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CA 02268352 1999-04-08
WO 98116691 PCTIEP97/05225
JOINT D'ETANCHEITE POUR PALPLANCHES
La présente invention concerne un joint d'étanchéité pour palplanches.
Les palplanches sont des profilés métalliques ayant des géométries plus ou
moins complexes (par exemple palplanches en Z, en U, plates ou des
assemblages en caisson), qui sont assemblés pour constituer des parois
continues appelées rideaux. Des assemblages de palplanches sont utilisés plus
spécialement lors de travaux de fouilles, de construction de barrages, de
bassins
de retenue d'eau, de confinement de terrains pollués etc., pour retenir le sol
et
dans une certaine mesure également l'eau.
Sur les chantiers, les palplanches, qui sont souvent assemblées deux à deux
(jumelage) en usine par des machines appelées enfileuses, sont enfoncées dans
le sol par battage, par vibration, ou par des presses pour former une paroi
métallique du fait de l'enclenchement mutuel de leurs serrures ou griffes. Un
certain jeu au niveau des serrures doit permettre un enclenchement aisé des
palplanches lors de leur assemblage, ce qui constitue naturellement une source
de fuite.
A partir du moment où l'on requiert pour le rideau de palplanches une
étanchéité, qu'elle soit complète ou qu'elle soit la plus efficace possible,
il faut
prévoir des mesures supplémentaires d'étanchéité pour les serrures.
On a essayé de rendre les rideaux de palplanches étanches,
consécutivement à leur battage, soit en soudant les palplanches les unes aux
autres, soit en injectant sous pression une masse d'étanchéité dans les
interstices
des serrures, comme décrit dans la demande de brevet allemand publiée sous le
No. DE-OS-21 40 250.
Ces deux procédés ne sont toutefois applicables que si l'une des deux faces
du rideau de palplanches reste accessible.
Si le rideau de palplanches n'est pas accessible, on peut procéder comme
décrit dans la demande de brevet allemand publiée sous le No. DE-OS-21 42 957
et injecter dans une serrure des palplanches, à même le chantier, avant le
battage
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une masse qui est appliquée à l'état liquide et qui se solidifie sous forme de
mousse à consistance élastique.
Alternativement on peut se conformer à la demande de brevet allemande
DE-AS 27 22 978 selon laquelle on constitue un joint dans la serrure à
enfiler, en
y injectant un produit approprié, généralement du polyuréthane, et en
égalisant ce
produit au moyen d'un dispositif mobile pour lui conférer la forme désirée.
Les joints d'étanchéité mentionnés ci-dessus ont le désavantage de ne
présenter que peu de résistance aux sollicitations lors de l'enclenchement et
notamment au cisaillement. Lors de l'enfoncement des palplanches les serrures
frottent l'une contre l'autre et le joint d'étanchéité peut être détruit,
localement du
moins, par rabotage du joint.
La mise en oeuvre de ces joints à base de polyuréthane nécessite en
général une préparation poussée de la serrure. En effet, il est souvent
nécessaire
de nettoyer la serrure par sablage et d'appliquer un produit améliorant
l'adhérence
du joint sur l'acier. Malgré toutes ces précautions, des palplanches
comprenant ce
type de joints ne peuvent pas être enfoncées par vibration car les joints
seraient
trop fortement endommagés lors de l'enfoncement.
Le but de la présente invention est de proposer un produit pour rendre
étanches les serrures de palplanches, qui soit à la fois sûr au point de vue
environnement et qui résiste bien aux sollicitations lors de l'enclenchement.
Ce but est atteint par l'utilisation d'un produit paraffinique pour rendre
étanches des joints de palplanches.
L'utilisation suivant l'invention d'un produit paraffinique est avantageuse
car
ce produit est inerte et ne rejette pas de composants nocifs dans
l'environnement.
Vu sa consistance et sa bonne déformabilité plastique, le joint en produit
paraffinique n'est pas susceptible d'être détruit lors de l'enclenchement des
palplanches. II résiste mieux au cisaillement et aux autres sollicitations
lors de
l'enclenchement que les joints en polyuréthane.
