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PROCEDE POUR LE CALFATAGE-DES BATIMENTS,'CONTRE-LES INFILTRATIONS-D'EAUX: SOUTERRAINES, ET POUR LA RETENTION DES EAUX: SOUTERRAINES'DANS DES FOSSES, 'EN-MACONNERIE, AINSI -QUE POUR LA PROTECTION CONTRE LES VIBRATIONS.
On sait depuis longtemps remblayer des matériaux lourds, sur- tout des argiles grasses, le long des murs extérieurs d'un bâtiment, en vue d'utiliser la faible perméabilité de ces matériaux pour assurer l'étan- chéité contre les eaux souterraines. Il est également connu d'employer les argiles les plus fines, même les suspensions de bentonite thixotrope pour assurer l'étanchéité à l'égard des eaux souterraines,ce matériau étant comprimé dans les sols poreux à travers des trous de mine.
Ce dernier procédé est surtout appliqué pour rendre étanche contre les infil- trations l'infrastructure des barrageso
Tandis que le procédé indiqué en premier lieu a un faible do- maine,d'application parce qu'en général l'argile ne peut être rapportée que sur les parois latérales et non sous la base, sans donner lieu à des phénomènes d'affaissement de 'l'ouvrage, le domaine d'application du procé- dé indiqué en deuxième lieu est limité par le rayon de dispersion à par- tir des forages pratiqués.-
Ce rayon dans le cas des.sols de sable devient tellement fai- ble que l'économie du procédé est aléatoire.
Le procédé de l'invention découle du fait que les liquides thixotropes, par suite de leurs propriétés colloïdales et de leur teneur en argile fine (-bentonite)5 représentent un moyen idéal de calfatage des eaux souterraines. D'autre part, ces liquides ne pénètrent pas dans les pores du sol et empêchent par la pression ou la résistance du liquide l'éboulement des parois verticales de terre, même en porte-à-faux et non maçonnées.
Il a déjà été proposé d'injecter ces liquides sous la base d' un ouvrage ou entre ses murs verticaux et le sol, mais non dans un but de calfatage, uniquement pour compenser les affaissements, pour diminuer
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l'angle de frottement sous la base et finalement pour provoquer une tension préalable du sol, de préférence dans le sens horizontal.
Suivant l'invention,un procédé similaire est appliqué dans le but de calfatage, en injectant, par des canalisations appropriées, un li- quide thixotrope sous la base de l'ouvrage et le long des murs d'encein- te. De ce fait, l'eau souterraine est écartée de l'ouvrage, ce qui peut ê- tre nécessaire non seulement pour mettre à sec des caves ou d'autres par- ties profondes du bâtiment, mais ce qui est aussi d'une grande importance pour écarter du béton les eaux souterraines agressives et éviter l'effet connu de destruction de ces eaux.
Une autre application du procédé particulièrement significati- ve au point de vue économique, est indiquée pour la rétention des eaux dans des fosses. Si on met en place,à une distance convenable des parois de la fosse et autour de la fosse, un tablier composé de liquide thixotrope qui atteint la couche perméable, et si on épuise l'espace compris à l'intérieur de ce tablier, un assèchement de la fosse est possible d'une façon simple du fait que le tablier d'étanchéité s'oppose à tout afflux ultérieur d'eau souterraine et l'eau qui se trouve dans les pores du sol n'a plus ainsi à être épuisée qu'une seule fois.
L'avantage de ce procédé par rapport à l'abaissement connu du niveau de l'eau souterraine est évident. Dans celui-ci le niveau de l'eau souterraine est abaissé pendant tout le temps de construction avec de nom- breuses pompes pour puits profonds, ce qui se fait sur des distances de plusieurs kilomètres dans le cas de sols fortement perméables (sable et gra- vier) et naturellement nécessite de grands débits de pompe. Le nouveau pro- cédé offre par contre l'avantage de limiter le domaine d'abaissement, même encore avec des sols aussi perméables, à la simple fosse, comme indiqué ci-dessus, et de diminuer considérablement le débit des pompes tout en limitant la durée nécessaire de leur action.
Si l'on ne peut pas enfoncer le tablier de calfeutrage tout au fond, dans le cas de grande profondeur de la couche imperméable, le procédé est néanmoins d'une utilité considérable car toute l'infiltration est écartée des parois latérales de la fosse et l'infiltration sous le radier de la fos- se se trouve considérablement diminuée,du fait que la vitesse du courant de l'eau souterraine est augmentée, tandis que le frottement augmente con- sidérablement au-delà de la limite entre le. courant calme et le courant turbulent.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être employé au calfeu- trage de digues, de quais ou ouvrages analogues, en disposant un tablier de calfeutrage dans le sens longitudinal de la digue ou du quai de préférence verticalement jusqu'à une profondeur diminuant dans une mesure admissible le passage de l'eau à travers la digue ou le quai.
