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Procédé et équipement pour l'assèchement du sol.
La présente invention concerne un procédé et un équipe- ment pour l'assèchement du sol, c'est-à-dire pour la réduction de la teneur en eau du sol ou l'élimination des nappes d'eau souterraines. '
L'assèchement su sol permet à des ingéreurs des tra- vaux publics, à des entrepreneurs de construction, etc...,de creuser des excavations dans un sol perméable contenant ini- tialement de l'eau, le but étant d'assécher le sol avant de produire une excavation de telle sorte que le travail puisse être effectué en totalité dans des conditions sèches ou sen- siblement sèches.
L'invention concerne d'une façon plus particulière exclusivement l'assèchement (c'est-à-dire la réduction de la
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teneur en eau) du sol par le procédé "à sondes suceuses". Sui- vant ce procédé, plusieurs outils de succion combinés à des fltres ou tamis dénommés "sondes suceuses", sont fixés à l'extrémité inférieure de "tiges montantes" qui sont placées dans le sol autour de la partie dans laquelle une excavation doit être creusée ou qui sont réparties d'une autre manière au voisinage de cette partie.
Les têtes de ces tiges montantes sont reliées à un collecteur principal commun ayant un dia- mètre relativement grand. Un vide produit à l'intérieur du col- lecteur et dans les sondes suceuses reliées à lui ramène à la surface l'eau contenue dans le sol, qui peut être évacuée aisé- ment par exemple par des moyens comprenant un séparateur air- eau et une pompe centrifuge. Chaque tige montante peut être associée à une vanne d'isolation individuelle, prévue au point de Jonction avec le,collecteur., de façon telle qu'une' commande indépendante de la sonde suceuse correspondante puisse être assurée.
Un équipement d'assèchement de ce type peut être réparti en systèmes à un, deux ou trois étages, selon la profondeur requise pour l'excavation devant être creusée. On considère ci'une façon générale que la limité d'assèchement est, dans le cas d'un système à un seul étage, d'environ 11 mètres au-dessous du niveau de la pompe, et la mise en place de ces systèmes s'ef- fectue progressivement au flar et à mesure que l'on creuse l'ex- cavation.
Jusqu'ici, le procédé le plus récent utilisant des sondes suceuses consiste à enfoncer ces sondes à l'intérieur du sol jusqu'à un niveau approprié par une technique qui corres- pond au "forage au jet". Suivant cette technique, de l'eau à une pression atteignant 11,2 kg/cm2 est refoulée à travers les
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sondes suceuses creuses et sort par des ajutages prévus dans des sabots de forage au jet disposés à l'extrémité Inférieure des sondes, les jets d'eau creusant le sol en préparant ainsi l'avancement et en facilitant la descente des sondes suceuses jusqu'à la position requise.
Les sondes suceuses connues, progressant par forage au jet, utilisées jusqu'ici pour cette application, sont con- stituées habituellement par un tube interne en acier pour le forage au jet, monté rigidement entre une douille prévue à sa partie supérieure et un sabot prévu à sa partie inférieure, un tube perforé extérieur, et un tube filtrant en treillis intermédiaire, des intervalles annulaires étant ménagés entre les trois tubes, qui sont disposés concentriquement.
Dans une sonde suceuse de forage au jet de ce type, l'extrémité infé- rieure du tube de forage au jet est reliée à un siège du sabot de forage, ce siège présentant un épaulement conformé de façon à permettre à l'eau de refluer le long du filtre en treillis, afin de le maintenir dégagé pendant le forage au jet, ménageant un certain espace permettant l'écoulement de la totalité du débit de l'eau pendant le pompage. Au cours de l'opération de forage au jet, l'eau est déviée par l'épaulement à travers une chambre de clapet à bille ménagée dans le sabot, qui est pointu et muni des ajutages précités. Quand la sonde est mise en dé- pression pendant le pompage, le'clapet à bille flotte et se déplace vers le haut pour venir s'appliquer contre son siège..
