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y. IAGOLNITZER A. MONNET R. KATZENBACH Bachy,. TH Darmstadt (Allemagne) La prat

y. IAGOLNITZER A. MONNET R. KATZENBACH Bachy,. TH Darmstadt (Allemagne) La pratique de l'injection solide L'injection solide, technique d'amélioration de sol utilisée depuis une quinzaine d'années en France, est basée sur l'incorporation dans le sol sous haute pression d'un mortier mi-sec. S'engraissant en masse sans imprégner ni claquer le terrain, le mortier refoule le sol environnant et en améliore ainsi les caractéristiques géotechniques. Réalisées à partir de forages de petit diamètre par passes en remontant, des inclusions de mortier sont formées, dont la répartition en maillage apporte une amélioration supplémentaire. L'étendue des possibilités d'application est très vaste, puisque l'injection solide est envisageable dans tous les sols compressibles des sables aux argiles. Les types d'application comprennent aussi bien les reprises en sous-œuvre et réfections de fondations de toutes natures, que l'amélioration de portance, le traitement de terrains karstiques, ou la réduction du potentiel de liquéfaction. Compaction grouting practice Ü Compaction grouting, a soil improvement method that has been ~ used for the past 10 years 10years in France, is based on the +J incorporation of a low water content mortar in the ground .B under high pressure. Growing as a mass without impregnating « or fracturing the soil, the mortar displaces the surrounding soil and thus improves its geotechnical properties. From small diameter holes and staging upwards, mortar columns are formed, their distribution in a regular pattern bringing an additionnaI improvement. The broadness of the application field is very large, as compaction grouting may be envisaged in aIl compressive soils ranging from sands to clays. The applications include underpinning and stabilisation of aIl types of foundations, as well as bearing capacity improvement, treatment of karst terrains, or lowering of the liquifaction index. 13 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE N° 75 2etrimestre 1996 14 1 Introduction On ne présente plus aux États-Unis l'injection solide, devenue presque traditionnelle à la suite de près de cinquante ans d'expériences positives et générali- sées. Née et développée dans le sud-ouest des États- Unis à la fin des années 40, cette technique d'améliora- tion et de renforcement des sols lâches, basée sur l'incorporation de mortier sous haute pression, comp- tait déjà en 1975 plusieurs centaines de chantiers réus- sis (Bowen, 1975). En 1989, lors du tremblement de terre de Loma Prieta qui ébranla San Francisco, aucun désordre n'est reporté sur les 200 à 300 structures ayant auparavant fait l'objet d'un traitement par injection solide (Graf, 1992). A l'origine, l'injection solide permettait de stabiliser et remettre à niveau des fondations d'ouvrages ayant subi des tassements différentiels. Par rapport à l'injec- tion classique, elle assurait un meilleur contrôle de la localisation du matériau et par conséquent une meilleure maîtrise du traitement et de ses effets. L'éventail des applications s'est par la suite largement étendu, en grande partie grâce à l'adaptabilité de la technique, tant aux conditions de sol qu'aux éventuelles structures existantes. Introduite dans notre pays par la société Bachy en 1983, l'injection solide a donc douze ans d'expériences en France, où elle fait encore partie des cc techniques nouvelles )). Malgré les succès qu'elle remporte dans ses appli- cations, la généralisation de la technique en France et en Europe est relativement lente. Les deux raisons principales en sont les suivantes: • La première concerne les pays francophones. Il est clair que l'existence de cinq appellations différentes pour une technique nouvelle est un frein à son déve- loppement. En effet, alors que la dénomination améri- caine compaction grouting est unique, simple et sans équivoque, ce que nous appelons cc injection soldie)) ou cc compactage par injection solide )) est appelé par Solé- tanche cc compactage statique horizontal )), et en amal- game proposé par le CEBTP, cc le compactage statique horizontal par injection solide )) abrégé CSHIS (ainsi que cc compactage statique par injection solide horizon- tale )) ! ; enfin, on trouve le terme américain utilisé entre guillemets, ainsi que sa traduction littérale: injection de compactage. Les références bibliographiques sont dif- ficiles à rassembler, l'idée que l'on se fait de la tech- nique est nécessairement floue. Il est temps aujourd'hui de faire un choix. Puisque Bachy, dans ses priorités de recherche, a réservé à l'injection solide ces dernières années une place importante et parce que le terme cc injection solide)) est à la fois simple et imagé, même s'il ne contient pas la notion de cc compactage )), c'est ce dernier que nous proposons. • La deuxième raison concerne l'ensemble de l'Europe. Tous les aspects