De plus, le nouveau procédé peut être avantageusement utilisé pour la protection contre les vibrations en disposant un tablier en liquide thixotrope autour des points générateurs de vibrations ou autour du bâti- ment ou d'un groupe de bâtiments à protéger contre les vibrations.
Il est connu de réaliser des fossés pour la protection des bâ- timents contre les ébranlements. Dans ce but, ces fossés peuvent être creu- sés aussi bien autour de la source des ébranlements qu'autour d'un bâtiment particulièrement sensible aux ébranlements. Les recherches récentes ont montré que ces fossés n'ont l'effet recherché que si leur profondeur est au moins égale à la longueur d'ondes des vibrations qui doivent être éliminées par le fossé. Or, la longueur d'onde d'une vibration harmonique est donnée par la relation \ = v/n, dans laquelle v est la vitesse de propagation de la vibration considérée dans le sol et n la fréquence de la vibration.
La valeur v est connue par les recherches dynamiques dans le sol et, pour la vitesse transversale vt, est habituellement comprise entre 150 et 500 m/sec. La fréquence n de la vibration est dans la plupart des cas connue par le nombre de tours .de la machine qui provoque la vibration. Ainsi, on
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peut déterminer la longueur d'onde et la profondeur de fossé nécessaire.
Pour une vitesse d'environ 400 m sec. (sols sablonneux solides) et des fréquences d'environ 20 hz, il résulte des longueurs d'onde de 20 m, et les fossés de prof ondeur correspondante ne peuvent habituellement plus être exécutés.
Dans ce cas, l'emploi de liquides thixotropes peut apporter un remède. Notamment, si une vibration rencontre un tablier thixotrope, elle est aussitôt absorbée par le tablier comme par un fossé ouvert. Il est seulement nécessaire d'enfoncer ce tablier à une profondeur qui correspon- de au calcul précédent. Mais cela est possible sans difficulté même pour les grandes profondeurs, suivant le procédé décrit et contrairement aux cas de fossés ouverts.
On fait dans ce cas emploi des propriétés thixotropes proprement dites du liquide qui présente notoirement, à l'état de repos, une structure solide, gélatineuse, tandis qu'il est ramené à l'état liquide par les ébran- lements. Il agit alors comme une ouverture de décharge qui est remplie d'eau et dont on sait qu'elle ne transmet oas les vibrations ni les ondes de tremblements de terre.
De ce fait, le procédé décrit peut aussi être employé pour l'ab- sorption des ondes provoquées par les tremblements de terre. D'ailleurs, dans le. cas des tremblements de terre, les longueurs d'onde sont tellement grandes (plusieurs Kms) qu'on.ne peut plus exécuter un tablier de protection de la profondeur correspondante à la longueur d'onde. Mais on peut garantir par ces tabliers de protection des couches du sol particulièrement sensibles et par conséquent écarter des bâtiments ou des groupes de bâtiments une par- tie essentielle des contraintes menaçantes du tremblement de terre.
Par application du procédé au calfeutrage des bâtiments contre l'infiltration des eaux souterraines ou à la retenue des eaux souterraines dans des fosses, on peut aussi rechercher à conserver également pour l'ave- nir, exempt d'eau souterraine, la fosse ou le bâtiment. Pour atteindre ce but, on peut, suivant l'invention, pour garantir le tablier de calfeutrage contre des dérangements éventuels dans l'avenir, employer le procédé de consolidation électrochimique.
Ce procédé est conçu en soi pour le renforcement des argiles déposées, mais on peut l'appliquer, ainsi que des essais le confirment, et comme il ressort de la documentation avec un meilleur effet par l'emploi d' vne bentonite pure au sodium. Le procédé repose sur ce fait que des élec- trodes d'aluminium sont placées dans la suspension de bentonite, électrodes sur lesquelles est branché un courant continu. Après avoir reçu une cer- taine quantité de courant, la matière se solidifie en un corps dur comme la pierre qui conserve complètement ses propriétés d'étanchéité. Ce procédé n'est pas réversible, c'est-à-dire que le corps d'abord solidifié se conser- ve complètement sous des attaques chimiques considérables.
Cette caractéristique du procédé de l'invention consistant à pétrifier par une action électrochimique un liquide thixotrope introduit d' une façon quelconque, est d'une importance essentielle dans les travaux de fondati ons . Dans la fabrication de pieux par exemple, un trou de mine pra- tiqué sans tuyau,par procédé rotatif, et qui est rempli de liquide thixo- trope, devient résistant.
Dans ce trou de mine, on place de plus une armature en alliages d'aluminium de haute résistance éventuellement raffiné, servant d'électrodes et restant comme armature dans le corps solidifié. Le pieu fabriqué de cette façon se compose alors de bentonite devenue solide et présente une ré- sistance qui est considérablement plus grande que celle du sol environnant.
En outre, un tel pieu est immunisé contre toute attaque chimique.