Il n'est pas inhabituel' de devoir utiliser une quan- tité d'eau dépassant 1100 litres pour la pose d'une sonde su- ceuse de forage au jet à une profondeur d'environ 11' mitres au-dessous de la surface du sol. Une source d'eau est prévue habituellement sur le lieu de forage, pour la pose de la sonde
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ou des sondes Initiales, à moins bien entendu qu'un cours d'eau ou qu'une nappe d'eau existe au voisinage du chantier.
L'eau extraite du sol pour son assèchement par'la première sonde suceuse, ou bien par les premières sondes, selon le cas, est employée ensuite pour alimenter le reste des sondes suceuses prévues dans le système.
Il arrive assez souvent qu'avant d'atteindre la pro- fondeur requise lors de l'utilisation d'un tel système d'assè- chement, on rencontre dans le terrain du gravier grossier, de .l'argile dure ou des couches agglomérées compactes. Dans ce cas, on se heurte à des difficultés considérables lorsqu'on tente de traverser ces couches formant barrières, et jusqu'ici on s'est efforcé de surmonter ce problème en enfonçant les sondes suceu- ses 4 l'aide d'une sonnette. Non seulement ce mode opératoire provoque l'endommagement des sondes suceuses, mais il exige également beaucoup de temps et de main d'oeuvre, ce qui cor- respond à une dépense supplémentaire.
Le but'principal de l'invention est de créer un pro- cédé perfectionné d'assèchement du sol à l'aide de sondes su- ceuses, étudié de façon à faciliter non seulement une pénétra- tion positive à travers les couches d'argile ou les couches imperméables intercalaires rencontrées dans un terrain per- méable, mais aussi une pénétration rapide à travers une ma- tière agglomérée compacte, ce qui remédie ainsi aux difficul- tés précitées, et présentant d'autres avantages qui seront indiqués plus loin. ,
Un autre but de 1'invention est d'apporter des modi- fications aux équipaments d'assèchement existants et de créer de nouveaux dispositifs et modes opératoires permettant la mise en oeuvre du procédé perfectionné sus-mentionné.
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Le procédé perfectionné d'assèchement par sondes suceuses suivant l'invention consiste essentiellement à uti- liser un outil de' forage du sol creux, afin de faciliter la mise en place de chacune des sondes suceuses dans le sol la profondeur requise avant le pompage permettant d'extraire l'eau vers le haut à travers ces sondes suceuses.
En ce qui concerne la mise en place dans le sol de cha- que sonde suceuse, le procédé perfectionné suivant l'invention consiste (a) à introduire la sonde suceuse et sa tige montante dans l'outil creux pour le forage du sol et à les maintenir dans cet outil, (b) alors que cet outil est suspendu de façon con- venâble, à assurer sa rotation et à provoquer sa pénétration dans le sol jusqu'à la profondeur requise,(c) à libérer la sonde suceuse et sa tige montante de telle sorte qu'elles tom- bent librement par rapport à l'outil jusqu'au fond du. trou foré et (d) à extraire 1'outil de forage du sol, en laissant la sonde suceuse et la tige montante dans le trou foré.
L'outil pour le forage du sol est ensuite rechargé par l'introduction d'une autre sonde et de sa tige montante, et le cycle précité se répète.
Comme on le comprendra@ l'idée inventive consiste, au lieu d'avoir recours à de l'eau sous pression pour assurer le fonçage à travers le sol et les couches de terrain, en préparant ainsi le chemin pour la descente d'une sonde suceuse, à travers un sol pouvant être traversé aisément, comme dans le cas du procédé au jet, à utiliser un outil de forage du sol remplis- , sant une fonction analogue tout en protégeant la sonde suceuse avec la sécurité voulue pendant la plus grande partie de sa des- 'cente, et capable par ailleurs de traverser rapidement et aisé- ment même des couches d'argile et (ou) des couches intercalaires
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imperméables rencontrées dans un terrain perméable, comme indiqué précédemment.