de la technique sont aujourd'hui encore empiriques, aucune forme de régle- mentation ou de recommandation, ni américaine, ni française ni européenne n'existe à ce jour. Or, lorsqu'une technique cc marche )), mais qu'elle n'est pas étayée scientifiquement, même si les mécanismes de fonctionnement semblent avoir été percés, elle n'est pas toujours assez convaincante. L'expérience rem- place ce manque de support scientifique, encore faut-il avoir accès à cette expérience. En France, les maîtres d'œuvre et d'ouvrage sont parfois ouverts aux tech- niques nouvelles, et il faut ici saluer leur courage et leur esprit d'innovation. C'est ce qui a permis le développe- ment de l'injection solide en France, outre, bien sûr, les éléments nouveaux et intéressants qu'elle apporte, qu'ils soient d'ordre économique, technique, environ- nemental ou écologique. Dans d'autres pays, où une technique doit, pour être mise en œuvre, posséder un cadre normatif régissant dimensionnement, exécution et contrôles, comme c'est le cas en Allemagne par exemple, l'injection solide ne pouvait voir le jour, ... alors que certaines entreprises allemandes ont déjà utilisé la technique à l'étranger! Un vaste programme de recherche, soutenu par la Commission des communautés européennes a été lancé sur ce sujet, dans le cadre d'une collaboration entre l'entreprise Bachy et l'Institut de géotechnique de l'Université de Darmstadt (Allemagne). L'objet de cet article n'est pas de traiter tout le problème, mais d'en poser les bases en présentant un état de l'art de la pra- tique de l'injection solide. En essayant de dévoiler les hypothèses des mécanismes implicites qui la sous-ten- dent, il vise donc à décrire la technique telle qu'elle est pratiquée aujourd'hui et s'appuie, lorsque c'est néces- saire sur son histoire. Après avoir présenté le principe de l'injection solide, l'équipement et la mise en œuvre seront exposés. On abordera les sols et les types d'application, illustrés d'exemples de réalisations amé- ricaines et françaises. •• Principe et mécanismes L'injection solide a tout d'abord été utilisée dans la remise à niveau de structures. C'est en comparant les volumes de mortier incorporés à ceux strictement nécessaires aux relèvements obtenus que l'on a pris conscience qu'un certain volume de mortier avait refoulé et donc compacté le sol environnant. Le prin- cipe de l'injection solide était né. A un niveau de traitement élémentaire, l'injection solide consiste donc à incorporer dans le sol un mor- tier suffisamment sec et frottant pour forlner une masse homogène qui s'engraisse tout au long de l'incorporation. Il n'y a pas de mélange entre le maté- riau et le sol, mais une interface nette. Le mortier ne remplit pas les pores du terrain, ne le claque pas, mais le refoule. Le sol est densifié par compaction. Cette philosophie est née dès les premières applica- tions de remises à niveau de structures, qui prohibaient tout soulèvement brutal, donc tout claquage. Mais de manière générale, l'absence de claquage est justifiée par la recherche d'une maîtrise de l'injection: l'ouver- ture de claquages entraîne la perte du contrôle de l'injection. La localisation du mortier n'est plus certaine, des résurgences et des soulèvements peuvent se pro- duire. Ces derniers nécessitent l'arrêt immédiat de l'injection, aucun compactage supplémentaire ne pou- vant plus être obtenu. C'est la qualité et l'efficacité du traitement qui sont alors remises en cause, car l'arrêt de l'injection se produit en général avant qu'il ait été possible d'injecter les quantités nécessaires au com- pactage désiré. D'autres philosophies, qui atteignent globalement le même objectif de compaction, se sont développées REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE N° 75 2e trimestre 1996 15 domaine plastique t domaine matériau pseudo· élastique Effet de compactage du sol par engraissement d'une boule de mortier. Compactive effect through a growing mortar body. En fait, ces phénomènes s'expliquent simplement par les principes de base de la mécanique des sols: si l'on considère un petit volume de sol à la périphérie d'un forage et sa déformation après incorporation de mortier, il paraît clair que ce volume de sol, extrême- ment étiré, est dans un état plastique. Les déformations diminuant avec la distance du point d'injection, il arrive une distance à partir de laquelle les déformations ne sont plus plastiques, mais élastiques. Le sol à la péri- phérie de la boule de mortier est en rupture jusqu'à une certaine distance du point d'injection, où il est donc le siège de cisaillements importants. Une explication de la formation d'une zone de moindre densité à la périphérie de la boule de mortier peut être touvée dans le phénomène connu de la dila- tance, du moins dans les sols granulaires: tous y sont en effet sujet, si la contrainte de confinement est suffi- samment faible, or l'injection solide s'applique juste- ment aux uploads/s3/ injection-au-sol.pdf