D'après l'invention, on peut atteindre le même but par le fait que le liquide thixotrope introduit dans le terrain à bâtir dans un but de calfeutrage peut être amélioré par l'emploi de ciment et d'une armature
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appropriée pendant ou après son introduction pour fournir une fondation étanche et résistante. Cette canalisation peut se faire de telle façon qu'une addition en ciment soit ajou tée au liquide thixotrope introduit, ciment qui provoque un durcissement du liquide, après qu'une armature appropriée a été introduite dans le liquide thixotrope additionné de ciment.
Dans les fondations de section suffisante, le ciment du liquide thixotrope déjà introduit.dans le sol est ajouté avant ou après l'introduc- tion de l'armature et il faut avoir soin d'agiter ou de remuer de façon appro- priée pour obtenir un mélange intime du ciment au liquide introduit.
Dans les fondations dont la section ne peut plus garantir un mélange saturé, le liquide thixotrope est additionné d'une quantité suffisante de ciment avant son introduction dans le terrain au moment de sa préparation. La teneur en bentonite du liquide thixotrope avec addition de ciment, retarde considérablement la prise, de sorte qu'on dispose d'un temps suffisant pour enfoncer l'armature dans le liquide in- troduit.
Le but visé par l'invention est encore atteint par le fait que le liquide thixotrope introduit est refoulé par du béton après insertion d'une armature appropriée. Dans le cas où la fondation fabriquée de cette façon doit être étanche, on ajoute au béton lors de sa préparation une addi- tion de bentonite qui ne diminue pas sensiblement la fluidité du béton, mais diminue considérablement sa perméabilité à l'eau. Ce procédé présen- te l'avantage économique que la fondation peut être en un béton d'une gra- nulation appropriée, donc exige moins de ciment, et procure finalement une solidité plus grande que le procédé mentionné en premier lieu.
Les résistances des mélanges de bentonite et de cement croissent d'abord un peu avec la teneur croissante en bentonite, diminuent légèrement à partir d'une teneur de 5 % et tombent fortement à partir de 50% et au- dessus. En raison de ces résultats d'essai, on peut amener un béton à la plus grande solidité possible par une faible addition de bentonite d'envi- ron 5 % et en outre on peut conserver une étanchéité suffisante.. L'intro- duction du béton ou le refoulement du liquide introduit se fait de façon à enfoncer les tuyaux jusque sous la base de l'espace rempli de liquide et à injecter du béton par ces tuyaux. Le liquide sort au bord supérieur et peut être récupéré .
L'addition de ciment aux liquides thixotropes doit au moins atteindre la valeur de leur teneur en bentonite suffisante pour don- ner à l'état final une solidité suffisante.
Les procédés décrits peuvent être employés par exemple pour trans- former un tablier fabriqué suivant l'invention en liquide thixotrope en une paroi tampon locale. De la même façon peuvent être fabriquées des fondations de toutes sortes, comme par exemple des fondations, des pieux ou analogues
Par des additions chimiques ou également de façon mécanique, on peut de plus augmenter la fluidité du liquide thixotrope pendant la solidi- fication électro-chimique. La matière subit de cette façon pendant la so- lidification une augmentation de volume qui augmente la solidité du sol et conduit donc à une fixation complète du pieu dans le sol.
On peut appliquer le procédé de l'invention à la fabrication de parois tampons locales,dans le cas des caissons ou autres constructions qui sont faites en employant un liquide thixotrope. Après-leur enfoncement, l'espace empli de liquide thixotrope est ainsi pétrifié. En principe, le procédé de solidification électro-chimique peut être employé partout où le liquide thixotrope ne doit pas être laissé en permanence en contact avec l'ouvrage et où le liquide doit être refoulé par le béton.
Plusieurs exemples d'application du nouveau procédé sont décrits ci-après à l'aide des dessins joints, dans lesquels :
La figure 1 représente une fondation entourée d'un tablier de liquide thixotrope disposé le long des parois latérales et de la base.
La figure 2 représente en coupe verticale un mouton pour la réalisation d'une ouverture verticale dans la terre.
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La figure 3 représente en coupe verticale un dispositif appro- prié pour la réalisation d'une ouverture verticale dans la terre dans le procédé par aspiration.
La figure 4 représente la déf ormation et le rassemblement des courbes de courant dans l'eau souterraine causée par un tablier en liquide thixotrope n'allant pas jusqu'à la couche de terre imperméable.
La figure 5 représente en coupe verticale l'entourage d'une pièce de terre par un tablier de liquide thixotrope avec emploi d'un dis- positif suivant la figure 3.
La figure 6 représente en coupe verticale l'entourage d'une fondation par un tablier de liquide thixotrope en utilisant un dispositif suivant la figure 2.
La figure 7 représente en coupe verticale le calfatage d'une digue ou d'un quai au moyen d'un tablier en liquide thixotrope.
