Essai d’aptitude à grande échelle pour la résine synthétique URETEK

Articles techniques

Le procédé URETEK Deep Injections® permettant la consolidation et l’augmentation de la portance des sous-sols de fondation grâce à l’injection de résine expansive a été développé et breveté par la société URETEK. Le matériau d’injection URETEK Geoplus® est utilisé avec succès depuis plusieurs années dans de nombreux pays européens. La société URETEK Injektionstechnik GmbH de Vienne a demandé à l’institut Austrian Institute of Technology GmbH d’effectuer une comparaison technique entre la documentation existante et les résultats issus d’une étude sur le terrain.
Des essais d’injection à grande échelle ont été effectués en 2009 et 2010 avec les résines d’injection de la société URETEK sur le terrain de l’institut Austrian Institute of Technology GmbH (AIT). L’objectif de ces essais était de démontrer l’efficacité des matériaux d’injection de la société URETEK en utilisant des méthodes d’évaluation géotechniques conventionnelles. Les essais choisis prévoyaient des sondages par battage avec des sondes légères DPL, des mesures de la densité et de la teneur en eau au moyen de sondes isotopiques, la détermination du coefficient de défor­mation dynamique avec une plaque de charge dynamique ainsi que l’exécution d’essais de charge avec une plaque de charge circulaire (DN 600 mm).

Mise en place et déroulements des essais

Les essais ont eu lieu sur trois types de sols naturels différents, sans injection (terrain de référence) et avec injection. La comparaison entre les résultats obtenus, avec et sans injection, devait permettre de prouver l’efficacité, ou plus exactement l’action positive sur le sous-sol du matériau d’injection.

Tous les essais ont été clairement définis et effectués dans des conditions reproductibles (densité, teneur en eau, degré de compression) afin de pouvoir garantir une comparaison appropriée des résultats. L’un des sols naturels choisis était un sol non cohésif et ébouleux (pierres de Leitha) et les deux autres cohésifs (tegel et loess). Les essais d’injection ont eu lieu dans trois conteneurs cylindriques en béton (anneaux de puits) remplis avec les trois substrats naturels cités.

Chaque conteneur a été rempli d’un volume de matériaux d’environ 2.40 m3 ; tous les substrats naturels ont été préparés de la même manière (densité et teneur en eau), aussi bien pour les essais d’injection que pour les essais en terre de référence.
Pour les essais de charge, un aboutement de charge constitué de deux poutres d’acier vissées l’une à l’autre à l’aide de barres d’acier a été construit et monté en alternance sur chaque conteneur. La mise sous charge du sol s’est faite avec une plaque de charge de 60 cm de diamètre et un vérin pneumatique hydraulique adapté ainsi qu’une presse à main.  L’enregistrement des tassements obtenus suite à la mise sous charge a été effectué avec des horloges de mesure de déplacement.

Avantages de ce procédé

  • Conditions-cadres clairement définies
  • Sols homogènes avec des paramètres clairement enregistrables (densité, teneur en eau)
  • Expertise possible sur l’ensemble de la zone compressée
  • Essais en parallèle sur différents types de sols, mais sur un seul site (trois conteneurs les uns à côté des autres avec des types de sols différents)

Objectifs des essais

  • Détermination des paramètres géo­techniques de base des sols minéraux soumis aux injections à l’aide des méthodes d’essais conventionnelles (sondage, détermination de la densité)
  • Détermination du comportement à l’affaissement sous différentes charges appliquées
  • Comparaison  du comportement à la déformation entre les sols soumis aux injections et les sols non soumis aux injections, tout en ayant des conditions-cadre bien définies et un déroulement identique de la mise sous charge
  • Détermination et comparaison du co­efficient de déformation (Ev) dans les sols avec et sans injections.

Résultats

Les résultats des essais de charge montrent clairement l’action positive de la résine expansive Geoplus® injectée puis durcie sur le comportement à la déformation ainsi que sur la portance des différents types de sols testés.

Sols non cohésifs

Pour les sols non cohésifs et ébouleux (pierres de Leitha) testés, les injections ont permis de réduire considérablement les tassements lors de la charge simulée sur les fondations. La courbe charge – tassement est clairement plus plate. La ligne de décharge est presque horizontale et montre ainsi qu’il s’agit de déformations plastiques et qu’une compression et décompression élastique de la résine expansive n’a pas lieu. La zone d’injection mise à nu montre que le matériau d’injection a pénétré totalement dans les cavités, ce qui a conduit à la formation d’une structure de sol de type conglomérat. La propagation de la résine s’est faite sur une grande surface et de manière régulière.

Sols cohésifs

Pour les sols cohésifs testés (tegel et loess), l’injection a permis également de réduire considérablement les tasse­ments lors de la charge simulée sur les fondations. Par ailleurs, la portance a été également fortement améliorée. Ceci est clairement visible lorsque l’on regarde les lignes de tassement de charge du sol de tegel. Le tegel n’ayant pas été soumis aux injections montre une portance limite d’environ 200 kN/m2, alors que le tegel soumis aux injections avec la résine Geoplus® affiche une valeur maximale de 400 kN/m2. La résine forme, au sein du tegel, un réseau de fines lamelles. Ce réseau lamellaire permet, d’une part, un compactage local du sol près des lamelles et, d’autre part, son renforcement par l’effet de cette structure lamellaire.

Sols en loess

En raison de leurs couches plus meubles, les sols en loess sont un cas particulier. Dans ce type de sol n’ayant pas subi d’injection, la portance limite est atteinte dès les premiers niveaux de charge. Dans ces mêmes sols ayant subi des injections, il est possible d’appliquer une charge pouvant atteindre 100 kN/m2 tout en ayant encore des tassements supportables. Ceci représente une très grande amélioration de la portance tout en réduisant fortement les tassements pouvant survenir.

Sols cohésifs - Loess : test de charge Courbe charge - tassement pour le loess
Analyse du sondage dans le loess avec des pénétromètres légers
Expansion de la résine au niveau des points d’injection
Zoom sur la zone d’injection dans les pierres de Leitha
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