FR2692885A1

FR2692885A1 - Mortier et procédé de cimentation pour rétablir l'étanchéité au niveau d'une nappe géologiquement imperméable.

Info

Publication number: FR2692885A1
Application number: FR9207934A
Authority: FR
Inventors: Cottrell Gabriel
Original assignee: Sandoz AG
Current assignee: Sandoz AG
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1993-12-31
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: JPH0642282A; FR2713699B1; GB9313208D0; EP0576401A2; FR2692885B1; EP0576401B1; FR2713699A1; EP0576401A3; GB2268205B; US5370188A; GB2268205A

Abstract

Procédé pour la cimentation d'un puits de captage d'une nappe phréatique profonde. Après avoir réalisé un premier forage (6) entre la surface du sol (4) et une couche géologiquement imperméable (1), et avant la réalisation d'un deuxième forage (7) de diamètre inférieur au premier, entre ladite couche géologiquement imperméable (1) et la nappe phréatique à capter (3), on réalise une cimentation (14, 15) entre un tubage de protection (10) introduit dans le premier forage (6) jusqu'à la couche géologiquement imperméable (1) et le terrain dans lequel ce premier forage (6) a été réalisé, cette cimentation étant réalisée sur une certaine hauteur à l'aide d'un mortier spécifique (14) permettant d'assurer avec la couche géologiquement imperméable l'étanchéité entre la nappe phréatique profonde à capter (3) et la ou les nappe(s) phréatique(s) supérieure(s) (2).

Description

La présente invention est relative à un mortier, ainsi qu'à un procédé de

cimentation pour rétablir l'étanchéité au niveau d'une nappe géologiquement imperméable, par exemple

d'un puits de captage d'une nappe phréatique profonde.

En particulier, l'invention a pour objet un procédé et un mortier spécifique pour sa mise en oeuvre, permettant d'obtenir et de garantir dans le temps la protection de la nappe profonde par étanchéification au droit de la colonne de pompage. Il est actuellement souvent nécessaire, notamment en milieu rural, étant donné que les nappes phréatiques supérieures sont polluées et que l'on ne dispose pas sur place d'usine de traitement, d'aller pomper l'eau des nappes phréatiques profondes pour alimenter en eau potable la population Il est important de savoir que ces nappes profondes se constituent habituellement en environ une centaine d'années Or, les forages réalisés pour capter ces

nappes profondes sont souvent pour elles source de pollution.

Il existe en effet un risque d'infiltration des eaux de ruissellement ou de vidange de la nappe polluée dans la nappe profonde, à travers l'espace annulaire entre le tubage de protection du forage et le terrain Cet espace annulaire est actuellement cimenté avec des coulis en ciment prompt et l'on observe que très vite après le forage, la nappe profonde subit une pollution, ce ciment prompt étant non étanche La pollution peut également être accidentelle et liée au mode de forage (huile, graisse, hydrocarbure) Elle peut être due encore à un ensemencement bactériologique à partir des boues de forage, avec reviviscence lors du captage La perforation d'un horizon étanche sus-jacent à une nappe captive non polluée représente donc un risque de pollution important pour

cette nappe.

Ce risque s'accroit lors du déséquipement du forage, pour lequel, classiquement, la partie haute du tubage de protection est arrachée et l'intrados du tubage est remblayé avec des matériaux non étanches: béton léger, gravier, terre, tout-venant Aucune réglementation n'existe à l'heure actuelle

dans ce domaine.

La présente invention propose un mortier et un procédé de cimentation permettant, de manière générale, de rétablir

l'étanchéité au niveau d'une nappe géologiquement imperméable.

On peut ainsi, notamment, réaliser un scellement étanche entre le tubage de protection d'un forage et le terrain dans lequel le forage est réalisé, sur une hauteur suffisante d'une couche géologiquement imperméable, afin d'éviter le ruissellement et le pompage des eaux hautes polluées dans les nappes phréatiques profondes L'invention permet de garantir l'étanchéité au niveau de l'espace annulaire précité, avant même la fin du forage et au moins pour le temps d'exploitation Cette étanchéité pourra être régulièrement

contrôlée et complétée.

Sous un premier aspect, l'invention a pour objet un mortier, prêt à l'emploi, présenté sous forme sèche et particulaire, comportant, pour être mélangés avec de l'eau lors de l'emploi, les constituants suivants: au moins un ciment hydraulique, un mélange d'adjuvants, un squelette minéral de sables, graviers et charges, des fibres dont la nature, la quantité et les caractéristiques dimensionnelles sont choisies pour conférer au mortier, après prise, un comportement ductile et une résistance à la compression mesurée à 24 heures, au moins égale à 25 M Pa, les granulométries respectives des constituants étant choisies pour assurer une continuité de granulométrie du mélange particulaire entre O et 10 mm environ, de préférence entre O et 8 mm environ, les quantités respectives des constituants étant choisies de manière que le mortier frais, après mélange à l'eau, possède une densité au moins égale à 1,7, un rapport E/C compris entre 0,28 et 0,35 environ et soit pompable avec les équipements de

pompage traditionnels.

L'invention concerne aussi les diverses caractéristiques ci-après du mortier prises isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: le ciment hydraulique présente une valeur C 3 A inférieure à 5 % environ et une teneur 503 inférieure à 5 % environ, le ciment hydraulique est choisi parmi les ciments spéciaux à haute résistance aux sulfates et/ou à des ions agressifs du milieu dans lequel le mortier est coulé, le mélange d'adjuvants comprend la combinaison de: * au moins un agent réduisant la quantité d'eau à utiliser, tel que des lignosulfonates, au moins un retardateur de prise, au moins un agent fluidifiant, des agents d'expansion gazeuse et cristalline, * au moins un accélérateur de durcissement et d'expansion, la nature et les proportions desdits constituants étant choisies pour les rendre compatibles entre eux, les agents d'expansion comprennent des agents d'expansion gazeuse, tels que de la poudre d'aluminium ou autre agent connu à cet effet et des agents d'expansion cristalline, tels que ciment alumineux, soude, potasse, gypse en excès, chaux hydratée, seuls ou en mélange, l'agent fluidifiant est choisi parmi les naphtalènes sulfonés et/ou les mélamines et autres, le retardateur de prise est le gluconate de sodium ou composé analogue connu à cet effet, l'accélérateur de durcissement est le sulfate de sodium associé au chlorure de calcium ou à de la potasse, ou

encore de la soude avec du chlorure de calcium.