Dans la fondation suivant la figure 1, pour le calfeutrage contre l'infiltration d'eau, un tablier en liquide thixotrope entourant les parois latérales et la base de la fondation est établi de façon que le li- quide thixotrope sous pression soit comprimé à travers des canaux 1 de 1' intérieur de la fondation vers l'extérieur. Le liquide thixotrope comprimé vers l'extérieur se répartit en une couche mince presque régulière en- dessous de la base et le long des parois latérales de la fondation.
Mais on peut aussi à quelque distance de la fondation ou, en vue de la rétention des eaux souterraines dans des fosses, à quelque distance des bords des fosses, pratiquer de petites fentes dans le terrain à l'aide d'un mouton approprié, fentes qui sont ensuite remplies de liquide thixotrope au cours de l'enfoncement progressif du mouton.
Ces moutons sont formés de préférence suivant la figure 2 d'un taillant de section triangulaire qui est fixé à la partie inférieure d'un tube 3 à paroi épaisse. Le liquide thixotrope est amené à partir d'en haut auprès du mouton par des tuyaux 3 et des canaux 5 jusqu'à l'ouverture annu- laire 6 formée au-dessus du mouton entre la terre et le tuyau 3 à paroi épaisse. L'énergie de pilonnage nécessaire est elle-même minime pour de grandes profondeurs de pilonnage parce qu'il ne se produit des résistances que sur le mouton triangulaire, tandis que toute la hauteur de la fente reste exempte de frottement contrairement au cas du pilonnage de parois tampons ou de pieux. En outre l'énergie nécessaire au pilonnage reste encore faible du fait que la section du mouton n'a besoin d'avoir qu'une largeur de quelques centimètres.
Pour faciliter la traction de l'appareil le-liquide thixotrope est comprimé à travers des canaux 4. Avec de grandes profondeurs de pilon- nage le taillant 2 peut aussi rester dans le sol et il n'y a qu'à tirer les tuyaux 3. Le tablier de liquide thixotrope entourant la fondation est en général réalisé de telle façon que le mouton ou, le cas échéant, plusieurs moutons qui ont pratiquement une longueur d'environ 1 à 2 mètres, ne sont retirés qu'après la réalisation d'une coupe d'une longueur de 1à 2 mètres pour être ensuite de nouveau enfoncés en se raccordant au tablier déjà réalisé. Les écarts éventuels par rapport à la ligne droite ne jouent aucun rôle pour le tablier de liquide, si on prend soin de raccorder exactement les tabliers en superposant les pilonnages exécutés séparément.
S'il subsiste des doutes sur leur étanchéité, à cause de diffi- cultés qui se seraient produites au pilonnage, il est possible, après établis- sement du tablier, sans difficulté, et également économiquement à cause de la faible énergie de pilonnage et des frais minimes de matériel, de placer un deuxième tablier complet autour de la fondation ou de la fosse ou de garantir au moins les endroits non satisfaisants en enfonçant une deuxième pièce du tablier d'étanchéité.
On peut aussi, après avoir enfoncé une fois le mouton, réaliser par enlevage de terre, à partir de l'entaille'produite, avec de petits frai-
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sages, excavations en cuiller ou procédés analogues, l'entaille nécessai- re pour recevoir le liquide thixotrope autour du bâtiment ou de la fosse .
Au lieu d'être faite par le pilon, l'entaille dans le sol, dans-le cas de matière appropriée (sable fin à sable moyen, le cas échéant également sable grossier) peut être faite par un procédé d'aspiration.
Dans ce cas on se sert au lieu du mouton en forme de coin suivant la fi- gure 2 d'un fer à U 7 ouvert par en bas, dontles extrémités libres des montants ont une forme de coupe appropriée (voir figure 3). L'enfonce- ment du fer à U 7 se'fait par le fait que la matière à l'intérieur du fer à U est extraite à travers les tuyaux 8, 9 débouchant d'en haut par as- piration et pour d'assez grandes profondeurs diaprés le principe de la pompe dite mammouth.
Si la couche de terre imperméable se trouve à une profondeur qui est trop grande pour être encore atteinte économiquement avec un tablier d'étanchéité en liquide thixotrope et si la disposition d'un tablier d'étanchéité horizontal est prohibée, un tablier plus court peut aussi avoir un avantage économique déjà considérable. Par l'emploi d'un tablier plus court comme le montre la figure 4, l'infiltration d'eau contre les parois latérales d'une fondation ou contre les parois d'une fosse peut être complètement empêchée et être énormément diminuée contre la base de la fondation ou sous le terrain à bâtir.
Dans la figure 4 est représentée 1''extrémité du tablier d'é- tanchéité 10 sur le côté d'une fondation à quelque distance au-dessus de la couche de terre imperméable. Les lignes de courant 12 de l'eau souter- raine, qui lorsqu'on enlève l'eau de l'espace enfermé par le tablier d'é- tanchéité et qui se trouve forcée de s'écouler sous le pied le long des ta- bliers d'étanchéité, se rapprochent fortement ce qui conduit à une grande augmentation de la vitesse d'écoulement. riais si cette vitesse dépasse la valeur limite donnée par le nombre de Reynold, le mouvement de l'eau devient turbulent, le frottement augmente considérablement et l'infiltra- tion d'eau est fortement réduite.