La description qui va suivre, faite en regard des déssins annexés, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention.
La fig. 1 est une vue de profil d'un camion équipé d'un chevalement et d'un équipement de forage utilisable pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1, mais à plus petite échelle, montrant le mode d'introduction d'une sonde suceuse et de sa tige montante associée dans l'outil de forage.
La fig. 3 est une vue de profil avec coupe partielle d'une sonde suceuse et de la tige montante associée.
La fig. 4 est une vue en coupe verticale à travers l'extrémité inférieure d'une tarière creuse du type utilisé dans l'appareil de forage visible sur les fig. 1 et 2.
Les fig. 5, 6 et 7 sont des vues de détail des or- ganes utilisés pour retenir une sonde suceuse et sa tige mon- tante à l'intérieur de la tarière associée et pour permettre son éjection au moment requis.
Les fig. 8 et 9 sont des vues prises en regardant dans la direction de la flèche "A" sur la fig. l, certains organes étant supprimés, ces figures montrant respectivement l'introduction de la sonde suceuse et de sa tige montante dans le sol alors qu'elles se trouvent à l'intérieur d'une tarière creuse,et la sonde et sa tige montanteà l'intérieur su sol après l'extraction de la tarière.
Si l'on se reporte tout d'abord aux fig. 1 et 2, un camion désigné d'une façon générale par la référence 1 est
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muni vers son -extrémité arrière d'une ossature de support 2.
Un châssis 3 est monté sur l'ossature 2 par l'intermédiaire d'un axe de pivotement 4 et porte un chevalement 5. Il est prévu, entre le chevalement 5 et l'ossature de support 2, un vérin hydraulique 6 comprenant un cylindre et un piston. Ainsi, en fournissant un liquide au vérin 6 au moment requis, on peut faire pivoter le chevalement 5 pour l'amener d'une position ver- ticale dans laquelle il peut être utilisé pour le forage à une position de repos horizontale, et ce chevalement peut en outre être verrouillé dans n'importe quelle position d'inclinaison intermédials L'ossature de support 2 porte également divers dispositifs de commande classiques, des conduits, etc..., bien . que ces éléments n'aient pas été représentés pour plus de clarté.
Deux vérins hydrauliques 7 sont prévus à l'arrière du châssis du véhicule, afin de former des béquilles qui peuvent être commandées pour stabiliser ce véhicule au moment désiré.
Deux autres vérins ou béquilles de stabilisation 8 sont égale- ment prévus sur le chevalement 5 lui-même..
Un chariot 9 portant un moteur-couple hydraulique 10 est monté de façon à pouvoir se déplacer verticalement en va- et-vient à l'intérieur de chevalement 5. Ce chariot est en fait suspendu dans le chevalement par un câble relié à un ' treuil (non représenté) porté par le véhicule. L'arbre d'en- traînement ou de sortie du moteur 10 est relié à une tarife à filet continu à corps creux 11, qui s'étend vers le des à l'intérieur du chevalement 5.
Lorsque l'équipement est en service, une snnde suceuse et la tige montante associée sont introduites dans le corps creux de la tarière avant le début de l'opération da mise en place de ia sonde. Comme on peut le voir sur la fig. 2, l'in-
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troduction d'une sonde suceuse et de sa tige montante, désignées d'une façon générale par la référence 12, est effectuée alors que le chevalement 5 occupe une position 'dans laquelle il est incliné sur l'horizontale. Une fois à l'intérieur de la tarière 11, l'extrémité supérieure de la tige montante est retenue amo- viblement dans cette tarière par des moyens décrits plus loin.
On a montré sur la fig. 3 une sonde suceuse et la tige montante associée, comprenant une douille ou un raccord 13 et un sabot 14 qui sont écartés verticalement l'un de l'autre et qui sont séparés par un tube perforé 15. Un filtre intérieur 16, formé par un treillis, est placé entre la douille 13 et le sabot 14, à l'intérieur du tube 15, et un tube 17 est disposé au cen- tre de la sonde suceuse. Une tige montante 18 est reliée à l'extrémité supérieure de la douille 13 et est alignée axiale- ment avec le tube 17.