les charges comprennent notamment des fumées de silice, certaines desdites fumées pouvant faire fonction à la fois de charge et de liant, les fibres sont en fonte, les fibres de fonte ont des longueurs comprises entre et 40 mm, en particulier entre 20 et 30 mm, à l'état durci, le mortier comporte au moins 3 106 et de préférence au moins 3,5 106 fibres par m 3, la quantité de fibres présentes devant être telle que le mortier frais mélangé à l'eau soit pompable, la proportion de fibres dans le mortier durci se situe entre 30 et 42 kg environ par m 3, le mortier comprend: de 27,5 % à 38,5 % en poids de ciment hydraulique, de 2,5 % à 7,5 % en poids du mélange d'adjuvants en produits de base purs, de 56 % à 70 % en poids du squelette minéral de sables, graviers et charges, le mortier présente l'une des deux compositions pondérales ci-après (quantités exprimées en % en poids): Constituants Mortier N'l Mortier N'2 Variations Gravier 4-8 mm 0,0000 20,0000 % + 5 % Sable 2-4 mm 11,1600 13,3900 % + 5 % Sable 0,7-1,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % Sable 0,5-lmm 15,3200 11,4600 % + 5 % Fillers 0,0-0,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % CPA 55 Type i 35,000 30,0000 % + 10 % Poudre d'aluminium 0,0035 0,0025 % + 0,001 % Oxyde de calcium 2,1000 1,8000 % + 0,5 % Fumées de silice 2,0000 1,2000 % + 0,5 % Ca BNS poudre 0, 8000 0,5500 + 0,3 % Alcool cétylique 0,0700 0,0700 + 0,003 % Classe du mortier 0,4 mm 0,8 mm, le mortier présente l'une compositions pondérales ci-après, les exprimées en kg/m 3 de mortier mis en place: Constituants Mortier N'3 Sable 0,3 4 mm 1050 + 100 Sable 2 4 mm Sable 0,1 2 mm Filler sableux 0,01-0,5 mm 60 + 5 Filler fin 0,0 0, 1 mm 30 + 5 Fumée silice normale ( 3) 32 2,0 Fumée silice ultrafine ( 1) 21 2,0 Ciment hydraulique 600 + 50 Eau 180 + 20 Adjuvants (purs et tamponnés)

27 0,5

des deux quantités autres étant Mortier N 4

570 + 50

480 + 50

+ 5 + 5

32 + 2,0

21 + 2,0

600 + 50

+ 20

27 + 0,5

TOTAL 2000 + 100 kg/m 3 2000 + 100 kg/m 3 Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de cimentation pour rétablir l'étanchéité au niveau d'une nappe géologiquement imperméable, selon lequel on réalise l'étanchéité avec un mortier tel que défini ci-dessus Un tel procédé peut aussi présenter les caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: on introduit au niveau de la zone dans laquelle on injecte le mortier d'étanchéité une tuyauterie munie de perforations radiales et on injecte par cette tuyauterie des résines aquaréactives au niveau de ladite cimentation d'étanchéité, si des défauts d'étanchéité sont observés, pour contrôler l'étanchéité de la cimentation, on injecte dans ladite tuyauterie un fluide sous pression on détecte les fuites éventuelles en fonction du débit dudit fluide dans ladite tuyauterie, pour la cimentation d'un puits de captage d'une nappe phréatique profonde, après avoir réalisé un premier forage entre la surface du sol et une couche géologiquement imperméable, et avant la réalisation d'un deuxième forage de diamètre inférieur au premier, entre ladite couche géologiquement imperméable et la nappe phréatique à capter, on réalise une cimentation entre un tubage de protection introduit dans le premier forage jusqu'à la couche géologiquement imperméable et le terrain dans lequel ce premier forage a été réalisé, cette cimentation étant réalisée sur une certaine hauteur à l'aide du mortier permettant d'assurer avec la couche géologiquement imperméable l'étanchéité entre la nappe phréatique profonde à capter et la ou les nappe(s) phréatique(s) supérieure(s), on entoure le tubage de protection du premier forage, sur au moins une partie de sa hauteur correspondant à la cimentation étanche, par une tuyauterie permettant d'injecter des résines aquaréactives, si des fuites éventuelles sont constatées, ou un fluide sous pression pour contrôler l'étanchéité de la cimentation, on remplit par une cimentation normale la partie du vide annulaire entre le tubage de protection et le terrain dans lequel a été réalisé le forage qui se trouve au-dessus du mortier étanche, surmonté d'un bouchon de mortier à prise rapide. C'est une caractéristique avantageuse de l'invention de permettre un contrôle permanent de l'étanchéité afin de pouvoir porter remède à tout défaut constaté soit au montage

soit au cours du temps.

Selon un mode préféré de réalisation, le mortier de l'invention comprend: des ciments hydrauliques, des sables et éventuellement des graviers siliceux roulés, des fillers durs à base de carbonates industriels ou naturels de classe A, B et C, des fumées de silice condensées ultra-fines et normales, des fibres de fonte inoxydables, des adjuvants spécifiques utilisés en synergie tels que:

réducteurs d'eau, par exemple à base de ligno-

sulfonates, retardateurs de prise à base de gluconate de sodium, fluidifiants à base de naphtalènes sulfonés et/ou de mélamines, agents d'expansion: * poudre d'aluminium (pour expansion gazeuse) * ciment alumineux * produits chimiques seuls ou combinés entre eux tels que soude, potasse, gypse en excès, chaux

hydratée, pour l'expansion cristalline.

accélérateurs de durcissement et d'expansion lente par exemple le sulfate de sodium associé au chlorure de calcium ou à de la potasse, ou encore de la soude avec chlorure de calcium, * hydrofuges de masses, tels que stéarates ou hydrofuges en poudre disponibles sur le marché par exemple sous les dénominations Super Sikalite (SIKA), OMICRON (MBT) ou BARRA poudre (MBT) La présence d'hydrofuges est préférentielle, mais n'est pas obligatoire. Selon une caractéristique avantageuse, les ciments hydrauliques sont des ciments spéciaux, à haute résistance aux sulfates et aux ions agressifs du milieu dans lequel le mortier est coulé Ils présentent d'autre part un C 3 A < 5 % ainsi qu'un 503 < 5 % afin de ne pas contrarier l'efficacité de

certains adjuvants en synergie.