Ainsi, même dans le cas de ce tablier d'étanchéité imparfait, on peut admettre une diminution considérable du débit de pompe nécessaire qui doit d'ailleurs être poursuivi pendant tout le temps de la construction.
La figure 5 représente comment un lot de terrain est muni d'un enveloppement complet de liquide thixotrope. Gela peut être réalisé par exemple par le fait que le dispositif suivant la figure 3 est tourné de 90 à une profondeur déterminée par une assez forte érosion de l'un des deux montants munis d'un taillant du fer à U 7, pour être par conséquent déplacé dans le sens horizontal. Egalement dans ce sens de mouvement, la pression hydrostatique agissant sur la traverse du fer à U fournit, la force de poussée nécessaire. De cette façon, en plus du tablier vertical 13 on constitue un tablier horizontal disposé non seulement de chaque côté par rapport à l'axe, de la façon correspondant à la figure 5 mais encore sur un seul côté jusqu'au tablier vertical opposé.
Le tablier horizontal 14 doit être réalisé sous la base de la fosse à une profondeur telle qu' un poids de terre suffisant corresponde à la surpression.
Un enveloppement complet d'un lot de terrain réalisé de cette façon avec un liquide thixotrope peut être réalisé en fermant par un joint en caoutchouc 15 le bord supérieur de chaque tablier vertical.
On met sous pression le liquide par une canalisation 16 et. on soulevé de cette façon le morceau de terre enveloppé suivant le principe de la pres- se hydraulique. La partie se trouvant au-dessus du niveau du morceau de terre soulevé peut par exemple être déblayé de façon simple par des che- nilles de nivellement.
On peut cependant envelopper complètement d'un tablier en liqui- de thixotrope un lot de terre en employant aussi des moutons suivant la fi- gure 2 de façon que le mouton soit enfoncé avec une inclinaison contraire à celle de la fosse future de telle façon que les tabliers plans 17 incli- nés se forment suivant la figure 6 et se réunissent ou se croisent à peu près
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dans le plan médian longitudinal vertical de la fosse pour se réunir aux extrémités de face de la fosse aux tabliers d'étanchéité également incli- nés ou encore aux tabliers d'étanchéité verticaux. Il n'y a pas lieu de veiller à une exacte ligne de coupe dans l'axe longitudinal de la fosse car dans chaque cas on peut obtenir une fermeture étanche en croisant les extrémités inférieures des tabliers.
Bien entendu, les tabliers plans inclinés 17 peuvent être réali- sés en employant les appareils d'arrosage suivant la figure 3.
La figure 7 représente enfin la disposition d'un tablier d'étan- chéité 18 dans le sens longitudinal d'une digue ou d'un quai. Ce tablier s'étend du sommet du quai verticalement vers le bas et est enfoncé jusqu'à une profondeur réduisant dans une mesure admissible le passage de l'eau à travers la digue ou'le quai. Le tablier de liquide thixotrope ainsi dis- posé empêche efficacement le passage inopportum de liquide à travers le quai ou la digue.
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PROCESS FOR THE CALFATTING-OF BUILDINGS, 'AGAINST INFILTRATION-WATER: UNDERGROUND, AND FOR THE RETENTION OF WATER: UNDERGROUND' IN PITS, 'IN-MASONRY, AS WELL-AS FOR PROTECTION AGAINST VIBRATION.
It has long been known to backfill heavy materials, especially fatty clays, along the exterior walls of a building, with a view to using the low permeability of these materials to ensure the seal against groundwater. It is also known to use the finest clays, even thixotropic bentonite suspensions, to ensure sealing against groundwater, this material being compressed in porous soils through blastholes.
The latter process is mainly applied to seal the infrastructure of dams against infiltration.
While the process indicated in the first place has a small area of application, because in general the clay can only be attached to the side walls and not under the base, without giving rise to sagging phenomena of the structure, the field of application of the method indicated in the second place is limited by the radius of dispersion from the drilled holes.
This radius in the case of sand soils becomes so small that the economy of the process is uncertain.
The process of the invention arises from the fact that thixotropic liquids, due to their colloidal properties and their fine clay (-bentonite) content represent an ideal means of caulking groundwater. On the other hand, these liquids do not penetrate into the pores of the ground and prevent by the pressure or the resistance of the liquid the collapse of the vertical walls of the earth, even in cantilever and not masonry.
It has already been proposed to inject these liquids under the base of a structure or between its vertical walls and the ground, but not for the purpose of caulking, only to compensate for subsidence, to reduce.
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the friction angle under the base and finally to cause a preliminary tension of the ground, preferably in the horizontal direction.
