Le guide de conception relatif à l’étude de mesures d’amélioration des sols de construction au moyen d’injections de résine polyurétane expansive, doit offrir aux ingénieurs civils, architectes, professionnels de la construction, géologues et géotechniciens, des instructions pour l’étude et l’exécution de leurs travaux. Le guide permet, dans la phase d’avant-projet déjà, d’évaluer si la méthode URETEK peut être mise en oeuvre et, d’autre part, si les processus dans le sol peuvent être mieux cernés sur la base d’une injection de résine polyurétane.
Le guide de conception pour l’amélioration des sols par l’injection de résine polyurétane (PUR) expansive a été traduit de l’italien en allemand (existe aussi en français). L’objectif principal du livre est de mettre à disposition des concepteurs de mesures d’amélioration des sols, grâce à la méthode URETEK, une base de travail ainsi que des instructions pour leur permettre de prédimensionner individuellement de telles mesures.
Déroulement du travail
Les propriétés physiques et mécaniques du PUR ainsi que ses domaines d’application généraux sont décrits en introduction dans le guide. Les domaines et possibilités d’application géotechniques de la méthode URETEK sont multiples. Pour exécuter les injections à une profondeur donnée, la résine PUR est injectée à l’état liquide dans le sol à consolider par des tubes d’injection introduits dans des petits forages d’un diamètre maximal de 30 mm, préalablement forés. La résine PUR injectée gonfle alors fortement et agit de manière à compacter le sol environnant, ce qui permet une augmentation de la portance du sol. Dans les sols à grains grossiers (sables et graviers), l’injection PUR traverse les volumes des vides et il se crée un conglomérat monolithique avec des propriétés mécaniques plus importantes (figure 1), par contre les pores des sols cohérents à grains fins (argiles et limons) ne sont pas traversés mais il se forme un réseau à mailles serrées et lamellaire semblable aux racines d’une plante (figure 2).
Possibilités d’application
L’augmentation de la portance ou l’amélioration du sol d’infrastructures existantes destinées à être surélevées, pour permettre une densité d’utilisation plus importante ou un changement d’affectation, sont des exemples de possibilités de mise en oeuvre pour des injections plus profondes dans le sol. Une autre application est la sauvegarde d’immeubles présentant des dégâts dus à des tassements. L’injection de résine PUR à certaines profondeurs peut permettre une stabilisation du sol ou de compenser des tassements différentiels par le relevage des fondations (figure 3). La stabilisation ou le relevage de bâtiments au moyen d’injection de résine PUR peut présenter une alternative moins onéreuse que la reprise en sous-oeuvre conventionnelle.
La procédure et les effets sont semblables pour les injections proches de la surface du sol. Les possibilités de mise en oeuvre peuvent pourtant être considérablement élargies. Il est possible, par exemple, d’améliorer des routes par une stabilisation ou de relever des couches de fondation de routes (coffrages), couche de couverture comprise. La stabilisation de culées de ponts et de murs de soutènement est également possible par des injections de résine PUR dans le sol. En outre, l’injection de résine PUR dans des sols se contractant ou gonflant (argiles) permet de réduire la perméabilité hydraulique. Il en résulte des déformations différentielles plus faibles et donc moins de dégâts (fissures) aux infrastructures ou bâtiments existant.
Avantages
Les avantages principaux de la méthode URETEK par rapport aux mesures conventionnelles d’amélioration des sols ou de reprise en sous-oeuvre de bâtiments sont une courte période de travaux et une intervention constructive minimale. Pour introduire les tubes d’injection, des trous d’un diamètre maximal de 30 mm sont forés par la fondation. Ceux-ci peuvent également être exécutés à l’intérieur de bâtiments et provoquent peu de dérangements. Dans la plupart des cas, seuls des travaux d’excavation peu importants sont nécessaires, par exemple lorsque il faut ajuster des conduites de services dans une cave à la suite du relevage d’un immeuble ou placer les presses plates d’assistance (figure 4). L’élimination simple de tassements différentiels qui peut être réalisée également sous les murs intérieurs d’une cave ou au milieu de la dalle de fondation présente bien des avantages. L’élimination des mêmes dégâts est beaucoup plus compliquée et onéreuse par une méthode classique de reprise en sous-oeuvre par micro-pieux. Les injections de résine PUR expansive permettent, outre d’augmenter la portance du sol, de diminuer la perméabilité de celui-ci. A cause de tous ces nombreux avantages la méthode URETEK est une alternative attractive pour l’amélioration de sols de construction ou pour des relevages de bâtiments.
Théorie de la fissuration
Dans le guide, plusieurs des multiples domaines d’application cités ci-dessus sont étayés dans les chapitres suivants par des modèles théoriques et numériques (figure 5). En particulier, les conditions aux limites de la théorie de la fissuration, appliquée pour les relevages d’immeubles, sont décrites en détail. Dans la plupart des cas, les bâtiments à relever sont fondés dans des conditions de consolidation normales du sol de construction avec un coefficient de poussée des terres au repos de K0 < 1.0 (K0 = contrainte horizontale/contrainte verticale). Dans ces conditions, une première série d’injections de résine induit, à une profondeur déterminée, la création de fissures en direction verticale. L’expansion de la résine conduit à une augmentation des contraintes horizontales à l’endroit du sol injecté et une deuxième série d’injections permet alors la formation de fissures dans le plan horizontal. La formation de ces fissures provoque ainsi le relevage des fondations du bâtiment.
Des exemples numériques d’injections de résine PUR expansive dans des sols à grains grossiers et dans des sols à grains fins sont présentés à la fin du guide.
Assurance qualité du guide
Le «Kompetenzzentrum für Kunststoffe im Bauwesen (KIB)» (centre de compétence pour matières synthétiques dans la construction) de la HSR Hochschule für Technik de Rapperswil a été mandaté par URETEK Schweiz AG pour procéder à l’assurance qualité de la traduction de l‘italien en allemand du guide. Parallèlement, une collaboration active existe depuis un certain temps dans Ra&D, Recherche appliquée et Développement. D’autres informations relatives au centre de compétence se trouvent sous www.kib.hsr.ch.
Christian Bommer, MSc ingénieur civil,
directeur KIB