De préférence, les sables et les graviers sont

siliceux, roulés et propres et de calibre < 8 mm.

Les fibres inoxydables, en particulier de fonte, ont avantageusement, des longueurs de 20 et 30 mm Leur nombre dans 1 m 3 de mortier durci doit être au minimum de 3 000 000 et encore mieux de 3 500 000 fibres afin d'obtenir un matériau résiliant à la reforation à 24 heures d'âge Ces fibres inoxydables répartissent également les contraintes internes

d'expansion cristalline.

De façon avantageuse, les fumées de silice sont des fumées condensées de densité > 0,5 avec pour caractéristiques

chimiques Si O 2 > 85 % et 503 < 1 %.

Une fumée ultra-fine ( 0/20 micron) apporte la thixotropie, la résistance au délavage et à l'essorage du mortier tandis qu'une fumée plus grossière procure la continuité granulaire au niveau des éléments fins pour une

meilleure ouvrabilité et imperméabilité intrinsèque.

Leur dosage total en poids par rapport au poids du ciment est avantageusement compris entre 5 et 9 % avec environ 1,5 fois plus de fumées normales que d'ultra-fines Ce dosage en fumées de silice est nécessaire à l'obtention de la

stabilité du mortier afin d'éviter la sédimentation.

Les fillers sont de préférence choisis durs, peu absorbants et de classe granulaire permettant d'assurer la continuité du squelette minéral du mortier Un ou deux fillers sont utilisés au choix en fonction de leur classe A B C et de la finesse du ciment Leur dosage en poids par rapport au poids du sable de granulométrie inférieure à 5 mm, est compris entre 5 et 10 %, sachant que le filler de classe A ( 1000 à 2500 cm 2/g avec 85 % minimum de passage à 80 p) représente avantageusement 1,5 fois la part de filler de classe C ( 4000 à

7000 cm 2/g).

On donne ci-après des indications plus détaillées sur

les adjuvants.

Le mélange adjuvant contient des retardateurs de prise pour: tamponner les ciments rhéologiquement réactifs (vitesse de l'absorption d'eau), augmenter l'efficacité des fluidifiants afin d'obtenir des E/C faibles, augmenter le temps de prise afin de permettre la mise en oeuvre du mortier, augmenter la durée d'expansion gazeuse (phase plastique et début de prise) Ce dégagement plus important d'hydrogène provoque un micro-bullage interne à la masse du mortier (porosité fermée) et génère une poussée plus importante qui, dans le procédé de l'invention, est contrariée verticalement afin de l'obliger à se développer horizontalement (remplissage et colmatage des interstices du

sol encaissant).

Le mélange adjuvant contient encore des accélérateurs de durcissement afin d'accélérer après le retard de prise voulu, le durcissement rapide du mortier entre le début de prise et 24 heures d'âge La résistance et la résilience étant à cet âge interdépendantes, la valeur de compression doit être

au moins égale à 25 M Pa pour le mortier contenant les fibres.

Le mélange adjuvant comporte aussi des fluidifiants pour l'obtention d'une bonne fluidité du mortier avec un

rapport E/C compris entre 0,28 et 0,35 environ.

La fluidité, mesurée au cône de Marsh comprise entre 1 ' et 3 ' maxi à la buse de diamètre 12,5 mm, est une des

conditions de bonne mise en oeuvre.

Si cette fluidité devait être acquise avec un excèdent d'eau, on obtiendrait une porosité ouverte importante ainsi qu'un retrait de prise et de durcissement supérieur à l'expansion cristalline recherchée par le mortier, ce qui entraînerait un risque de non- étanchéité intrinsèque du

mortier et du système par fissuration.

Des agents d'expansion doivent aussi être présents dans

le mélange adjuvant.

Ils interviennent d'abord au cours de la phase plastique avec dégagement d'hydrogène en un micro-bullage plus ou moins dense (fonction du dosage), qui crée une expansion volumique tout en favorisant une porosité fermée avec des E/C

voisins de 0,30.

Cette propriété d'expansion volumique est intéressante à condition de la contrarier verticalement pour l'amener à se développer horizontalement en imposant au mortier l'obligation d'occuper tous les reliefs, vides, escavements, fissures, fractures, éboulements, etc rencontrés à l'interface sol encaissant/cimentation De plus, cette première poussée horizontale comprime, essore et fait pénétrer dans le sol encaissant la partie du cake (pellicule de boue argileuse de quelques millimètres, par exemple 2 à 8 mm) restée adhérente à

la paroi du sol.

Cette expansion est à l'état actuel, le meilleure moyen de réaliser l'interpénétration des matériaux du cake et du mortier dans le sol encaissant, créant ainsi le rétablissement de l'étanchéité de l'horizon perforé au droit de l'interface

sol encaissant/cimentation.

Les agents d'expansion interviennent ensuite au cours de la phase d'expansion cristalline Celle-ci en fonction du choix des agents expansifs, peut se présenter sous forme d'une double expansion et/ou d'une expansion dégressive mais

continue jusqu'à 28 jours d'âge minimum.

Il s'agit ici de compenser, puis de dépasser le retrait de prise (le plus important) et ensuite le retrait de

durcissement du mortier qui se trouve en milieu confiné.

L'excédent d'expansion cristalline par rapport au retrait du mortier est mobilisé pour comprimer le tube de protection du

forage et l'interface sol encaissant/cimentation.

Dans cette phase, les fibres, en particulier de fonte remplissent une deuxième fonction essentielle: répartir et diffuser au mieux les contraintes internes d'expansion Les fibres de fonte sont alors mobilisées pour travailler à la traction; leur résistance à la traction peut être, notamment

voisine de 2000 MF.