According to the invention, a similar process is applied for the purpose of caulking, by injecting, through suitable pipes, a thixotropic liquid under the base of the structure and along the surrounding walls. As a result, groundwater is kept away from the structure, which may be necessary not only to dry out cellars or other deep parts of the building, but which is also of great importance. importance in removing aggressive groundwater from concrete and avoiding the known destructive effect of this water.
Another application of the process which is particularly significant from an economic point of view is indicated for the retention of water in pits. If we put in place, at a suitable distance from the walls of the pit and around the pit, an apron composed of thixotropic liquid which reaches the permeable layer, and if we exhaust the space included inside this apron, a Drainage of the pit is possible in a simple way since the waterproofing apron opposes any further inflow of groundwater and the water which is in the pores of the soil thus no longer has to be exhausted only once.
The advantage of this method over the known lowering of the groundwater level is obvious. In this the groundwater level is lowered during the whole construction time with numerous pumps for deep wells, which is done over distances of several kilometers in the case of highly permeable soils (sand and gra - vier) and naturally requires large pump flow rates. On the other hand, the new process offers the advantage of limiting the lowering range, even still with such permeable soils, to the simple pit, as indicated above, and of considerably reducing the flow rate of the pumps while limiting the necessary duration of their action.
If the caulking apron cannot be driven all the way to the bottom, in the case of a great depth of the impermeable layer, the process is nevertheless of considerable utility since all the infiltration is kept away from the side walls of the pit and the infiltration under the raft foundation is considerably reduced, because the speed of the groundwater current is increased, while the friction increases considerably beyond the boundary between the. calm current and turbulent current.
The process according to the invention can also be used for the caulking of dikes, quays or similar structures, by arranging a caulking deck in the longitudinal direction of the dike or of the quay, preferably vertically to a depth decreasing in a depth. permissible measure the passage of water through the dike or quay.
In addition, the new method can be advantageously used for protection against vibrations by placing an apron of thixotropic liquid around the points which generate vibrations or around the building or a group of buildings to be protected against vibrations.
It is known to produce ditches for the protection of buildings against shaking. For this purpose, these ditches can be dug both around the source of the disturbances and around a building particularly sensitive to the disturbance. Recent research has shown that these ditches only have the desired effect if their depth is at least equal to the wavelength of the vibrations which must be eliminated by the ditch. However, the wavelength of a harmonic vibration is given by the relation \ = v / n, in which v is the speed of propagation of the vibration considered in the ground and n the frequency of the vibration.
The value v is known from dynamic searches in the soil and, for the transverse speed vt, is usually between 150 and 500 m / sec. The frequency n of the vibration is in most cases known from the number of revolutions of the machine which causes the vibration. So we
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can determine the wavelength and depth of ditch needed.
For a speed of about 400 m sec. (solid sandy soils) and frequencies of around 20 hz, wavelengths of 20 m result, and ditches of corresponding depth can usually no longer be run.
In this case, the use of thixotropic liquids may provide a remedy. In particular, if a vibration encounters a thixotropic apron, it is immediately absorbed by the apron as by an open ditch. It is only necessary to drive this apron to a depth which corresponds to the previous calculation. But this is possible without difficulty even for great depths, according to the method described and unlike the case of open ditches.
In this case, use is made of the thixotropic properties proper of the liquid which clearly exhibits, in the state of rest, a solid, gelatinous structure, while it is brought back to the liquid state by the shaking. It then acts as a discharge opening which is filled with water and which is known not to transmit vibrations or earthquake waves.
Therefore, the described method can also be used for the absorption of waves caused by earthquakes. Moreover, in the. In the case of earthquakes, the wavelengths are so great (several km) that one can no longer carry out a protective apron of the depth corresponding to the wavelength. However, these protective aprons can be used to guarantee particularly sensitive layers of the soil and consequently keep away from buildings or groups of buildings an essential part of the threatening constraints of the earthquake.
By applying the process to the caulking of buildings against the infiltration of groundwater or to the retention of groundwater in pits, it is also possible to seek to preserve also for the future, free of groundwater, the pit or the pit. building. In order to achieve this object, it is possible, according to the invention, to guarantee the caulking apron against possible disturbances in the future, to employ the electrochemical consolidation process.
This process is designed in itself for the reinforcement of the deposited clays, but it can be applied, as tests confirm it, and as it appears from the literature with a better effect by the use of pure sodium bentonite. The process is based on this fact that aluminum electrodes are placed in the bentonite suspension, electrodes to which a direct current is connected. After receiving a certain amount of current, the material solidifies into a stone-hard body which fully retains its sealing properties. This process is not reversible, ie the first solidified body is completely preserved under considerable chemical attack.
This characteristic of the process of the invention consisting in petrifying by an electrochemical action a thixotropic liquid introduced in any way, is of essential importance in foundational work. In the manufacture of piles, for example, a borehole made without a pipe, by a rotary process, and which is filled with thixotropic liquid, becomes resistant.
