles ne s’effondrent. Il permet également de lubrifier et refroidir l’outil de coupe et de faire remonter à la surface de l’excavation les déblais de forage.
[0015] De préférence, au cours dudit au moins un cycle d’activation, on pompe au moins une partie du coulis hors de l’excavation. Une partie du coulis est donc extraite de l’excavation.
[0016] Le coulis comprenant la première composition est un coulis inerte et non-activé. Ce coulis comprend un liant inactif. Le durcissement du coulis n’intervient qu’ après injection de la deuxième composition. Aussi, lors du forage, le durcissement du coulis, tel que défini ci-dessous, n’a pas débuté et ledit coulis est maintenu sous forme liquide. Le procédé selon l’invention permet donc de s’affranchir du risque de piéger l’outil de forage dans le coulis durci et donc de devoir détruire l’élément formé ou abandonner l’outil de forage. Grâce au procédé selon l’invention, il peut donc être envisagé d’utiliser des outils performants et coûteux, telle qu’une hydro-fraise, sans craindre de les abîmer ou de devoir les abandonner dans l’excavation.
[0017] En outre, le cycle d’activation peut être réalisé ultérieurement et en particulier bien plus tard, par exemple plusieurs jours, après l’étape de forage.
[0018] Le coulis comprenant la première composition est de préférence dépourvu de ciment et notamment de ciment Portland et présente par conséquent une empreinte carbone réduite.
[0019] Par coulis activé on entend un coulis dont le durcissement est initié. Par durcissement on entend une modification, générée volontairement, des propriétés mécaniques du coulis en vue d’atteindre un état solide permettant la formation d’un élément ayant des propriétés satisfaisantes, notamment en termes de résistance, dans un délai géné ralement inférieur à 15 jours.
[0020] Un tel durcissement se distingue d’une éventuelle rigidification naturelle et non dé clenchée d’un coulis non-activé et non mélangé, pouvant intervenir après délai important, généralement supérieur à 30 jours.
[0021] Le coulis activé résulte de la mise en contact de la première composition présente dans le coulis introduit initialement lors du forage avec la deuxième composition. Le coulis activé forme un liant. La première composition du coulis introduit lors du forage comprend avantageusement au moins un composant précurseur. De préférence, le coulis comprend en outre de l’eau, à raison de 75% à 97% du volume du coulis activé (m3) ou à raison de 49.6% à 90% de la masse d’une tonne de coulis.
[0022] La deuxième composition forme une composition d’activation. Elle comprend avan tageusement au moins un composant activateur configuré pour réagir avec le composant précurseur de la première composition du coulis. La deuxième composition est avantageusement sous forme liquide et peut être stockée en surface, par exemple dans un réservoir. De manière non limitative, la deuxième composition peut être sous forme de poudre.
[0023] De préférence, après l'étape de forage et avant de réaliser ledit au moins un cycle d’activation, on retire l’outil de forage de l'excavation.
[0024] Encore de préférence, le sol excavé est extrait de l’excavation avant de réaliser ledit au moins un cycle d’activation, de sorte que le procédé ne met pas en œuvre de technique de mélange du sol en place avec un liant, également appelée technique de soil-mixing.
[0025] Ledit au moins un cycle d’activation du coulis est de préférence poursuivit jusqu’à ce qu’une quantité jugée satisfaisante de coulis ait été activée.
[0026] De manière non limitative, seule une partie du coulis introduit lors du forage est pompée et activée lors dudit au moins un cycle d’activation. En variante, le cycle d’activation du coulis peut être interrompu lorsque l’ensemble du coulis introduit lors du forage a été pompé, activé puis introduit dans G excavation.
[0027] L’activation est avantageusement poursuivie jusqu’à ce que le mélange dans l’excavation soit jugé homogène, et donc lorsque sensiblement tout le coulis a été activé. Un intérêt est de permettre la formation d’un élément plus résistant que les éléments formés selon les procédés de l’art antérieur, qui sont basés sur des estimations de volumes et dans lesquels le mélange obtenu dans l’excavation n’est pas homogène sur l’ensemble de l’excavation.
[0028] Toujours de manière non limitative, le cycle d’activation du coulis peut être poursuivit après que l’ensemble du coulis introduit initialement lors du forage a été pompé, activé puis introduit dans l’excavation. Dans ce cas, on pompe du coulis déjà activé et la deuxième composition est ajoutée dans ledit coulis déjà activé et pompé.
Un intérêt est d’augmenter la concentration en deuxième composition dans le coulis activé, afin de modifier les propriétés physiques de l’élément fabriqué, par exemple pour augmenter sa résistance. Le pompage du coulis est de préférence réalisé en continu.
[0029] De manière non limitative, le durcissement du coulis activé peut être rapide, de l’ordre de quelques heures, par exemple entre 10 heures et 24 heures, ou lent, de l’ordre de plusieurs jours, par exemple entre 3 et 7 jours.
[0030] Lors du cycle d’activation, on traite au moins partiellement le coulis non- activé de manière à l’activer. De préférence, tout le coulis non- activé introduit initialement dans l’excavation lors du forage est activé, de sorte que l’excavation ne contient alors que du coulis activé, sur toute sa profondeur.
[0031] De manière non limitative, plusieurs cycles d’activation successifs peuvent être réalisés, afin d’adapter les propriétés physiques du coulis activé final et de l’élément fabriqué.
[0032] Grâce au procédé selon l’invention, la quantité de deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé et notamment la quantité de deuxième composition ajoutée pour une quantité donnée de coulis pompé est connue avec précision. La concentration massique de la deuxième composition dans le coulis activé est contrôlée. Selon l’invention, la deuxième composition est introduite progressivement et de manière homogène dans le coulis pompé et l’activation du coulis est maîtrisée.