L'étanchement des serrures de palplanches à l'aide de produits paraffiniques
est plus simple qu'avec du polyuréthane car il n'est pas nécessaire de sabler
la
serrure ni d'introduire un produit améliorant l'adhérence entre l'acier et le
joint.
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De plus, les joints en produits paraffiniques sont beaucoup moins chers que
les joints en polyuréthane.
Pour étancher les serrures de palplanches, on utilise depuis très longtemps
des masses de colmatage à base de bitume. Ces produits présentent en général
une résistance acceptable au cisaillement. Cependant, un des désavantages de
ces produits d'étanchëité est que lorsqu'ils sont utilisés en contact avec des
nappes phréatiques, certains composants nocifs peuvent être libérés dans
l'environnement.
L'utilisation de produits paraffiniques dans la fabrication des joints
d'étanchéité pour les serrures de palplanches offre plusieurs avantages par
rapport à l'utilisation de produits à base de bitume.
La plasticité et la déformabilité à froid du produit paraffinique sont
nettement
supérieures à celles des produits à base de bitume. Ces propriétés ont été
confirmées lors d'essais d'enclenchement des palplanches.
Les produits paraffiniques présentent un pouvoir lubrifiant supérieur aux
produits bitumineux, c.-à-d. que les palplanches comprenant un joint en
produits
paraffiniques s'enclenchent en général plus facilement : la force nécessaire
pour
jumeler deux palplanches étanchées avec un produit paraffinique est inférieure
à
celte qui est nécessaire pour jumeler des palplanches étanchées avec un
produit
bitumineux.
Les joints en produits paraffiniques ne sont pas dégradés par des huiles
minérales contrairement aux joints en produits bitumineux. La résistance des
joints en produits paraffiniques au pétrole et/ou à l'essence est nettement
supérieure à celle des joints en produits bitumineux.
La température d'application des produits paraffiniques est nettement
. inférieure à celle des produits en bitume. En effet, il suffit de chauffer
les produits
paraffiniques à des températures inférieures à 140°C tandis que les
produits
bitumineux doivent être chauffés à environ 200°C. A ces températures,
les
produits bitumineux ont tendance à dégager des odeurs désagréables et une
surchauffe peut en outre produire des fumées nocives.
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Pendant l'enclenchement des serrures, une certaine quantité de produit
d'étanchéité est éjectée de la serrure et doit être enlevée manuellement. Les
produits paraffiniques s'enlèvent par raclage avec un outil, et la finition de
la
surface se fait aisément à l'aide d'un solvant à base d'hydrocarbures
aliphatiques
tel que le produit "Premium Degreaser" de la firme Texaco. La quantité de
produits paraffiniques éjectée est moindre et ils se répartissent de façon
plus
homogène dans la serrure. L'aspect esthétique d'un rideau de palplanches
comprenant des joints en produits paraffiniques est par conséquent nettement
meilleur que celui d'un rideau de palplanches comprenant des joints en
produits
bitumineux.
En cas de réutilisation des palplanches, les serrures doivent en général être
nettoyées complètement.
Dans un tel cas, les joints en produit bitumineux doivent être enlevés au
chalumeau, tandis que les joints en produits paraffiniques s'enlèvent tout
simplement par raclage et éventuellement à l'aide un solvant.
Un autre avantage des produits paraffiniques est qu'ils restent homogènes
même à haute température. Dans le cas des produits à base de bitumes, on
observe parfois un raidissement local des joints en produits bitumineux qui
est dû
à des inhomogénéités. Ces raidissements peuvent conduire à des difficultés
d'enfilage des palplanches. Dans de tels cas, il faut pratiquer un léger
chauffage
de la zone récalcitrante afin de faciliter le jumelage des palplanches.
Un autre avantage réside dans le fait que les joints en produits paraffiniques
peuvent être colorés dans la masse en ajoutant un colorant ou bien des
pigments
colorés aux produits fondus.
Le joint en produits paraffiniques peut être appliqué en usine ou bien sur le
chantier avant l'enclenchement des palplanches.
Selon un premier mode de réalisation avantageux, les produits paraffiniques
utilisables pour rendre étanches des serrures de palplanches présentent un
point
de goutte compris entre 100 et 140°C mesuré selon la norme ISO 2176
avec un
appareil Mettler FP5/53.
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De préférence, les produits paraffiniques présentent une pénétration de cône
comprise entre 20 et 50 mm/10 déterminée selon la méthode ASTM D937/58 ou
équivalente p.ex. NF T60-119.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, les produits paraffiniques
utilisables pour l'étanchement de serrures de palplanches présentent une
résistance à la pression hydrostatique d'au moins 0,12 bar/mm, de préférence
d'au moins 0,22 bar/mm.
Pour déterminer la résistance à la pression hydrostatique, un échantillon
circulaire d'épaisseur connue est introduit dans un oedomètre et vissé dans un
manchon métallique. II est soumis à une pression hydrostatique comprise entre
0
et 3,5 bar. La pression est mesurée par un manomètre. L'essai s'arrête à la
ruine
mécanique de l'échantillon.
Dans une exécution préférée, le produit paraffinique comprend au moins
50% de cires de paraffines.
Les produits paraffiniques utilisables pour l'étanchement de serrures de
palplanches peuvent également comprendre des huiles minérales, des agents
d'adhérence, des antioxydants et/ou d'autres additifs usuels.
D'autres caractéristiques de l'invention sont décrites, à titre non limitatif,
dans
les exemples.
Différents produits ont été testés et les performances de ces produits ont été
comparées.
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Tableau 1: Produits testés
Produit Composition
Beltan bitume + graisse
Soprema bitume lastoplastique
Biguma bitume lastomre
Paraf paraffine
Différents tests ont été effectués pour vérifier
~ l'application des produits dans les serrures de palplanches
~ les performances physiques
~ le comportement vis-à-vis de différents produits chimiques
Les essais en relation avec l'application du produit sont destinés à évaluer
les
conditions d'application du joint et son comportement dans les serrures durant
la
période qui précède le battage. La température de fusion et la fluidité du
produit
ont été contrôlées. L'aptitude à l'application sur l'acier porté à des
températures
comprises entre -10 °C et 70°C, l'adhérence sur des surfaces
sèches ou humides
ainsi que la capacité du joint à supporter la pluie et les U.V. pendant le
stockage
sont contrôlées. Les résultats sont repris dans le tableau 2.
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Tableau 2 : Application des différents produits
ProduitT de ViscositAptitude Comportement
mise du suivant au
l'tat
de
la
surface
de
(acier
en oeuvreproduit lors stockage
de
(application
l'application
(
~)
-10C 25C 70C humide sous U.V.:
la
pluie
Beltan170 liquide OK OK OK OK OK OK
Soprema200 assez OK OK OK OK OK OK
liquide
Biguma170 liquide OK OK OK OK OK OK
Paraf 120 trs liquideOK OK OK OK OK OK
Les performances physico-chimiques des joints ont également été testées.
Ces tests physico-chimiques ont porté sur la résistance des joints à la
pression
d'eau, sur la consistance du produit en position verticale lorsqu'il est
soumis à des
températures allant jusqu'à 80°C, et sur la compatibilité avec divers
agents
chimiques.
Tableau 3: Tests physico-chimiques
ProduitRsistanceConsistanceTenue en Rsistance
position chimique
la du produitverticale
chauffe
pressionsolidifi
(bar/mm)
T max. avantpH pH eau huileptroleessence
la 2 12 de
ruine mer
Beltan0,08 mi-dur 70 B B B MO MA MA
Soprema>0.22 dur, 80 B B B MO MA MA
lastique
Biguma0,19 mi-dur,80 B B B MO MA MA
lastique
Paraf 0,22 assez 70 B B B B MO MO
tendre
B= bon , MO = moyen, MA = mauvais
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Afin de déterminer si les joints rejettent certains produits toxiques
lorsqu'ils
sont en contact avec de l'eau, des échantillons présentant une surface de
contact
identique ont été soumis pendant 48 heures au contact de l'eau selon la
méthode
DIN 38414-S4. Les concentrations en plomb (Pb), en produits aromatiques
polycycliques (PAH) et la somme de cinq produits aromatiques volatils (BTEX) -
le
benzène, le toluène, l'éthylbenzène, le m-p-xylène et le o-xylène - selon la
méthode DIN 38407 ont été déterminées. Les résultats sont repris dans le
tableau 4.
Tableau 4: Rejets toxiques des joints de palplanches
Produit Pb (~,g/I) PAH (~.g/I) BTEX (~.g/I)
Beltan <1 0,4 <0,1
Soprema <1 0,3 <0,1
Biguma <1 <0,1 <0,1
Paraf <1 <0,1 <=0,1
limites autorises40 0,2 30
Seulement deux des quatre produits réussissent le test.
Les limites autorisées sont celles imposées par la législation de l'état
allemand de Bayern dans son ouvrage "Altlastenleitfaden für die Behandlung von
Altabiagerungen und kontaminierten Standorten in Bayern" publié par le
Bayrisches Staatsministerium für die Landesentwicklung und Umweltfragen en
1992.
La tenue des joints dans les serrures pendant l'enclenchement des
palplanches a été examinée sur une ligne de jumelage classique. Le but des
essais était d'étudier l'adhérence et l'effet lubrifiant des produits ainsi
que les
éventuels problèmes de bourrage.
Les essais ont été réalisés avec des palplanches AZ 18 de 6 m de longueur.
Avant l'application des produits, une serrure de chaque palplanche a été
préparée
selon les recommandations décrites dans "Le rideau de palplanches étanche"
publié par l'International Sheet Piling Company S.à r.l. (Luxembourg) en 1993.
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Pour ces essais une seule des deux serrures a été remplie de produit
d'étanchéité.
Les produits ont été chauffés jusqu'à ce qu'ils soient liquides et ont été
coulés dans les serrures pour former un joint d'une épaisseur comprise entre 4
et
8 mm. Le tableau suivant résume les caractéristiques importantes relatives à
l'application des produits, notamment la température de fusion, la viscosité
du
produit fondu, les fumées émises par les produits lors du réchauffement et une
appréciation de la qualité du joint appliqué dans les serrures.
Tableau 5 : Comportement des produits à chaud
Produit T de fusionViscosit Fumes Apprciation
~~
Beltan 160-180 assez fluidemoyennes assez bonne
Soprema 160-180 assez fluidemoyennes assez bonne
Biguma 180-220 assez pteuseimportantesassez mauvaise
Paraf 120-160 fluide absentes bonne
Les essais d'enclenchement ont été effectués sur une ligne de jumelage
classique et se sont déroulés en deux temps:
- les trois premiers mètres de chaque palplanche ont été enclenchés en
marche manuelle, c.-à-d. à vitesse lente de façon à pouvoir apprécier
l'adhérence du produit dans la serrure;
- les trois derniers mètres ont été enclenchés en marche automatique à 0,8
m/s pour pouvoir mesurer la force nécessaire à l'assemblage et par
conséquent évaluer le degré de lubrification de chaque produit.
Les résultats de ces essais sont résumés dans le tableau 6.
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Tableau 6: Aspect des joints après enclenchement
Produit tat du remplissagepressionapprciation
joint
Beltan cisaill bon 120 bonne
Biguma cisaill bon 120 bonne
Soprema dchirure bon >170 mauvaise
Paraf racl bon 120 bonne
La façon dont le produit excédentaire est éjecté hors de la serrure dépend
de la souplesse du produit. S'il est dur, il se déchire, s'il est tendre, il a
plutôt
tendance à être raclé. En général, on a observé que l'évacuation du produit
excédentaire se fait essentiellement au devant de la palplanche qui
s'enclenche.
Elle rabote en quelque sorte le surplus de produit.
Les essais ont montré qu'il n'était pas possible d'enclencher les palplanches
comprenant le produit "Soprema". Ce produit était apparemment trop dur et
bloquait l'opération d'assemblage.