In this blast hole, a frame made of high-strength aluminum alloys, possibly refined, is also placed, serving as electrodes and remaining as a frame in the solidified body. The pile made in this way is then composed of bentonite which has become solid and has a strength which is considerably greater than that of the surrounding soil.
In addition, such a stake is immune to any chemical attack.
According to the invention, the same object can be achieved by the fact that the thixotropic liquid introduced into the building site for the purpose of caulking can be improved by the use of cement and a reinforcement.
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suitable during or after its introduction to provide a waterproof and resistant foundation. This pipe can be done in such a way that an addition of cement is added to the thixotropic liquid introduced, cement which causes hardening of the liquid, after a suitable reinforcement has been introduced into the thixotropic liquid with the addition of cement.
In foundations of sufficient cross-section, the cement of the thixotropic liquid already introduced into the soil is added before or after the introduction of the reinforcement and care must be taken to agitate or stir appropriately to obtain an intimate mixture of cement with the liquid introduced.
In foundations whose section can no longer guarantee a saturated mixture, the thixotropic liquid is added with a sufficient quantity of cement before its introduction into the ground at the time of its preparation. The bentonite content of the thixotropic liquid with the addition of cement considerably retards the setting, so that sufficient time is available to embed the reinforcement in the introduced liquid.
The aim of the invention is further achieved by the fact that the thixotropic liquid introduced is driven back by concrete after insertion of a suitable reinforcement. In the event that the foundation manufactured in this way must be waterproof, an addition of bentonite is added to the concrete during its preparation, which does not appreciably decrease the fluidity of the concrete, but considerably reduces its permeability to water. This method has the economic advantage that the foundation can be a concrete of a suitable grit, therefore requires less cement, and ultimately provides greater strength than the method first mentioned.
The strengths of the bentonite and cement mixtures first increase a little with the increasing content of bentonite, decrease slightly from a content of 5% and fall sharply from 50% and above. As a result of these test results, a concrete can be made to the greatest possible strength by a small addition of bentonite of about 5% and furthermore a sufficient tightness can be maintained. concrete or the discharge of the liquid introduced is done so as to drive the pipes down to the base of the space filled with liquid and to inject concrete through these pipes. The liquid comes out at the top edge and can be collected.
The addition of cement to thixotropic liquids should at least reach the value of their bentonite content sufficient to give the final state sufficient strength.
The methods described can be used, for example, to convert an apron made according to the invention into a thixotropic liquid into a local buffer wall. Likewise, foundations of all kinds can be made, such as foundations, piles or the like.
By chemical additions or also mechanically, the fluidity of the thixotropic liquid can furthermore be increased during electrochemical solidification. In this way, during solidification, the material undergoes an increase in volume which increases the solidity of the soil and therefore leads to complete fixation of the pile in the soil.
The method of the invention can be applied to the manufacture of local buffer walls, in the case of caissons or other constructions which are made using a thixotropic liquid. After their sinking, the space filled with thixotropic liquid is thus petrified. In principle, the electrochemical solidification process can be used wherever the thixotropic liquid must not be left in permanent contact with the structure and where the liquid must be forced through the concrete.
Several examples of application of the new process are described below with the aid of the accompanying drawings, in which:
Figure 1 shows a foundation surrounded by an apron of thixotropic liquid disposed along the side walls and the base.
Figure 2 shows a vertical section of a sheep for making a vertical opening in the earth.
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FIG. 3 shows in vertical section a suitable device for making a vertical opening in the earth in the suction process.
Figure 4 shows the def ormation and collection of current curves in groundwater caused by a thixotropic liquid apron not extending to the impermeable earth layer.
FIG. 5 represents in vertical section the surrounding of a piece of earth by an apron of thixotropic liquid using a device according to FIG. 3.
FIG. 6 shows in vertical section the surrounding of a foundation by an apron of thixotropic liquid using a device according to FIG. 2.
FIG. 7 shows in vertical section the caulking of a dike or a quay by means of a thixotropic liquid apron.
In the foundation according to figure 1, for the caulking against water infiltration, a thixotropic liquid apron surrounding the side walls and the base of the foundation is established so that the thixotropic liquid under pressure is compressed through channels 1 from the inside of the foundation to the outside. The thixotropic liquid compressed outward distributes in an almost even thin layer below the base and along the side walls of the foundation.
But it is also possible at some distance from the foundation or, with a view to retaining underground water in pits, at some distance from the edges of the pits, make small slits in the ground using a suitable slits. which are then filled with thixotropic liquid during the progressive sinking of the sheep.
These sheep are preferably formed according to Figure 2 of a cutting edge of triangular section which is fixed to the lower part of a tube 3 with a thick wall. The thixotropic liquid is brought from above to the sheep through pipes 3 and channels 5 to the annular opening 6 formed above the sheep between the earth and the thick-walled pipe 3. The ramming energy required is itself minimal for great ramming depths because resistances only occur on the triangular ram, while the entire height of the slot remains free of friction unlike in the case of ram ramming. buffer walls or piles. In addition, the energy required for ramming is still low because the section of the sheep only needs to be a few centimeters wide.