[0033] Par ailleurs, l’activation du coulis ne modifie pas, ou très légèrement la densité dudit coulis. Par conséquent, grâce au procédé selon l’invention, le mélange du coulis activé et du coulis non- activé obtenu dans l’excavation, après introduction du coulis activé, est homogène. Ceci permet par conséquent de s’affranchir des problèmes d’ inhomogénéité des procédés de l’art antérieurs, dans lesquels des matériaux de dif férentes natures sont mélangés de manière inhomogène dans l’excavation.
[0034] Contrairement aux procédés selon l’art antérieur qui prévoient de substituer le fluide de forage par un coulis de ciment préparé hors-sol, le coulis utilisé dans le procédé selon l’invention lors du forage, en tant que fluide de forage, intervient dans la com position finale de l’élément fabriqué. Un intérêt est de réduire la quantité de matériaux utilisés pour le forage et la fabrication de l’élément, et d’éviter de devoir évacuer le fluide de forage. Les coûts associés à la mise en œuvre du procédé selon l’invention sont donc réduits.
[0035] Grâce au procédé selon l’invention, sont essentiellement présents dans l’excavation le coulis activé et éventuellement une portion de coulis non-activé, formant un mélange particulièrement homogène au sein de l’excavation. Ce mélange est sen siblement plus homogène que les mélanges obtenus selon les procédés de l’art antérieur, où le fluide de forage est remplacé par un coulis de ciment ou mélangé à un coulis de ciment fortement dosé de manière grossière. L’élément formé grâce au procédé selon G invention est donc d’autant plus solide et résistant sur toute sa longueur et sur tout son volume.
[0036] En outre, le procédé selon G invention permet de s’affranchir de l’introduction de ciment fortement dosé dans G excavation, réduisant ainsi les coûts de fabrication de l’élément.
[0037] De préférence, le procédé comprend en outre une étape de contrôle dans laquelle on mesure au moins un paramètre physico-chimique du coulis pompé et on stoppe ledit au moins un cycle d’activation lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico chimique devient supérieure à un seuil haut prédéterminé ou inférieure à un seuil bas prédéterminé. Un intérêt est de maîtriser précisément l’activation du coulis et de contrôler l’homogénéité du mélange obtenu dans l’excavation, grâce à quoi l’élément formé présente des propriétés similaires et choisies sur F ensemble de son volume. [0038] Ledit au moins un paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé est un in dicateur de l’activation du coulis et évolue lors de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé. L’activation du coulis est donc monitorée.
[0039] Lesdits seuils haut ou bas sont avantageusement, mais de manière non limitative, pré déterminés de manière empirique et dépendent avantageusement de la nature du sol dans lequel est réalisée l’excavation, de la nature de la première et de la deuxième composition ou encore des propriétés physiques souhaitées pour l’élément à fabriquer. Lesdits seuils haut ou bas peuvent être déterminés sur le chantier, avant de débuter l’étape de forage. En variante, les seuils haut et/ou bas peuvent être prédéterminés lors d’une étude préalable menée en laboratoire.
[0040] En particulier, les seuils haut et/ou bas correspondent de préférence à une valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique traduisant une activation satisfaisante du coulis.
[0041] De préférence, lorsque lesdits seuils haut ou bas sont atteints par ledit au moins un paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis en amont de la zone d’ajout de la deuxième composition, le mélange dans l’excavation est considéré comme homogène et le critère d’activation est considéré atteint.
[0042] Avantageusement, et de manière non limitative, on mesure plusieurs paramètres physico-chimiques distincts du coulis pompé et on stoppe ledit au moins un cycle d’activation lorsque la valeur de chacun desdits paramètres physico-chimiques devient supérieure à un seuil haut prédéterminé ou inférieure à un seuil bas prédéterminé, associé à ce paramètre physico-chimique. En variante, le cycle d’activation peut être stoppé lorsqu’un seul des paramètres physico-chimiques atteint le seuil haut ou bas qui lui est associé.
[0043] Sans sortir du cadre de l’invention, ledit au moins un paramètre physico-chimique peut être mesuré sur le coulis pompé dans l’excavation, par exemple, au niveau d’une buse d’aspiration d’une pompe destinée à pomper le coulis, disposée dans l’excavation. En variante, ledit au moins un paramètre physico-chimique peut être mesuré sur le coulis pompé, hors de l’excavation.
[0044] De préférence, le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, est déterminé à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé. Ledit paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé est utilisé comme référence traduisant l’activation du coulis. Un intérêt est que le seuil haut ou bas est ajusté en fonction des propriétés du coulis activé et est particulièrement adapté aux conditions de mise en œuvre du procédé, par exemple à la nature du sol ou du coulis. La maîtrise de G activation du coulis et l’homogénéité du coulis présent dans l’excavation suite au cycle d’activation sont encore améliorées.
[0045] Dans ce mode de réalisation non limitatif, le paramètre physico-chimique est mesuré sur le coulis pompé et sur le coulis activé. On comprend que les seuils haut ou bas peuvent évoluer en fonction de la valeur dudit paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.
[0046] Encore de préférence, le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas pré déterminé, est choisi sensiblement égal à la valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.
[0047] La valeur dudit paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé est alors di rectement comparée à la valeur dudit paramètre physico-chimique mesurée sur le coulis activé.
[0048] Ledit paramètre physico-chimique est de préférence mesuré sur le coulis activé avant son introduction dans l’excavation et encore de préférence immédiatement en aval de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé, éventuellement après une étape optionnelle de mélange du coulis pompé avec la deuxième composition.