En service, la tige montante 18 est reliée à une source d'aspiration, de telle sorte que l'eau soit as- pirée à partir du sol à travers le tube 15 et le filtre 16, jusque dans l'extrémité inférieure du tube 17, à partir du- quel elle pénètre dans la tige montante 18 comme indiqué par des flèches sur le dessin.
Comme indiqué précédemment, la tige montante 18 est destinée être fixée à l'intérieur de la tarière 11 de telle sorte que l'extrémité inférieure de la sonde suceuse se trouve au-dessus de l'extrémité inférieure de la tarière, comme visi- ble sur la fig. 4. L'extrémité inférieure de la tarière 11 est initialement fermée de façon étanche, afin d'empêcher la péné- tration de la terre pendant son utilisation, par un capuchon conique creux 19 qui est articulé sur le corps de la tarière en 20 et qui est maintenu dans la position d'obturation de cette tarière par une pince élastique 21. Ainsi, ce capuchon peut
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aisément être repoussé latéralement par la chute d'une sonde suceuse qui a été libérée à l'intérieur de la tarière.
Une pastille d'impact 22 peut être prévue à l'intérieur du capu.. chon, pour empêcher l'endommagement de ce dernier par une sonde suceuse,tombant en chute libre et pour permettre sa réutilisa- tion.
Les moyens permettant d'assurer la rétention amovible d'une sonde suceuse et d'une tige montante à l'intérieur de la tarière 11 et assurant l'éjection de cette sonde au moment re- quis vont maintenant être décrits en regard des fig. 5, 6 et 7.
L'extrémité supérieure d'une tige montante 18 porte . un prolongement coaxial 23 dirigé vers le haut, ayant la forme d'une tige munie d'une tête 24 en champignon, qui peut être supportée à une distance relativement faible au-dessous du moteur-couple 10 par des verrous de retenue placés sous l'effet d'une sollicitation élastique et désignés d'une façon générale par la référence 25, ces verrous étant combinés judicieusement à la partie supérieure du corps creux de la tarière.
Un manchon de transmission rotatif 26 est claveté de façon permanente sur l'arbre d'entraînement orienté vers le bas du moteur-couple hydraulique 10, L'extrémité inférieure de ce manchon est munie d'un filetage intérieur pour,la ré- ception de l'extrémité supérieure, munie d'un filetage exté- rieur complémentaire, du corps creux de la tarière (non repré- senté sur la fig. 5).
Deux bottiers 27 diamétralement alignés font saillie radialement vers l'extérieur à partir du manchon de transmis- sion 26 et reçoivent deux poussoirs 28 soumis à la sollicita- tion d'un ressort, qui constituent les verrous de retenue 25.
Les becs ( c'est-à-dire les extrémités actives) 28a de ces
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poussoirs s'étendent normalement à travers des trous prévus dans la paroi du manchon 26 et font saillie au delà de la surface interne de cette paroi. Toutefois, ces bacs ont chacun un double profil de telle sorte que les verrous 25 puissent être repoussés latéralement par une pression verticale exercée sur eux depuis le dessus ou le dessous.
.Les extrémités actives 28a des poussoirs 28 font nor- malement saillie, sous l'effet de la force élastique exercée,, jusqu'à des positions telles qu'elles se trouvent au-dessous de là tête 24, en supportant ainsi la sonde suceuse et sa tire montante (Fig. 6). Toutefois, quand les poussoirs 28 sont dé- gagés en antagoniste à la force des ressorts, la tête 24. du prolongement de la tige montante n'est plus supportée ce qui libère la sonde suceuse et la tige montante, désignées par 12, par rapport à la tarière 11, et permet à cet ensemble d'ouvrir par impact le capuchon d'obturation précité 19 et d'être éjecté à partir de l'extrémité inférieure de la tarière.