To facilitate the pulling of the device the thixotropic liquid is compressed through channels 4. With great ramming depths the bit 2 can also remain in the ground and you only have to pull the pipes 3 The apron of thixotropic liquid surrounding the foundation is generally made in such a way that the sheep or, where appropriate, several sheep which are practically about 1 to 2 meters long, are not removed until after the completion of a cut with a length of 1 to 2 meters to be then driven in again by connecting to the deck already made. Any deviations from the straight line have no effect on the liquid apron, if care is taken to connect the aprons exactly by superimposing the ramming carried out separately.
If there are any doubts about their tightness, because of the difficulties which would have occurred during the ramming, it is possible, after establishment of the deck, without difficulty, and also economically because of the low ramming energy and the minimal cost of material, to place a second complete apron around the foundation or pit or to secure at least the unsatisfactory places by driving in a second piece of the waterproofing apron.
It is also possible, after having driven the sheep in once, to carry out by removing soil, from the notch produced, with small
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wells, spoon excavations or the like, the notch required to receive the thixotropic liquid around the building or pit.
Instead of being made by the pestle, the notch in the ground, in the case of suitable material (fine sand to medium sand, if necessary also coarse sand) can be made by a suction process.
In this case, instead of the wedge-shaped sheep according to Figure 2, a U-shaped iron 7 open from below is used, the free ends of the uprights of which have a suitable cross-section (see Figure 3). The sinking of the U-iron 7 is effected by the fact that the material inside the U-iron is extracted through the pipes 8, 9 emerging from above by aspiration and for enough great depths according to the principle of the so-called mammoth pump.
If the impermeable layer of earth is at a depth which is too great to be reached economically with a thixotropic liquid waterproofing apron and the provision of a horizontal waterproofing apron is prohibited, a shorter apron may also have an already considerable economic advantage. By the use of a shorter apron as shown in figure 4, the infiltration of water against the side walls of a foundation or against the walls of a pit can be completely prevented and be greatly reduced against the base. of the foundation or under the building land.
In Figure 4 is shown the end of the waterproofing deck 10 on the side of a foundation some distance above the impermeable earth layer. The streamlines 12 of the underground water, which when the water is removed from the space enclosed by the waterproofing apron and which is forced to flow under the foot along the ta - sealing rings, come very close which leads to a great increase in the flow speed. However, if this speed exceeds the limit value given by the Reynold number, the movement of the water becomes turbulent, the friction increases considerably and the infiltration of water is greatly reduced.
Thus, even in the case of this imperfect sealing apron, it is possible to admit a considerable reduction in the necessary pump flow rate which must moreover be continued throughout the construction period.
Figure 5 shows how a field lot is provided with a complete wrap of thixotropic liquid. This can be achieved for example by the fact that the device according to Figure 3 is rotated 90 to a depth determined by a strong enough erosion of one of the two uprights provided with a U-shaped edge 7, to be by therefore moved in the horizontal direction. Also in this direction of movement, the hydrostatic pressure acting on the cross member of the U-bar provides the necessary pushing force. In this way, in addition to the vertical apron 13, a horizontal apron is formed which is arranged not only on each side with respect to the axis, in the manner corresponding to FIG. 5, but also on one side up to the opposite vertical apron.
The horizontal apron 14 must be made under the base of the pit at a depth such that a sufficient weight of earth corresponds to the overpressure.
A complete envelopment of a lot of land made in this way with a thixotropic liquid can be achieved by sealing the upper edge of each vertical apron with a rubber seal.
The liquid is pressurized via a pipe 16 and. in this way the enveloped piece of earth is lifted according to the principle of hydraulic pressure. The part lying above the level of the lifted piece of earth can, for example, be cleared simply by leveling pins.
However, it is possible to completely wrap a lot of soil with an apron of thixotropic liquid by also using sheep according to figure 2 so that the sheep is sunk with an inclination contrary to that of the future pit so that the sloping plane aprons 17 are formed according to figure 6 and meet or cross more or less
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in the vertical longitudinal median plane of the pit to meet at the front ends of the pit with the equally inclined sealing aprons or else with the vertical sealing aprons. There is no need to ensure an exact line of cut in the longitudinal axis of the pit because in each case a watertight closure can be obtained by crossing the lower ends of the aprons.
Of course, the inclined plane aprons 17 can be produced by using the sprinklers according to FIG. 3.
FIG. 7 finally shows the arrangement of a waterproofing deck 18 in the longitudinal direction of a dike or a quay. This apron extends from the top of the quay vertically downwards and is driven to a depth which reduces to an allowable extent the passage of water through the dike or quay. The thixotropic liquid apron thus arranged effectively prevents the inadvertent passage of liquid through the quay or the dike.