[0049] Lorsque la valeur du paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé atteint ledit seuil haut ou bas, déterminé à partir dudit au moins un paramètre physico chimique mesuré pour le coulis activé, il peut être considéré que G ensemble du coulis introduit initialement dans l’excavation lors du forage a été activé.
[0050] De manière avantageuse, ledit au moins un paramètre physico-chimique est choisi parmi la conductivité, le pH, la viscosité, la température ou la concentration en ion spécifique du coulis pompé. Un tel paramètre physico-chimique varie lors de la réaction de la première composition du coulis avec la deuxième composition, et donc lors de l’activation du coulis. En d’autres mots, la valeur de ces paramètres physico chimiques est indicatrice de l’activation ou non du coulis. A titre d’exemple, la conductivité du coulis est amenée à augmenter lors de l’ajout de la deuxième com position. Par ion spécifique on entend un ion sélectionné et pouvant être utilisé comme indicateur. Il s’agit d’un ion dont la concentration peut être mesurée et dont la concentration augmente ou diminue signifie ativement lors de l’activation du coulis. Il peut par exemple s’agir d’un ion chlorure, sulfate ou encore calcium.
[0051] De préférence, le paramètre physico-chimique du coulis pompé est mesuré en surface, hors de l’excavation. Un intérêt est de réaliser la mesure du paramètre physico-chimique immédiatement en amont de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé, afin de doser d’autant plus précisément la deuxième composition à ajouter. La mesure est en outre facilitée.
[0052] Préférentiellement, le dosage de la deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé est ajusté au cours dudit au moins un cycle d’activation du coulis, en fonction dudit paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé. En particulier, la quantité de deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé peut être réduite lorsque la valeur dudit paramètre physique-chimique mesuré sur le coulis pompé approche du seuil haut ou bas prédéterminé. En outre, le dosage en deuxième com position ajoutée dans le coulis pompé peut être augmenté si l’évolution dans le temps du paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé n’est pas suffisante.
[0053] Avantageusement, ledit au moins un cycle d’activation du coulis comprend, après avoir ajouté la deuxième composition dans le coulis pompé, une étape de mélange dans laquelle on mélange le coulis pompé avec la deuxième composition ajoutée, à l’aide d’un outil mélangeur. Un intérêt est d’améliorer l’homogénéité du coulis activé, formé par mélange du coulis pompé et de la deuxième composition, afin d’améliorer les propriétés mécaniques de l’élément fabriqué.
[0054] De préférence, mais de manière non limitative, l’étape de mélange est réalisée en ligne. L’outil mélangeur peut comprendre un agitateur statique ou un élément mobile, afin de faciliter le mélange du coulis activé, notamment lorsque la viscosité de ce dernier est importante.
[0055] De manière avantageuse, le mélange du coulis pompé avec la deuxième composition est réalisé hors- sol et/ou dans l’excavation. Le mélange peut être réalisé exclusivement hors- sol, exclusivement dans G excavation ou conjointement hors- sol et dans l’excavation.
[0056] Lorsqu’au moins un paramètre physico-chimique est mesuré sur le coulis activé, ledit au moins un paramètre physico-chimique est de préférence mesuré en aval dudit mélange. On comprend que lorsque le mélange du coulis pompé avec la deuxième composition est réalisé hors- sol, ladite mesure peut également être réalisée hors- sol.
[0057] De préférence, le pompage du coulis est réalisé depuis une partie inférieure de l’excavation, de préférence à proximité du fond de l’excavation, grâce à quoi tout le coulis non-activé, introduit initialement dans l’excavation lors du forage, peut être pompé. Le niveau dudit coulis-non activé dans l’excavation diminue progressivement au cours du cycle d’activation.
[0058] Le pompage est avantageusement réalisé au moyen d’une pompe présentant une buse d’aspiration disposée dans le fond de l’excavation. Un conduit d’aspiration s’étend alors entre la buse d’aspiration et la surface.
[0059] Préférentiellement, le coulis activé est introduit dans l’excavation en une partie su périeure de ladite excavation. Un intérêt est de limiter le mélange entre le coulis non- activé, initialement introduit dans l’excavation lors du forage, et le coulis activé introduit dans G excavation durant le cycle d’activation. Il est précisé qu’un éventuel mélange entre le coulis activé et le coulis non activé au sein de l’excavation ne compromet pas l’efficacité du procédé selon l’invention, dans lequel le cycle d’activation est avantageusement poursuivi jusqu’à activation du coulis initialement présent dans l’excavation.
[0060] Au cours du cycle d’activation, le coulis activé est introduit dans l’excavation de manière à la remplir progressivement, en remplacement du coulis non- activé introduit initialement lors du forage. Le coulis activé va remplir progressivement le volume de l’excavation en partant du haut de l’excavation vers le bas de l’excavation, à mesure que le coulis initialement introduit lors du forage est pompé. Aussi, lorsque du coulis activé est pompé, il peut être déduit que sensiblement tout le coulis introduit ini tialement lors du forage a été activé.
[0061] En variante, et de manière non limitative, le coulis activé peut être introduit en une partie inférieure de l’excavation tandis que le pompage du coulis est réalisé depuis une partie supérieure de l’excavation.
[0062] Avantageusement, la première composition du coulis comprend au moins un composant d’ alumino silicate non- activé ou un composé de silicate et d’aluminate.
[0063] On comprend par composant d’aluminosilicate, tout matériau constitué de silicates comprenant de l’aluminium (Al) sous forme d’oxydes.
[0064] En variante, et de manière non limitative, la première composition peut comprendre un mélange de plusieurs composants, ledit mélange étant source d’ aluminosilicate. On comprend par « un mélange de plusieurs composants, ledit mélange étant source d’ aluminosilicate », tout mélange apportant de la silice et de l’oxyde d’aluminium.