Dans cette phase, les fibres à faible module d'élasticité ne sont pas utilisables car elles s'étireraient il avant de reprendre partiellement les efforts de traction Le

risque de fissuration ne serait plus alors maîtrisé.

Les agents d'expansion peuvent être des produits de base tels que ceux cités précédemment sous leur forme pure ou oxydée, ou des produits prêts à l'emploi et disponibles sur le marché, par exemple sous les dénominations: Intraplast Z (SIKA) Flowcable (MBT) Stabilmac (MBT)

ou encore des ciments alumineux du commerce.

Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, le squelette minéral du mortier répond à une composition granulaire continue La granulométrie du squelette minéral avec le ciment du mortier, afin que celui-ci satisfasse aux impératifs requis tant en phase plastique que durcie, doit être étalée et continue jusqu'aux éléments ultra-fins Cela nécessite la présence successive des fumées de silice, des fillers, du ciment, d'un sable fin fillerisé, d'un sable moyen 0-2 mm et d'un sable grossier 0-4 mm (ou d'un seul sable 0-4 mm, si

celui-ci est bien gradué) et si nécessaire d'un gravier 4-8 mm.

Cette continuité confère au mortier la stabilité de ses

constituants les plus lourds vis à vis de la sédimentation.

Elle permet aussi d'obtenir un minimum de vide avec une compacité maximale et une excellente imperméabilité: caractéristique recherchée et devant être obtenue pour garantir la protection du captage vis-à-vis des polluants, y compris pesticides D'autre part l'imperméabilité du mortier est sa première et meilleure protection de lui-même vis-à-vis des ions agressifs des sols encaissants, ce qui garantie la

pérennité de l'ouvrage à long terme.

Des granulométries discontinues favoriseraient la sédimentation des graviers, l'exsudation et surtout elles contribueraient à l'essorage rapide des mortiers dans les forages à sec o l'encaissant est très perméable (craie,

calcaire).

D'autre part, en cas de surdosage en eau, avec des fluidités inférieures à i mm, la granulométrie discontinue générerait une sédimentation des graviers et des fibres et une ségrégation lors de l'injection A l'opposé la granulométrie continue atténue les variations de l'effet du dosage en eau au

moment de la réalisation sur le chantier.

L'expérience acquise indique que le mortier sec prêt à l'emploi est avantageusement inscrit à l'intérieur du fuseau

défini sur le graphe granulométrique de la Figure 1.

Sur le graphe d'analyse granulométrique de la Figure 1, on a représenté les courbes de granulométrie de plusieurs constituants pour les mortiers conformes à l'invention, ainsi qu'un fuseau F de granulométrie admissible pour le mortier sec Les courbes Cl, C 2 et C 3 correspondent à des courbes de graviers et de sable de type BX respectivement criblés, bruts et fins La courbe C 4 est celle d'un carbonate industriel connu sous la dénomination commerciale R 53, MEAC 900 La courbe C 5 est une courbe classique de Dolomie La courbe C 6 est une courbe d'un filler connu sous la dénomination MEAC 3000 Les courbes C 7 à C 9 concernent des fumées de silice

connues respectivement sous les dénominations 3 FS à 1 FS.

La composition pondérale du mortier de l'invention est déterminée dans chaque cas particulier en tenant compte des indications et paramètres cidessus Deux exemples non limitatifs sont indiqués ci-après, les quantités étant exprimées en % en poids: Constituants Mortier N'l Mortier N 2 Variations Gravier 4-8 mm 0,0000 20,0000 % + 5 % Sable 2-4 mm 11,1600 13,3900 % + 5 % Sable 0,7-1,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % Sable 0,5-lmm 15,3200 11,4600 % + 5 % Fillers 0,0-0,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % CPA 55 Type 1 35,000 30,0000 % + 10 % Poudre d'aluminium 0,0035 0,0025 % + 0,001 % Oxyde de calcium 2,1000 1,8000 % + 0, 5 % Fumées de silice 2,0000 1,2000 % 0,5 % Ca BNS poudre 0,8000 0,5500 0,3 % Alcool cétylique 0,0700 0,0700 0,003 % Classe du mortier 0,4 mm 0,8 mm, Deux autres exemples de composition du mortier (mortiers N 3 et 4) suivant l'invention sont donnés ci-après, les quantités de constituants étant calculées en kg de

matériaux secs pour 1 m 3 de mortier mis en place.

Constituants Mortier N' 3 Mortier N' 4

Sable 0,3 4 mm 1050 + 100 -

Sable 2 4 mm 570 + 50 Sable 0,1 2 mm 480 + 50 Filler sableux 0,01-0,5 mm 60 + 5 60 + 5 Filler fin 0,0 0,1 mm 30 + 5 30 + 5 Fumée silice normale ( 3) 32 + 2,0 32 + 2,0 Fumée silice ultrafine ( 1) 21 + 2,0 21 2,0 Ciment hydraulique 600 + 50 600 + 50 Eau 180 + 20 180 + 20

10

Adjuvants (purs et tamponnés) 27 + 0,5 27 0,5 TOTAL 2000 + 100 kg/m 3 2000 + 100 kg/m 3 On donnera maintenant des illustrations plus détaillées sur les adjuvants, en prenant comme exemple une composition de base type mortier N' 4 précédent Ces constituants de base du mortier sont les suivants (les quantités étant exprimées en kg/m 3 de mortier): Sable 2-4 mm 570 Sable 0,1-2 mm 480 Filler 0,01-0,5 mm 60 Filler 0,0-0,lmm 30 Sikacrete HD (Sika)* 32 Sikacrete W (Sika)** 21 Ciment CPA 55 600 Fumée de silice faisant également fonction de plastifiant

et de réducteur d'eau grâce à la présence de lignosulfonates.

Fumée de silice agissant sur la thixotropie et permettant

d'empêcher le délavage.

La formulation de base ci-dessus contient encore un adjuvant à base de silicate d'alumine (Intraplast Z de Sika) à raison de 12 kg/m 3, utile pour l'expansion gazeuse et à titre de plastifiant, grâce à la présence de lignosulfonates, en réduisant la quantité d'eau Par rapport au poids du ciment,

cet adjuvant est présent à raison d'environ 2 % ( 0,5).

Les adjuvants spécifiques ci-après sont également présents dans la composition finale: Stabilmac (MBT) à raison de 15 kg/m 3, soit 2,5 + 0, 5 % par rapport au poids de ciment; il s'agit d'un adjuvant à base d'oxyde de calcium qui procure une expansion cristalline rapide entre 0 et 1 jour, avec formation d'hydroxyde de

calcium et fait aussi fonction d'accélérateur de durcissement.

Barrafrost (MBT) à raison de 6 kg/m 3, soit 1 + 0,5 % par rapport au poids du ciment; il s'agit d'un adjuvant antigel, faisant fonction de plastifiant et de réducteur d'eau en raison de la présence de lignosulfonates ainsi que d'accélérateur de durcissement, en réalisant une expansion

cristalline de type ettringite de 1 à 7 jours.

Omicron (MBT) à raison de 6 kg/cm 3, sont 1 + 0,5 % par rapport au poids du ciment; il s'agit d'un hydrofuge de masse, à base de stéarates, faisant fonction également de plastifiant

et de réducteur d'eau, grâce à la présence de lignosulfonates.

Dans une telle composition, la quantité d'eau à ajouter

au mortier sec est de 180 kg/m 3.

Le surdosage en lignosulfonates introduits par les adjuvants crée un retard de prise supérieur ou égal à 6

heures.

On a également obtenu d'excellents résultats en utilisant la même formulation de base Type mortier N' 4 que ci-dessus, contenant la même quantité d'adjuvant Intraplast Z, et les autres adjuvants ci-après, en substitution des adjuvants spécifiques précédents: Flowcable (MBT) à raison de 27 kg/m 3, soit 4,5 + 0,5 % par rapport au poids de ciment; il s'agit d'un adjuvant qui augmente la fluidité et procure une expansion primaire entre O et 1 jour analogue au 'Stabilmac" précédent, suivie d'une expansion de type ettringite de 1 à 7 jours Il agit aussi comme retardateur de prise et réducteur d'eau (le rapport E/C étant inférieur ou égal à 0,3), et comme accélérateur de durcissement Il confère également une forte adhérence aux aciers.

Omicron (MBT) à raison de 6 kg/m 3, comme précédemment.

Dans le cas de cette formulation, les adjuvants séparés contiennent des lignosulfonates, de sorte qu'un retard de

prise supérieur ou égal à 6 heures est obtenu.

On notera que dans les compositions de mortier données ci-dessus à titre d'exemples, il convient d'utiliser du ciment CPA à titre de ciment hydraulique pour obtenir une résistance à la compression Rc à 24 heures au moins égale à 25 M Pa Des essais réalisés avec d'autres ciments, de type CLC ou CLK ont

conduit à des valeurs Rc à 24 heures inférieures à 20 M Pa.

La description qui suit d'un mode de réalisation

particulier de l'invention est purement illustrative et non limitative Elle doit être lue en regard de la Figure 2 annexée sur laquelle un forage réalisé en mettant en oeuvre le

procédé conforme à l'invention a été illustré.

Le forage représenté sur cette figure a été réalisé sur un terrain comportant plusieurs couches géologiques, dont une couche de marne 1 séparant par exemple deux couches 2 et 3 de sable La couche supérieure 2 correspond à la nappe phréatique supérieure Elle est située juste en dessous de la couche de terrain naturel 4 La couche inférieure 3, en dessous de laquelle se trouve par exemple une couche de calcaire 5,

correspond à la nappe phréatique profonde.

Le forage comporte principalement deux parties L'une référencée par 6, correspondant à la première foration, s'étend de la couche de terrain naturel 4 jusque sensiblement à la base de la couche de marne 1 Elle correspond à un forage par exemple de 610 mm de diamètre Ce forage est équipé d'un tube de protection 10 L'autre, référencée par 7, prolonge ce premier forage jusque dans ou au-delà de la deuxième nappe phréatique Il correspond à la reforation après équipement de la première partie Le forage est de 450 mm de diamètre A l'intérieur de l'ensemble du forage s'étend un tubage 8 de 350 mm de diamètre Ce tubage 8 est plein sur toute sa hauteur au niveau de la partie 6 et crépiné sur sa hauteur au niveau de la partie 7 du forage Un cylindre 9 de gravillons servant de filtre, entoure le tubage 8 en remplissant le vide entre ledit tubage 8 et la surface entourant le trou au niveau de la partie 7, et entre ledit tubage 8 et le tubage 10 de protection de 450 mm de diamètre, au niveau de la partie 6 supérieure du trou De façon classique, ce filtre 9 de gravillons se termine à l'extrémité de la partie 7 par un béton de pied 11 Le tubage de protection 10 est entouré en extrados, à l'extrémité de la partie 6 à la base de la première foration, par un anneau de "sobranite" (marque déposée désignant un matériau pour réaliser un bouchon d'argile) ayant une hauteur de 50 cm et dont le rayon extérieur correspond au rayon de la partie 6 La "sobranite"

peut être remplacé par tout mortier à prise rapide.

Le vide annulaire compris entre les parois intérieures de la partie 6 duforage et le tubage 10 est habituellement rempli par une cimentation normale ayant pour fonction de

fixer et d'étancher ce tubage de protection.

Le mortier proposé par l'invention présente une résilience suffisante pour permettre au foreur de travailler sur la zone de forage rapidement après l'injection (après une demi-journée ou une journée au plus) Le mortier 14 est à cet

effet d'un durcissement rapide tout en étant non fragile.

L'ajout de fibres, de préférence de fibres de fonte permet de modifier fondamentalement le comportement mécanique du mortier à expansion contrôlée et contrariée Alors qu'un mortier ou coulis sans fibres casse de manière fragile (dès qu'une fissure apparaît, la rupture est complète), le mortier expansé renforcé de fibres a un comportement ductile: lorsque le mortier reçoit les chocs de l'outil à travers le tube de protection 10, les efforts sont repris par les fibres et la fissuration est arrêtée Il faut alors que la contrainte augmente ou que les chocs se reproduisent toujours au même endroit pour que la fissuration se poursuive et conduise à la

rupture du mortier.

Ce comportement ductile se traduit par une très bonne résistance aux chocs et une excellente ténacité des bétons renforcés de fibres de fonte Il faut au minimum 3 000 000 et de préférence 3 5000 000 fibres au m 3 de mortier mis en place pour obtenir une bonne résilience à 24 heures avec 20 M Pa en

compression.

Les limites supérieures de quantités de fibres à introduire dans le mortier dépendent notamment de l'ouvrabilité du mortier, et donc du matériel de pompage qui est utilisé Des valeurs autour de 42 kg de fibres au m 3 de mortier semblent expérimentalement correspondre à des valeurs

optimales de résilience, les gains de résilience obtenus au-

delà n'étant pas sensibles Cette valeur de 42 kg de fibres au m 3 de mortier correspond, pour le matériel de pompage utilisé par la demanderesse et qui sera décrit plus loin plus en détail, à une limite haute de pompabilité (ou ouvrabilité)

pour le mortier.

On notera que certains des constituants du mélange adjuvant sont classiquement utilisés individuellement dans le domaine technique du béton On pourra se reporter, notamment pour le choix des composants d'expansion gazeuse et des composants d'expansion cristalline à des ouvrages relatifs à ces techniques, tels que:

Pratique des ciments, mortiers et bétons VENUAT -

Editions LE MONITEUR, Adjuvant du béton VENUAT, édité par l'auteur, Concrete and mixture Handbook, Editions RAMASHANDRAN, Les adjuvants du ciment Physico-Chimie concernant

le béton -

A la connaissance de la demanderesse cependant, les agents d'expansion cristalline et les agents d'expansion gazeuse n'ont jamais été utilisés en synergie dans un même mortier. Le choix des différents composants du mortier sera également réalisé de façon que ces différents composants

soient compatibles entre eux.

A titre d'exemple, on pourra prendre, pour le mortier sec avant mélange avec les fibres, les compositions pondérales suivantes de mortier armé expansif de forage: Première composition: Sable 2 0-3 15 mm Quantité pour obtenir 100 % Sable 0 7-1 4 mm 14,6 % + / 5 % Sable 0 0-0 4 mm 18,95 % +/ 5 % Sable 0 5-1 0 mm 15 32 % +/ 5 % Gravier 6-8 mmn 0,0 % Bétanaphtalène-sulfonate de calcium en poudre (retardateur) 0,8 % +/ 0,3 % Alcool cétylique (antimousse) 0,07 % +/ 0,03 % Fumée de silice 2 % +/ 1 % Oxyde de calcium 2,1 % +/ 0,5 % (agent d'expansion cristalline) Poudre d'aluminium 0,0035 % +/ 0,001 % (agent d'expansion gazeuse) Ciment Portland CPA 55 Type I 35 % +/ 10 % Deuxième composition: Sable 2 0-3 15 mm Quantité pour obtenir 100 % Sable 0,7-1,4 mm 13,35 % +/ 5 % Sable 0 0-0 4 mm 8,18 % +/ 5 % Sable 0 5- 1,0 mm 11,46 % +/ 5 % Gravier 6-8 mm 20 % +/ 5 % Bétanaphtalène sulfonate de calcium en poudre (retardateur) 0,55 % +/ 0,3 % Alcool cétylique 0,07 % +/ 0,03 % (antimousse) Fumée de silice 1,2 % + 1 % Oxyde de calcium 1,8 % +/ 0,5 % (agent d'expansion cristalline) Poudre d'aluminium 0,0025 % +/ 0,001 % (agent d'expansion gazeuse) Ciment Portland CPA 55 type I 30 % +/ 10 % Les caractéristiques du mortier frais sont les suivantes: , Granulométrie: 0/4 ou 0/8 mm en fonction de l'espace annulaire Fluidité: 1 à 3 ' avec fibres au cône de Marsh de 12,5 mm de diamètre * Cohésif, non délavable et thixotrope pour s'opposer aux circulations d'eau Pompable à faible pression et non essorable Exsudation à 3 heures: nulle Pas de sédimentation * Densité mortier frais: 1,950 + 0,15 Début de prise > 6 heures en fonction de l'importance du forage Expansion volumique en phase plastique > 2 %, mais modulable en fonction de l'encaissant * Rendement volumique: 25 kg de mortier spécial + 3 litres

+ 0,5 1 d'eau = 15 litres de coulis + 1 litre de coulis.

Les caractéristiques du mortier durci sont les suivantes: Résistance à la compression à 24 heures avec fibres > 25 M Pa Pas de retrait Poussée d'expansion cristalline primaire du début de prise à 2 jours, secondaire de 1 à 28 jours et plus, < 5 bars si le contenant n'est pas déformable * Très bonne résilience à 24 heures (Rc à 24 heures > 25 M Pa), avec plus de 3 000 000, en particulier plus de 3.500 000 fibres de fonte "Pont à Mousson" au m 3 de mortier en place

PH > 12

* Très bonne résistance aux eaux agressives (choix ciment en fonction de la nature des ions agressifs) Perméabilité intrinsèque à l'eau avec un écoulement constant sous 1 bar inférieur à 10-10 m/s, de préférence à

_l-l m/s.

La mise en oeuvre du mortier se fait par pompage, par exemple à l'aide d'une pompe à vis sans fin du type commercialisé par la société MASTER BUILDERS TECHNOLOGIES sous la dénomination MEYCO (marque déposée) DEGUNA 20 Cette pompe comprend un malaxeur et un compresseur intégré Le malaxeur est à axe horizontal basculant dans une trémie de reprise et présente deux vitesses de malaxage possibles Pour des débits supérieurs à 3 m 3/h, la pompe peut fournir de faibles pressions Les diamètres des tubages intérieurs sont supérieurs à 50 mm et ont la particularité de ne présenter aucune réduction de section au raccord, de façon à éviter les risques de colmatage par les fibres Le tuyau d'extrémité souple est terminé par un embout d'acier de 2 m de long pour

lester la colonne.

La préparation du mortier se fait par mélange du ciment véhiculé par une vis sans fin et de l'air, avec des agrégats (sable et graviers) d'une part et des fumées de silice et

adjuvants en poudre d'autre part.

L'eau utilisée pour le gâchage est choisie préférentiellement propre et exempte de matière organique Le gâchage est réalisé dans des plages de températures comprises entre 5 et 35 *C Après introduction dans un malaxeur des deux tiers de la quantité d'eau de gâchage, on introduit le mortier prêt à l'emploi, on le gâche à faible vitesse pendant deux minutes en complétant avec le tiers d'eau complémentaire, puis l'on gâche à grande vitesse pendant 3 minutes Après avoir colmaté le fond de l'espace annulaire 6 de forage, par un bouchon de mortier à prise rapide 12, de façon que le mortier ne remonte pas dans le tubage de protection 10 ou migre dans

le terrain sous-jacent 3, on réalise la cimentation.

L'alimentation du corps de la pompe se fait de manière sensiblement constante et l'on veille à ce que la vis soit

toujours dans le mortier afin d'éviter les inclusions d'air.

La cimentation de l'espace annulaire est réalisée de bas en haut, au moyen d'un tubage plongeur L'embout métallique est, afin de créer une charge, continuellement plongé d'une hauteur de 1 ou 2 m dans le mortier, le coulage étant réalisé de façon préférentiellement continue On veille à vidanger, lors des arrêts, le tubage d'injection d'air avant de le plonger dans le mortier La cimentation du bouchon haut 12 a et de la partie ne devant pas faire l'objet d'une étanchéité est réalisée avec le même matériel et avec la même technique, mais à partir d'un mortier traditionnel 0/5 mm, dosé au minimum à 650 kg de CLC ou CLK contenant éventuellement des adjuvants La cimentation traditionnelle suivra sans interruption, afin de contrarier l'expansion de la phase plastique du mortier sous-jacent et de mobiliser horizontalement les efforts d'expansion vers le terrain, pour colmater tous les interstices, surtout en terrain difficile Le bouchon haut 12 a en mortier à prise rapide joue le rôle de coin, et empêche le mortier expansif de soulever la colonne de cimentation en mortier normal 15, tant

que ce dernier est en phase plastique.

La tuyauterie 13 enlaçant en spirale le tubage de protection 10 sur sa hauteur correspondant à la hauteur d'injection de mortier armé 14 diminuée de 1,0 m en pied et 1,0 m en tête, est une tuyauterie pour l'injection d'une résine aquaréactive Cette tuyauterie est par exemple du type de celle commercialisée par la société MASTER BUILDERS TECHNOLOGIES sous la dénomination commerciale FUKO (marque déposée) Elle est en néoprène et est munie de multiples perforations radiales l'entourant sur toute sa périphérie et assurant une sortie régulière de la résine injectée par ladite tuyauterie 13 dans le mortier 14, au cas o celui-ci viendrait

à être fissuré par les chocs de l'outil à la reforation.

Une fois la cimentation réalisée, ce système à tuyauterie 14 permet aux opérateurs d'injecter au niveau du mortier armé 14 de l'eau sous pression Si cette eau s'écoule, on peut en déduire que l'étanchéité est à compléter et l'on injecte dans cette tuyauterie une résine aquaréactive qui viendra colmater les différents interstices pour assurer

l'étanchéité parfaite.

La résine aquaréactive peut par exemple être choisie comme étant celle commercialisée par la société MASTER BUILDERS TECHNOLOGIES sous la dénomination commerciale Master Flex 601, qui est une résine injectable exempte de solvant, de basse viscosité, à deux composants et constituée principalement de polymères gonflables à l'eau Cette résine

durcit tout en restant flexible, même à basse température.

Elle est hydrophile et imprègne de façon sûre et totale les surfaces humides Elle empêche l'oxydation de l'acier, est inerte à la graisse, ainsi qu'au métal et au béton Elle résiste aux acides faibles, aux solutions salines, aux huiles,

aux graisses et aux hydrocarbures.

Dans la description qui précède, on a indiqué que les

fibres ayant donné les meilleurs résultats sont des fibres de fonte On peut néanmoins utiliser d'autres fibres ductiles en

matière synthétique, telles que des fibres de polypropylène.

La quantité de telles fibres à mettre en oeuvre devra être

ajustée selon les exigences générales ci-dessus décrites.

Les signes de référence insérés après les caractéris-

tiques techniques mentionnées dans les revendications, ont

pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières,

et n'en limitent aucunement la portée.

Claims

REVENDICATIONS

1 Mortier, prêt à l'emploi, présenté sous forme sèche et particulaire, comportant, pour être mélangés avec de l'eau lors de l'emploi, les constituants suivants: au moins un ciment hydraulique, un mélange d'adjuvants, un squelette minéral de sables, graviers et charges, des fibres dont la nature, la quantité et les caractéristiques dimensionnelles sont choisies pour conférer au mortier, après prise, un comportement ductile et une résistance à la compression, mesurée à 24 heures, au moins égale à 25 M Pa, les granulométries respectives des constituants étant choisies pour assurer une continuité de granulométrie du mélange particulaire entre O et 10 mm environ, de préférence entre O et 8 mm environ, les quantités respectives des constituants étant choisies de manière que le mortier frais, après mélange à l'eau, possède une densité au moins égale à 1,7, un rapport E/C compris entre 0,28 et 0,35 environ et soit pompable avec les équipements de

pompage traditionnels.

2 Mortier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ciment hydraulique présente une valeur C 3 A inférieure à % environ et une teneur 503 inférieure à 5 % environ.

3 Mortier selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que le ciment hydraulique est choisi parmi les ciments spéciaux à haute résistance aux sulfates et/ou à

des ions agressifs du milieu dans lequel le mortier est coulé.

4 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 3, caractérisé en ce que le mélange d'adjuvants comprend la combinaison de: au moins un agent réduisant la quantité d'eau à utiliser, tel que des lignosulfonates, au moins un retardateur de prise, au moins un agent fluidifiant, des agents d'expansion gazeuse et cristalline, au moins un accélérateur de durcissement et d'expansion, la nature et les proportions desdits constituants étant choisies pour les rendre compatibles entre eux. Mortier selon la revendication 4, caractérisé en ce que les agents d'expansion comprennent des agents d'expansion gazeuse, tels que de la poudre d'aluminium ou autre agent connu à cet effet et des agents d'expansion cristalline, tels que ciment alumineux, soude, potasse, gypse en excès, chaux

hydratée, seuls ou en mélange.

6 Mortier selon l'une des revendications 4 ou 5,

caractérisé en ce que l'agent fluidifiant est choisi parmi les

naphtalènes sulfonés et/ou les mélamines et autres.

7 Mortier selon l'une quelconque des revendications 4

à 6 caractérisé en ce que le retardateur de prise est le

gluconate de sodium ou composé analogue connu à cet effet.

8 Mortier selon l'une quelconque des revendications 4

à 7, caractérisé en ce que l'accélérateur de durcissement est le sulfate de sodium associé au chlorure de calcium ou à de la

potasse, ou encore de la soude avec du chlorure de calcium.

9 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 8, caractérisé en ce que les charges comprennent notamment des fumées de silice, certaines desdites fumées pouvant faire

fonction à la fois de charge et de liant.

Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 9, caractérisé en ce que les fibres sont en fonte.

11 Mortier selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fibres de fonte ont des longueurs comprises entre

10 et 40 mm, en particulier entre 20 et 30 mm.

12 Mortier selon l'une des revendications 10 et 11,

caractérisé en ce que, à l'état durci, il comporte au moins 3.106 et de préférence au moins 3,5 106 fibres par m 3, la quantité de fibres présentes devant être telle que le mortier

frais mélangé à l'eau soit pompable.

13 Mortier selon l'une quelconque des revendications

à 12, caractérisé en ce que la proportion de fibres dans le

mortier durci se situe entre 30 et 42 kg environ par m 3.

14 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 13, caractérisé en ce qu'il comprend: de 27,5 % à 38,5 % en poids de ciment hydraulique, de 2,5 % à 7,5 % en poids du mélange d'adjuvants, de 56 % à 70 % en poids du squelette minéral de

sables, graviers et charges.

15 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 14, caractérisé par l'une des compositions ci-après, les quantités étant exprimées en % en poids: Constituants Mortier N'1 Mortier N'2 Variations Gravier 4-8 mm 0,0000 20,0000 % + 5 % Sable 2-4 mm 11,1600 13,3900 % + 5 % Sable 0,7-1,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % Sable 0,5-1 mm 15,3200 11,4600 % + 5 % Fillers 0,0-0,4 mm 18,9500 8,1800 % + 5 % CPA 55 Type 1 35,000 30,0000 % + 10 % Poudre d'aluminium 0,0035 0,0025 % + 0,001 % Oxyde de calcium 2,1000 1,8000 % + 0,5 % Fumées de silice 2,0000 1,2000 % + 0,5 % Ca BNS poudre 0, 8000 0,5500 + 0,3 % Alcool cétylique 0,0700 0, 0700 + 0,003 % Classe du mortier 0,4 mm 0,8 mm

16 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1

à 14, caractérisé par l'une des compositions pondérales ci-

après, les quantités étant exprimées en kg/m 3 de mortier mis en place: Constituants Mortier N'3 Mortier N'4

Sable 0,3 4 mm 1050 + 100 -

Sable 2 4 mm 570 + 50 Sable 0,1 2 mm 480 + 50 Filler sableux 0,01-0,5 mm 60 + 5 60 + 5 Filler fin 0,0 0,1 mm 30 + 5 30 + 5 Fumée silice normale ( 3) 32 + 2,0 32 + 2,0 Fumée silice ultrafine ( 1) 21 + 2,0 21 + 2,0 Ciment hydraulique 600 + 50 600 + 50 Eau 180 + 20 180 + 20

10 10

Adjuvants (purs et tamponnés) 27 + 0,5 27 + 0,5 TOTAL 2000 + 100 kg/m 3 2000 + 100 kg/m 3 17 Procédé de cimentation pour rétablir l'étanchéité au niveau d'une nappe géologiquement imperméable, caractérisé en ce que l'on réalise ladite étanchéité avec le mortier selon

l'une quelconque des revendications 1 à 16.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'on introduit au niveau de la zone dans laquelle on injecte le mortier d'étanchéité une tuyauterie munie de perforations radiales et que l'on injecte par cette tuyauterie des résines aquaréactives au niveau de ladite cimentation

d'étanchéité, si des défauts d'étanchéité sont observés.

19 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que pour contrôler l'étanchéité de la cimentation, on injecte dans ladite tuyauterie un fluide sous pression et que l'on détecte les fuites éventuelles en fonction du débit dudit

fluide dans ladite tuyauterie.

Procédé selon l'une quelconque des revendications

17 à 19, caractérisé en ce que pour la cimentation d'un puits de captage d'une nappe phréatique profonde, après avoir réalisé un premier forage ( 6) entre la surface du sol ( 4) et une couche géologiquement imperméable ( 1), et avant la réalisation d'un deuxième forage ( 7) de diamètre inférieur au premier, entre ladite couche géologiquement imperméable ( 1) et la nappe phréatique à capter ( 3), on réalise une cimentation ( 14, 15) entre un tubage de protection ( 10) introduit dans le premier forage ( 6) jusqu'à la couche géologiquement imperméable ( 1) et le terrain dans lequel ce premier forage ( 6) a été réalisé, cette cimentation étant réalisée sur une certaine hauteur à l'aide du mortier ( 14) permettant d'assurer avec la couche géologiquement imperméable l'étanchéité entre la nappe phréatique profonde à capter ( 3) et la ou les

nappe(s) phréatique(s) supérieure(s) ( 2).

21 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'on entoure le tubage ( 10) de protection du premier forage ( 6), sur au moins une partie de sa hauteur correspondant à la cimentation étanche ( 14), par une tuyauterie ( 13) permettant d'injecter des résines aquaréactives, si des fuites éventuelles sont constatées, ou un fluide sous pression pour contrôler l'étanchéité de la cimentation.

22 Procédé selon l'une des revendications 20 et 21,

caractérisé en ce qu'on remplit par une cimentation normale ( 15) la partie du vide annulaire entre le tubage de protection ( 10) et le terrain dans lequel a été réalisé le forage ( 6) qui se trouve au-dessus du mortier étanche, surmonté d'un bouchon

de mortier à prise rapide.