Le prolongement 23 de la tige montante, qui est formé par une tige d'éjection, a une longueur' pouvant être réglée aisément ; on a ainsi la certitude que la sonde suceuse va être maintenue immédiatement au-déssus du capuchon d'obtura- tion étanche, malgré des variations nominales de la longueur de la tige montante, dues à des considérations pratiques.
Cette particularité permet d'utiliser, pour l'ouverture du capuchon d'obturation étanche et l'éjection positive d'un ensemble à sonde suceuse par rapport à la tarière, des moyens hydrauliques comportant des vérins à faible course. De cette manière, on évite la nécessité de prévoir un ensemble encom- brant à la tête de la sonde suceuse. Suivant le mode de réali- sation représenté, la tige 23 est filetée extérieurement et
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pénètre dans un raccord à filetage interne correspondant 29 prévu sur la tige montante 18, de sorte que cette tige peut être vissée ou dévissée par rapport à ce-raccord pour faire varier la longueur.
Toutefois, suivant une variante, le prolongement de la tige montante peut être constitué par une tige télescopi- que comprenant des éléments tubulaires engagés télescopique- - ment l'un dans l'autre, réglables axialement l'un par rapport à l'autre pour augmenter ou réduire la longueur de ce prolon- gement, suivant les besoins, le réglage étant effectué par vissage au moyen de n'importe quel dispositif convenable.
Suivant ce mode de réalisation, un dispositif d'éjec- tion à commande hydraulique est prévu pour éjecter une sonde suceuse et sa tige montante par rapport à la tarière à corps creux. Ce dispositif est étudié'de façon à agir sur la tête 24 du prolongement 23 de la tige montante, afin de' la repousser vers le bas entre les becs 28a des poussoirs 28,de façon à écarter des poussoirs et à assurer ainsi une éjection positive de la sonde suceuse et de la tige montante. Comme on'le comprendra, dès que la tête 24 a été repoussée entre les becs 28a et a dépassé ces derniers, les poussoirs 28 reviennent élastiquement dans leur position de travail normale.
Toutefois, quand l'ensemble formé par une sonde su- ceuse et sa tige montante est introduit dans le corps creux de la tarière jusqu'à la position voulue, la tête 24 repous- de positivement les becs 28a des poussoirs 28 vers le côté et menchit ces becs, ceux-ci revenant ensuite élastiquement dans la stion voulue,, au-dessous de la tête, afin de pouvoir la suppertes.
@ décrira maintenant le mécanisme d'éjection hydrod- lique.
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La paroi du manchon de transmission rotatif 26 sus- mentionné est munie sur deux côtés diamétralement opposés de deux fentes verticales 30 dont certaines-parties s'étendent . au-dessus et au-dessous des verrous 25 soumis à la sollicita- tion des ressorts. Ces fentes 30 sont parallèles à l'axe prin- cipal du corps de la tarière. Une barre de poussée horizontale 31 s'étend transversalement dans ces fentes, les extrémités opposées de cette barre faisant saillie à travers les fentes jusqu'à l'extérieur du manchon 26. Des cavités sont prévues dans les bords supérieurs de la barre 31 pour la réception de galets 32.
.Une plaque de poussée horizontale plane 33 en acier, munie d'un trou en son centre afin d'entourer le manchon de transmission 26, est supportée par deux vérins hydrauliques à double effet 34. Ces vérins sont disposés parallèlement l'un à l'autre et s'étendent vers le bas à partir de la face inférieure du chariot 9 portant le moteur hydraulique. Quand les vérins 34 sont en position rentrée, la plaque de poussée 33 repose sur les galets 32 engagés dans la barre de poussée 31 et cette dernière est à son tour placée immédiatement au- dessus de la tête 24 du prolongement 23 de la tige montante.