[0065] De préférence, ledit au moins un composant d’ aluminosilicate non-activé est choisi parmi : un laitier de haut fourneau, des cendres volantes, une argile calcinée par exemple de type métakaolin ou kaolin, une argile de type bentonite, kaolinite, smectite, illite, attapulgite, sepiolite ou un mélange de ces derniers. Ces composants sont des précurseurs aptes à réagir avec des composants activateurs de la deuxième composition pour activer le coulis pompé.
[0066] De préférence, ledit au moins un composant d’ aluminosilicate non-activé comprend un mélange de laitier de haut fourneau et de bentonite.
[0067] En variante, et de manière non limitative, la première composition peut comprendre un filler calcaire (carbonate de calcium et/ou magnésium) et/ou un filler siliceux.
[0068] De manière avantageuse, la deuxième composition comprend une préparation alcaline, par exemple une poudre alcaline ou une solution alcaline. Ladite préparation alcaline réagit avec la première composition, et de préférence avec ledit au moins un composant d’ aluminosilicate de la première composition, de manière à activer le coulis pompé.
[0069] De préférence, la préparation alcaline est une poudre alcaline ou une solution alcaline (liquide).
[0070] De manière avantageuse, la première composition réagit avec la préparation alcaline de la deuxième composition pour former un géopolymère ou un matériau alkali activé.
[0071] Préférentiellement, la préparation alcaline est une préparation alcaline de sodium, de potassium ou de calcium, en particulier choisie parmi : une préparation de carbonate de sodium ou de potassium; une préparation de silicate de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’oxyde de calcium ; une préparation de sulfate de sodium, de potassium ou de calcium ; ou encore de la chaux vive, de la chaux éteinte ou de la chaux aérienne, ou encore une combinaison de ces dernières.
[0072] De préférence, la préparation alcaline comprend des sels de lithium.
[0073] L’oxyde de calcium est également appelé chaux vive.
[0074] De préférence, au moins l’une des première et deuxième compositions comprend au moins un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis activé ou encore pour fluidifier le coulis activé. Un intérêt est d’améliorer la maîtrise du durcissement du coulis activé. Le durcissement peut par exemple être retardé pour permettre le retrait du moyen de pompage de l’excavation et éviter qu’il ne soit bloqué dans le coulis activé durci.
[0075] L’invention porte par ailleurs sur une installation de fabrication d’un élément dans un sol, l’installation comprenant :
- un outil de forage configuré pour forer une excavation dans le sol ;
- un dispositif d’introduction configuré pour introduire dans l’excavation, lors du forage, un coulis comprenant un première composition ;
- un dispositif d’activation du coulis comprenant : un moyen de pompage configuré pour pomper le coulis, après le forage ; un moyen de traitement du coulis configuré pour ajouter dans le coulis pompé une deuxième composition configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d’initier le durcissement dudit coulis ; un moyen d’introduction du coulis activé dans l’excavation.
[0076] De préférence, le coulis est pompé hors de l’excavation.
[0077] De préférence, l’installation comporte en outre un dispositif de contrôle comprenant au moins un premier organe de mesure configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique du coulis pompé, le dispositif de contrôle étant configuré pour stopper l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique devient supérieur à un seuil haut pré déterminé ou devient inférieur à un seuil bas prédéterminé.
[0078] Lesdits seuils haut et/ou bas prédéterminés sont avantageusement choisis de sorte que lorsque ledit au moins un paramètre physico chimique atteint ledit seuil haut pré déterminé ou ledit seuil bas prédéterminé, sensiblement tout le coulis initialement introduit lors du forage a été activé.
[0079] De manière avantageuse, ledit au moins un premier organe de mesure est disposé en surface, hors de l’excavation, en amont du moyen de traitement du coulis. En variante et de manière non limitative, ledit au moins un premier organe de mesure peut être WO 2023/274853 PCT/EP2022/067279 disposé dans l’excavation, par exemple à proximité du fond de l’excavation.
[0080] Avantageusement, le dispositif de contrôle comprend :
- au moins un deuxième organe de mesure disposé en aval du moyen de traitement du coulis et configuré pour mesurer ledit au moins un paramètre physico-chimique pour le coulis activé ; et
- un module de détermination de seuil configuré pour déterminer le seuil haut pré déterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.
[0081] De manière non limitative, le dispositif de contrôle peut comprend une unité de commande comprenant le moyen de détermination de seuil.
[0082] De préférence, l’installation comprend un outil mélangeur configuré pour mélanger le coulis pompé avec la deuxième composition ajoutée.
Brève description des dessins
[0083] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
[0084] [Fig. l]La [Fig.l] illustre l’état initial d’un procédé de fabrication d’un élément selon G invention ;
[0085] [Fig.2]La [Fig.2] illustre une étape de forage du procédé selon l’invention;
[0086] [Fig.3]La [Fig.3] illustre une étape de retrait de l’outil de forage du procédé selon l’invention;
[0087] [Fig.4]La [Fig.4] illustre une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention;
[0088] [Fig.5]La [Fig.5] illustre le début du cycle d’activation du procédé selon l’invention ;
[0089] [Fig.6]La [Fig.6] illustre une étape intermédiaire du cycle d’activation du procédé selon l’invention ;
[0090] [Fig.7]La [Fig.7] illustre la fin du cycle d’activation ;
[0091] [Fig.8]La [Fig.8] illustre un élément fabriqué dans un sol au moyen du procédé selon l’invention ;
[0092] [Fig.9]La [Fig.9] illustre l’évolution de la conductivité du coulis pompé en fonction de la concentration massique en deuxième composition ; et
[0093] [Fig.10]La [Fig.10] illustre l’évolution de la résistance en compression de l’élément fabriqué en fonction de la concentration massique en deuxième composition.
Description des modes de réalisation
[0094] L’invention porte sur un procédé fabrication d’un élément dans un sol. Ce procédé permet de fabriquer un élément tel qu’un écran de soutènement provisoire ou un écran d’étanchéité par activation d’un coulis de forage. [0095] A l’aide des figures 1 à 7, on va décrire un mode de réalisation non limitatif du procédé, conforme à la présente invention, de fabrication d’un élément E dans un sol S . Le procédé est mis en œuvre au moyen d’une installation 10 de fabrication d’un élément dans un sol selon l’invention. Cette installation est également illustrée sur les figures 1 à 7.
[0096] L’installation 10 comprend une machine de forage 12, comprenant un outil de forage 14, configuré pour forer une excavation dans le sol S. La géométrie de l’excavation dépend de l’outil de forage 14. L’outil est ici cylindrique. Comme on peut le voir en [Fig.2], l’installation 10 comprend par ailleurs un dispositif d’introduction 16 configuré pour introduire dans une excavation un coulis. Dans cet exemple non limitatif, le dispositif d’introduction 16 comprend une buse de projection disposée à l’extrémité distale de l’outil de forage 12. En variante, et de manière non limitative, le dispositif d’introduction 16 peut comprendre une conduite débouchant en tête de l’excavation et permettant d’introduire le coulis dans l’excavation au fur et à mesure du forage de ladite excavation.
[0097] Tel qu’illustré en [Fig.4], l’installation 10 comprend de plus un dispositif d’activation 20 du coulis. Le dispositif d’activation 20 du coulis comprend un moyen de pompage 22. Le moyen de pompage 22 comprend une conduite d’aspiration 24 configurée pour s’étendre dans une excavation et une buse d’aspiration 26 arrangée à l’extrémité distale de la conduite d’aspiration et configurée pour être disposée dans une excavation.
[0098] Le dispositif d’activation 20 comprend en outre un moyen de traitement 30 d’un coulis configuré pour ajouter dans du coulis pompé une deuxième composition. Le moyen de traitement 30 comprend un réservoir 32 configuré pour recevoir ladite deuxième composition et une conduite de traitement 34. La conduite de traitement 34 et la conduite d’aspiration 24 se rejoignent au niveau d’un outil mélangeur 36. Dans cet exemple non limitatif, l’outil mélangeur 36 comprend un mélangeur en ligne. De manière non limitative, l’outil mélangeur peut être statique ou comprendre un élément mobile. La conduite de traitement 34 est munie d’une vanne 35 pouvant prendre une position ouverte ou fermée, afin d’autoriser ou non la circulation de la deuxième com position présente dans le réservoir vers l’outil mélangeur 36.
[0099] Le dispositif d’activation 20 comprend de plus un moyen d’introduction 38 d’un coulis activé dans une excavation. Dans cet exemple non limitatif, le moyen d’introduction 38 consiste en une conduite d’introduction configuré pour être reliée à l’outil mélangeur 36 et pour déboucher dans une partie supérieure d’une excavation, proche de la surface. Le moyen d’introduction 38 pourrait comprendre une buse d’introduction disposée à l’extrémité de la conduite d’introduction.
[0100] Sur la [Fig.4], on remarque que l’installation 10 comprend un dispositif de contrôle 40 comprenant un premier organe de mesure 42 et un deuxième organe de mesure 44.
[0101] Le premier organe de mesure 42 est configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique sur un coulis pompé depuis une excavation et circulant dans la conduite d’aspiration 24, en amont du moyen de traitement du coulis 30, et en amont de l’outil mélangeur 36. Dans cet exemple non limitatif, le premier organe de mesure 42 est configuré pour mesurer ledit paramètre physico-chimique en surface, hors de l’excavation.
[0102] Le deuxième organe de mesure 44 est configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique sur un coulis activé circulant dans la conduite d’introduction 38 et destiné à être introduit dans l’excavation. Le deuxième organe de mesure 44 est configuré pour mesurer ledit paramètre physico-chimique en aval du moyen de traitement 30 du coulis et de l’outil mélangeur 36.
[0103] Le dispositif de contrôle 40 comprend en outre une unité de commande 46 avec laquelle communiquent les premier et deuxième organes de mesure 42,44. L’unité de commande 46 est apte à commander la vanne 35 afin de stopper la circulation de la deuxième composition depuis le réservoir 32 vers l’outil mélangeur 36, notamment en fonction des paramètres physico-chimiques mesurés par les premier et deuxième organes de mesure 42,44. L’unité de commande 46 comprend un module de déter mination de seuil.
[0104] Le procédé de fabrication d’un élément dans un sol va maintenant être décrit en détails à l’aide des figures 1 à 7.
[0105] Tel qu’illustré en [Fig.l], on fournit initialement la machine de forage 12 munie de l’outil de forage 14. Le sol S est dépourvu d’excavation.
[0106] On réalise alors une étape de forage, illustrée en [Fig.2], au cours de laquelle on fore une excavation H dans le sol à l’aide de l’outil de forage 14. Lors du forage, on introduit dans ladite excavation, à l’aide du dispositif d’introduction 16, un coulis F comprenant une première composition. Ledit coulis joue alors le rôle d’un fluide de forage. En particulier, le coulis permet d’exercer une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation afin d’éviter qu’elles ne s’effondrent.
[0107] Ce coulis F introduit lors du forage est inerte et non-activé, de sorte qu’il est configuré pour ne pas durcir tant que la première composition ne réagit pas avec une composition d’activation. La première composition du coulis comprend au moins un composant d’ alumino silicate non-activé choisi parmi : un laitier de haut fourneau, des cendres volantes, une argile calcinée, par exemple de type métakaolin ou kaolin, une argile de type bentonite, kaolinite, smectite, illite, attapulgite, sepiolite ou un mélange de ces derniers.
[0108] Lors d’essais réalisés par les inventeurs, le coulis F est constitué d’eau à raison de 920 litres par mètre cube (L/m3), de bentonite à raison de 45 kilogrammes par mètre cube (kg/m3) et de laitier de haut fourneau à raison de 185 kg/m3. La densité de ce coulis F est d’environ 1,15. La première composition du coulis comprend donc un mélange de bentonite et de laitier de haut fourneau.
[0109] Le coulis peut en outre contenir un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis.
[0110] L’adjuvant retardateur peut être choisi parmi la famille des gluconates, des ligno- sulfonates, des phosphonates de calcium, sodium ou ammonium ainsi que parmi les sels dérivés de l’acide citrique, de l’acide borique ou du citrate de sodium.
[0111] L’adjuvant accélérateur peut être choisi parmi des sels de calcium, de sodium et d’ammonium, par exemple du carbonate de calcium, du chlorure de calcium, du sulfate de calcium, du nitrate de calcium, du silicate de sodium, de l’aluminate de sodium.
[0112] L’adjuvant peut également être un superplastifiant choisi parmi les familles suivantes : polynaphtalène sulfonate, polymélamine sulfonate, éther de polycar- boxylate, polyacrylate de sodium, pyrophosphate ou hexamétapho sphate de sodium.
[0113] Tel qu’illustré en [Fig.3], et de manière non limitative, l’outil de forage 14 est extrait de l’excavation H. L’excavation H est alors remplie du coulis non- activé F introduit lors de l’étape de forage au moyen du dispositif d’introduction 16.
[0114] Comme on le constate sur la [Fig.4], on met alors en place les éléments de l’installation 10 permettant l’activation du coulis F, et en particulier le dispositif d’activation 20, le moyen de traitement 30 et le dispositif de contrôle 40. La conduite d’aspiration 24 du moyen de pompage 22 et disposée dans l’excavation de sorte que la buse d’aspiration 26 s’étend à proximité du fond de l’excavation H. La conduite d’introduction 38 est reliée à l’outil mélangeur 36 et est positionnée de manière à déboucher dans une partie supérieure de l’excavation H, proche de la surface.
[0115] La conduite d’aspiration 26 et la conduite d’introduction 38 sont initialement vides tandis que le réservoir 32 est rempli d’une deuxième composition C. La vanne 35 est initialement fermée. Cette deuxième composition C est une composition d’activation, comprenant des composants activateurs. Cette deuxième composition C est configurée pour réagir avec la première composition du coulis F introduit initialement dans l’excavation H lors du forage, afin d’activer ce coulis F et d’initier son durcissement.
[0116] De manière non limitative la deuxième composition C comprend une préparation alcaline, qui est dans cet exemple non limitatif une solution alcaline, pouvant être une solution alcaline de sodium, de potassium ou de calcium, en particulier choisie parmi : une solution de carbonate de sodium ou de potassium; une solution de silicate de sodium, de potassium ou de calcium ; une solution d’hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium ; ou encore une solution d’oxyde de calcium ; ou encore une combinaison de ces dernières.
[0117] De manière non limitative, la solution alcaline pourrait être remplacée par une poudre alcaline constituée des mêmes composés que la solution alcaline.
[0118] Lors des essais, et de manière non limitative, les inventeurs ont retenu une deuxième composition C comprenant un lait d’oxyde de calcium (CaO), ou chaux vive, à raison de 20 L/m3.
[0119] Cette deuxième composition peut également contenir un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis ou pour le fluidifier.
[0120] On réalise alors un cycle d’activation du coulis F présent dans l’excavation H à l’aide du dispositif d’activation 20, illustré en figures 5 à 7.
[0121] Au cours de ce cycle d’activation, tel qu’illustré en [Fig.5], on réalise une étape de pompage du coulis F, à l’aide du moyen de pompage 22. Le coulis F est aspiré par la buse d’aspiration 26 depuis le fond de l’excavation H et est acheminé jusqu’en surface, hors de l’excavation, via l’intérieur de la conduite d’aspiration 24. Le coulis F est amené jusqu’au moyen de traitement 30.
[0122] On réalise conjointement au cycle d’activation, une étape de contrôle au cours de laquelle on mesure, à l’aide du premier dispositif de mesure 42, une pluralité de pa ramètres physico-chimiques sur le coulis pompé F. Ces paramètres physico-chimiques sont mesurés hors de l’excavation, en amont du moyen de traitement 30 et de l’ajout de la deuxième composition C. En variante, ces paramètres physico-chimiques pourraient être mesurés dans l’excavation, par exemple au niveau de la buse d’aspiration 26.
[0123] Dans cet exemple non limitatif, on mesure le pH, la conductivité et la densité du coulis pompé F. Le pH initial mesuré sur le coulis pompé, avant de débuter l’ajout de la deuxième composition C, est de 9,9. La conductivité initiale du coulis pompé est de 1,32 millisiemens par centimètre (mS/cm) et la densité initiale du coulis pompé est de 1,15.
[0124] La mesure desdits paramètres physico-chimiques est avantageusement réalisée en continu et poursuivie tout au long du cycle d’activation. Un intérêt est de pouvoir suivre l’évolution de ces paramètres.
[0125] Tel qu’illustré en [Fig.5], le cycle d’activation comprend en outre une étape selon laquelle on ajoute la deuxième composition C dans le coulis pompé F, à l’aide dudit moyen de traitement 30. Plus précisément, la vanne 35 est ouverte pour permettre l’écoulement de la deuxième composition C et la mise en contact du coulis pompé F avec la deuxième composition. La mise en contact de la première composition du coulis pompé, comprenant la bentonite et le laitier de haut fourneau, avec la deuxième composition C, comprenant l’oxyde de calcium, a pour conséquence d’activer le coulis pompé F et d’initier son durcissement, par réaction de la deuxième composition avec la première composition.
[0126] Le pompage du coulis depuis l’excavation est poursuivi durant cette étape d’ajout de la deuxième composition C. [0127] Après avoir ajouté la deuxième composition C dans le coulis pompé, on mélange le coulis pompé F avec la deuxième composition C ajoutée, à l’aide de l’outil mélangeur 36. Un intérêt est d’améliorer l’homogénéité du mélange obtenu et donc du coulis activé F’. En sortie de l’outil mélangeur 36, le coulis activé F’ circule dans la conduite d’introduction 38. En variante, le mélange pourrait être réalisé dans G excavation.
[0128] On introduit alors le coulis activé F’ dans l’excavation, en G acheminant jusque dans l’excavation H au moyen de la conduite d’introduction 38, comme l’indiquent les flèches sur la [Fig.5]. Le coulis activé F’ est introduit en partie supérieure de l’excavation, à proximité de la surface.
[0129] En poursuivant le cycle d’activation, et tel qu’illustré par le passage de la [Fig.5] à la [Fig.6], le coulis activé F’ prendre progressivement la place du coulis F non- activé au sein de l’excavation H. Dans l’excavation, le niveau du coulis non- activé F, ini tialement introduit lors du forage, diminue progressivement, tandis que le coulis activé F’ est progressivement entraîné vers le fond de l’excavation H et remplit progres sivement ladite excavation, tel qu’illustré dans l’étape intermédiaire de la [Fig.6].
[0130] Dans cet exemple non limitatif, on mesure également les paramètres physico chimiques mentionnés précédemment, à savoir le pH, la conductivité et la densité sur le coulis activé F’. Cette mesure est réalisée à l’aide du deuxième organe de mesure 44 , en aval de l’ajout de la deuxième composition C et en aval de l’outil mélangeur 36.
La mesure est réalisée en surface, hors de l’excavation, mais pourrait être réalisée dans l’excavation. Les valeurs de ces paramètres physico-chimiques servent de références et d’indicateur d’activation du coulis.
[0131] Le cycle d’activation est poursuivi et les paramètres physico-chimiques continuent d’être mesurés sur le coulis pompé F et sur le coulis activé F’. Ces paramètres évoluent au cours du temps.
[0132] A chacun des paramètres physico-chimiques mesurés est associé un seuil haut ou un seuil bas. Les seuils haut et bas sont déterminés par un module de détermination de seuil de l’unité de commande 46 du dispositif de contrôle 40. Dans cet exemple non limitatif, les seuils haut et/ou prédéterminés sont déterminés pour chacun des trois pa ramètres physico-chimiques à partir desdits paramètres physico-chimiques mesurés pour le coulis activé F’, à l’aide du deuxième organe de mesure 44. Plus précisément, la valeur desdits paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis activé F’ est choisie comme seuil haut prédéterminé pour ces paramètres. Conformément aux mesures faites sur le coulis activé, le seuil haut prédéterminé pour le pH est fixé à 12, le seuil haut prédéterminé pour la conductivité est fixé à 8,5 mS/cm +/- 0,5 mS/cm et le seuil haut prédéterminé pour la densité est fixé à 1,16.
[0133] Lorsque la valeur d’au moins un des paramètres physico-chimiques mesurés par le premier organe de mesure 42 devient supérieur au seuil haut prédéterminé qui lui est associé, on stoppe le cycle d’activation. Pour ce faire, l’unité de commande 46 du dispositif de contrôle 40 compare la valeur des paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis pompé F aux seuils hauts prédéterminés. L’unité de commande 46 commande alors l’interruption de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé F, qui se traduit dans cet exemple non limitatif par la fermeture de la vanne 35. Il est alors considéré que l’ensemble du coulis initialement introduit lors du forage a été activé ou, à tout le moins, une quantité satisfaisante de coulis a été activée.
[0134] Par exemple, la [Fig.7] illustre un état final du cycle d’activation dans lequel l’ensemble du coulis a été activé. On constate que l’excavation est entièrement remplie de coulis activé F’. Dès lors, l’ensemble du coulis a été activé et du coulis déjà activé est désormais pompé. Les valeurs des paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis pompé sont alors sensiblement égales aux valeurs desdits paramètres mesurés sur le coulis activé, et supérieures ou égales aux seuils hauts prédéterminés.
[0135] Le pompage du coulis est interrompu. On retire alors le dispositif d’activation 20 et le moyen de traitement 30 et on laisse durcir le coulis activé dans l’excavation, jusqu’à formation de l’élément dans le sol.
[0136] La [Fig.8] illustre l’élément E formé dans le sol S, par la mise en œuvre du procédé selon l’invention, décrit précédemment.
[0137] La [Fig.9] illustre l’évolution de la conductivité, mesurée au moyen du premier organe de mesure 42, du coulis pompé au cours du cycle d’activation, en fonction de la concentration massique en deuxième composition C ajoutée dans le coulis pompé F, pour deux coulis différents. On constate que la conductivité augmente progressivement avec l’introduction de la deuxième composition C dans le coulis pompé, jusqu’à atteindre un maximum. Ce maximum correspondant à l’activation totale du coulis pompé, et le seuil haut prédéterminé peut être fixé légèrement inférieur à ce maximum.
[0138] Au-delà de ce maximum, la conductivité n’augmente plus, de sorte que l’introduction de la deuxième composition peut être stoppée. L’activation du coulis est atteinte et le coulis est alors saturé en activateur.
[0139] La [Fig.10] illustre l’évolution de la résistance à la compression, exprimée en Mé- gapascals (Mpa) mesurée au moyen du premier organe de mesure 42, sur un coulis pompé au cours du cycle d’activation, en fonction de la concentration massique en deuxième composition C ajoutée dans le coulis pompé F.
[0140] On constate que la résistance à la compression augmente avec l’ajout de la deuxième composition C, jusqu’à atteindre un maximum, puis reste constante une fois ce maximum atteint. L’ajout de la deuxième composition peut alors être interrompu.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d’un élément (E) dans un sol (S), le procédé comportant :
- une étape de forage au cours de laquelle on fore une excavation (H) dans le sol à l’aide d’un outil de forage (14), tout en introduisant dans ladite excavation un coulis (F) comprenant une première composition;
- après l’étape de forage, on réalise au moins un cycle d’activation du coulis au cours duquel : on pompe au moins une partie du coulis (F); on ajoute dans le coulis pompé une deuxième composition (C) configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première com position afin d’initier le durcissement dudit coulis ; puis on introduit le coulis activé (F’) dans l’excavation ;
- après ledit au moins un cycle d’activation du coulis, on laisse durcir le coulis activé contenu dans G excavation afin de former l’élément dans le sol.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de contrôle dans laquelle on mesure au moins un paramètre physico- chimique du coulis (F) pompé et on stoppe ledit au moins un cycle d’activation lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico chimique devient supérieure à un seuil haut prédéterminé ou inférieure à un seuil bas prédéterminé.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, est déterminé à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé (F’).
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ledit au moins un paramètre physico-chimique est choisi parmi la conductivité, le pH, la viscosité, la température ou la concentration en ion spécifique du coulis (F) pompé.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le paramètre physico-chimique du coulis (F) pompé est mesuré en surface, hors de l’excavation (H).
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le dosage de la deuxième composition (C) ajoutée dans le coulis (F) pompé est ajusté au cours dudit au moins un cycle d’activation du coulis, en fonction dudit paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un cycle d’activation du coulis (F) comprend, après avoir ajouté la deuxième composition (C) dans le coulis (F) pompé, une étape de mélange dans laquelle on mélange le coulis pompé avec la deuxième composition ajoutée, à l’aide d’un outil mélangeur (36).
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel le mélange du coulis (F) pompé avec la deuxième composition (C) est réalisé hors- sol et/ou dans l’excavation (H).
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le pompage du coulis (F) est réalisé depuis une partie inférieure de l’excavation (H), de préférence à proximité du fond de l’excavation.
[Revendication 10] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le coulis activé (F’) est introduit dans l’excavation (H) en une partie su périeure de ladite excavation.
[Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la première composition du coulis (F) comprend au moins un composant d’ aluminosilicate non- activé ou un composé de silicate et d’aluminate.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit au moins un composant d’ aluminosilicate non- activé est choisi parmi : un laitier de haut fourneau, des cendres volantes, une argile calcinée, par exemple de type métakaolin ou kaolin, une argile de type bentonite, kaolinite, smectite, illite, attapulgite, sepiolite ou un mélange de ces derniers.
[Revendication 13] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la deuxième composition (C) comprend une préparation alcaline, par exemple une poudre alcaline ou une solution alcaline.
[Revendication 14] Procédé selon la revendication 13, dans lequel la préparation alcaline est une préparation alcaline de sodium, de potassium ou de calcium, en par ticulier choisie parmi : une préparation de carbonate de sodium ou de potassium; une préparation de silicate de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’oxyde de calcium ; une préparation de sulfate de sodium, de potassium ou de calcium ; ou encore de la chaux vive, de la chaux éteinte ou de la chaux aérienne, ou encore une com binaison de ces dernières.
[Revendication 15] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l’une des première et deuxième compositions comprend au moins un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le dur cissement du coulis activé (F’) ou encore pour fluidifier le coulis activé. [Revendication 16] Installation (10) de fabrication d’un élément (E) dans un sol (S),
G installation comprenant :
- un outil de forage (14) configuré pour forer une excavation (H) dans le sol ;
- un dispositif d’introduction
(16) configuré pour introduire dans l’excavation, lors du forage, un coulis (F) comprenant un première com position ;
- un dispositif d’activation du coulis (20) comprenant : un moyen de pompage (22) configuré pour pomper le coulis, après le forage ; un moyen de traitement (30) du coulis configuré pour ajouter dans le coulis (F) pompé une deuxième composition (C) configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d’initier le dur cissement dudit coulis ; un moyen d’introduction (38) du coulis activé (F’) dans l’excavation.
[Revendication 17] Installation selon la revendication 16, comportant en outre un dispositif de contrôle (40) comprenant au moins un premier organe de mesure (42) configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique du coulis (F) pompé , le dispositif de contrôle étant configuré pour stopper l’ajout de la deuxième composition (C) dans le coulis pompé lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique devient supérieur à un seuil haut prédéterminé ou devient inférieur à un seuil bas pré déterminé.
[Revendication 18] Installation selon la revendication 17, dans lequel ledit au moins un premier organe de mesure (42) est disposé en surface, hors de l’excavation, en amont du moyen de traitement du coulis (30).
[Revendication 19] Installation selon la revendication 17 ou 18, dans lequel le dispositif de contrôle (40) comprend :
- au moins un deuxième organe de mesure (44) disposé en aval du moyen de traitement (30) du coulis et configuré pour mesurer ledit au moins un paramètre physico-chimique pour le coulis activé (F’) ; et
- un module de détermination de seuil (46) configuré pour déterminer le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.
[Revendication 20] Installation selon l’une quelconque des revendications 16 à 19, comprenant un outil mélangeur (36) configuré pour mélanger le coulis pompé (F) avec la deuxième composition (C) ajoutée.
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