Lors de leur sortie en direction du bas, les vérins exercent simultanément une même pression sur la partie supérieure de cette tête, par l'intermédiaire de la plaque 33 et de la barre de poussée sous-jacente 31. En conséquence, quand cela est né- cessaire, les vérins 34 sont actionnés comme décrit pour re- pousser la tête 24 portée par le prolongement 23 de la.tire montante et la faire passer entre les verrous de retenue 25.
L'ensemble formé par la sonde suceuse et la tige montante tombe alors sur le capuchon d'obturation étanche 19, le repousse
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.sous l'effet du choc et est éjecté hors du corps creux de la tarière. ' ..
Le procédé perfectionné faisant l'objet de l'invention sera maintenant décrit.
Le premier stade consiste à introduire un ensemble 12 comprenant une sonde suceuse et une tige montante dans le chevalement 5 alors que ce dernier se trouve dans une posi- tion inclinée comme décrit précédemment et à assurer le main- tien de la tête 24 portée par le prolongement 23 de la tige montante au moyen des verrous 25. Quand cette opération a été effectuée, le chevalement 5 est amené dans sa position verti- cale et les béquilles de stabilisation 7 et 8 sont sorties.
Le moteur 10 est alors actionné et le chariot 9 est déplacé progressivement vers le bas le long du chevalement , au fur et à. mesure que la tarière fore le sol, jusqu'à ce que la profondeur requise soit atteinte.
A ce moment, le moteur 10 est arrêté et le chariot 9 est rappelé en arrière sur une courte distance dans le che- valement, pour permettre la commande des vérins 34 afin de libérer la sonde suceuse et la tige montante 12 par rapport à la tarière 11. En tombant, la sonde suceuse repousse laté- ralement le capuchon 19 et tombe ensuite jusqu'au fond du trou creusé par la tarière. Cette condition est représentée - sur la fig. 8.
Le chariot 9 est ensuite rappelé en arrière vers le haut le long du chevalement 5 en utilisant le treuil précité, ce qui extrait la tarière et laisse la sonde suceuse et la tige montante 12 dans le sol comme visible sur la fig. 9. La tige montante 18 peut ensuite être reliée à un collecteur pour assurer l'assèchement du sol.
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On constate qu'une tarière à filet continu à corps creux entraînée positivement en rotation du type représenté put forer le sol jusqu'à une profondeur 'maximum d'environ 7 mètres au cours d'une opération continue, les éléments de coupe trempés ou traités de la tarière assurant une pénétra- tion rapide dans du gravier grossier, de l'argile dure ou des couches agglomérées.
Pendant la mise en place de chaque sonde suceuse, la rotation de la tarière ou de l'autre outil de forage peut être interrompue avant de libérer la sonde par rapport à l'outil, ou bien dans le cas d'une technique utilisant un enrobage par du sable afin de produire un écran de sable autour du treillis de la sonde suceuse en vue d'empêcher l'ex- traction de fines par rapport au terrain, après la libération de la sonde suceuse par rapport à l'outil et l'extraction ou le dégagement ultérieur partiel de ce dernier par rapport au trou foré.
Ainsi, un tel processus d'enrobage par du sable peut être adopté par exemple quand des vases à grain fin sont as- séchées. Ce processus peut s'effectuer comme suit :Après la libération d'une sonde suceuse par rapport à une tarière à filet continu, on relève cette dernière de 90 cm environ par rapport au fond du trou foré et on interrompt ,sa rotation.
Du sable sec, ayant une grosseur du grain comprise entre 0,60 et 0,20 mm par exemple, est alors introduit dans la tarière à corps creux par sa partie supérieure, avant d'interrompre la rotation. Lorsque la tarière est relevée, le sable tombe en cascade autour de la sonde suceuse par suite de la rotation produite, en remplissant l'espace annulaire ménagé entre la paroi du corps creux de la tarière et la sonde et en créant
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ainsi un filtre ou écran de sable.
. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine 'des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention.