traitement de la fondation des barrages par injection

7/24/2019 Traitement de La Fondation Des Barrages Par Injection

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ENSIT TANGER

MODULE BARRAGES

Conception, tude et construction des barraes

ANNEE 2015

Mr. Ibrahim HARRAK,Ingnieur dEtat en Gnie Civil de lEHTP,

Ingnieur travaux de lamnagement du barrage Kharroub dans la Wilaya de TangerAuteur chez ditions universitaires Europennes

Traitement de la fondation des barrages : technique delinjection

ENST ! "#cle ng$nieur! 5eme ann$e %$nie ci&il


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2

"ha'itre 1 : %$n$ralit$s


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3

Linjection a pour but dtancher ou de consolider les milieux solides poreux et permables tels que les

roches fissures, les sables, graviers et alluvions et les maonneries dfectueuses.

Les sables fins ! difficilement injectables "aonnerie dfectueuse ! utilisation de faibles pressions par risque de dformations excessives

semblable # celle des sols $existence de joints dgarnis de mortier et de vides de cailloux%, tr&s

difficile # rgnrer si le liant du mortier nest pas totalement limin.

'oches (arstiques ! remplissage et non pas injection ) la techniques des ranges *+ utilises pour

tancher les roches fissurs ne suffit pas. -n a souvent recours # injecter plusieurs gammes de

coulis pour viter les cheminements trop lointains ou le dlavage par les eaux souterrains $exemple !

bton, gravettes, coulis ternaires%.

'oches fissures ! faut considrer le nombre et louverture des fissures mais aussi la qualit de la

roche !

'oches poreuses fissures $gr&s fissur% ! cette porosit fait intervenir une 'erm$abilit$ en

'etit qui 'eut 'ro&oquer un ass(chement du coulis circulant dans les fissures.

'oches tanches fissures ! cest la permabilit en grand qui conditionnement lcoulement

dans les fissures.

Les essais Lugeon dans les formations fissurs raliss # lintrieur des forages, en complment de la

reconnaissance par puits, galeries et tranches $couteuse et longue% permettent dapprhender ltat de

fissuration de la roche et les possibilits de circulation des eaux.

Lessai Lugeon consiste # noter les dbits absorbs # paliers de pressions croissantes et dcroissantes dans

une poche de forage de m&tres de longueur, chaque dbit tant maintenu durant /0 minutes. 1 )* +

1litre,minute,m(tre de forage sous une 'ression de 10 bars-


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1

u dessus de / L linjection est inutile pour le barrage dune hauteur suprieure # 30 m&tres. 4n dessous de

cette hauteur la limite est porte # 3 L. Linterprtation des essais tient compte du colmatage des l&vres

des fissures recoupes par la perforation.

Le colmatage correspond # une augmentation de la pression # dbit constant, le dbourrage correspond #

une chute de pression # dbit constant )

Les courbes des essais sapprochant dune droite relativement linaire # h5strsis et # ouverture

relativement importante, correspond # un coulement laminaire propre aux fissures fines.

*es courbes des essais sa''rochant formant une mont$e e.'onentielle serr$e 'r$sentant un 'ic

'rononc$ corres'ond / un $coulement turbulent 'ro're au. fissures ou&ertes-

ne correction des pertes de charges induites par les conduites est ncessaire pour linterprtation des

courbes.

+i la pression de /0 bars nest pas atteinte !

Le crit&re Lugeon 6 0,/ L 7mn7m sous / bar )

-u on extrapole le diagramme linairement jusqu# /0 bars.


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Les essais deau sont toujours raliss avant linjection dune passe. Le nombre dL dune passe est

corrlable # son absorption en ciment. ne telle relation permettrait de dgager ltat de fissuration de la

roche et les absorptions prvisionnelles # son tanchement ) 8ependant elle reste difficile # tablir sauf en

cas de fissures douverture constante.

+ols pulvrulents ! alluvions sablograveleuses, nids de cailloux du bton , les restes dun mortier

dcompos

Le pourcentage des vides varient de 20 # 3 9, alors que dans une roche tr&s fissure il est de 39.

8es vides sont de tailles variables et tr&s tourments $on fait appel parfois au coefficient de

tortuosit, intitule dans les injections%. La morphologie des pores provoque la dilution du coulis au

cours de linjection ou une imprgnation non compl&te de tous les vides dont la granulomtrie est

tr&s variable. -n se contente alors par la dfinition de la permabilit du sol, qui donne une ide sur

la taille des pores prdominante, # laide de lessai de pompage ou de lessai L4:';8.

Lessai Lefranc consiste soit en une injection deau soit en un pompage, il donne une permabilit locale

$sph&re de 0 cm de diam&tre pour un forage de /00 mm, faible ra5on daction donc faut multiplier les

forages pour dtecter les htrognits% contrairement # lessai de pompage qui donne une permabilit

mo5enne. Les rsultats sont peu fiables, ils peuvent conduire # conclure que linjection est intitule ou que

pour la faire faut utiliser des produits chimiques alors quun coulis argile ciment pourra suffire. $+ous

estimation de la permabilit%.

$t$rog$n$it$ des allu&ions :


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%. La permabilit verticale est donc

diffrente est toujours infrieure # la permabilit hori?ontale.

Les dp=ts noirs $ox5de de mangan&se% et jaunes $ox5des ferriques% tmoignent de la circulation des eaux.

La faible paisseur des couches de gravier ouvertes, dans lesquelles la circulation hori?ontale des eaux est

facilit, rendent tr&s difficile la mesure de la permabilit par des dispositifs simples $Lefranc par exemple%.

ne courbe granulomtrique thorique de couches superposes peut @tre # laide de la loi de leffet

proportionnel de ABC' reprsente sur un graphe gaussologarithmique$les grains sont dposs en

fonction dun effet proportionnel au diam&tre des grains%.

*rendre la courbe granulomtrique et la reprsenter sur un graphique gaussologarithmiquesi 5 a

alignement des points sur une droitealors lchantillon prlev suit la loi de ABC'on peut comparer

la courbe thorique et relprdire la granulomtrie dautre chantillons.

Le calcul de permabilit thorique se fait # laide de la formule de Do?n5 # partir de lindice des vides n, de

la surface spcifique en cm27cm3 et dun facteur de forme des grains $tous estimables # partir de la courbe

granulomtrique%. 8ette permabilit est confronte aux rsultats des essais deau. 4n gnrale la

permabilit mesure est tr&s suprieure # la permabilit calculela formation est htrog&ne est

poss&de une structure ouverte.

La loi des effets proportionnels permet de reconstituer les lments du mlange, surtout lorsque la courbe

granulomtrique prsente un palier prononc.

La loi de Do?n5 applique # chaque constituant permet dvaluer leur proportionnalit # partir des rsultats

de lessai de pompage qui donne la permabilit hori?ontal en grand.

ne mthode plus simple consiste # quiper un forage de reconnaissance avec un tube crpine sur toute sa

hauteur, le pompage ou linjection deau dans ce puits filtrant permet de dceler les hori?ons les plus

permables. 8eci permet dadapter la nature du coulis et dvaluer les absorptions prvisionnelles.


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E

rofondeur de la reconnaissance :

ne parafouille sous un barrage sans consid$ration de r$duction de d$bitde fuite sera gouverne

principalement en termes de profondeur par des conditions de stabilit. Fans le cas oG on recherche #

tancher et rduire au minimum les dbits, la 'rofondeur des reconnaissances est fonction des terrains

rencontr$s et ne 'eut 'as tre d$finie / la&ance-

our un $tanchement on se bas sur le crit(re *ugeon-

*our le barrage Hoover, la profondeur des injections a t dtermine par des statistiques. pr&s la mise en

eau, le volume des fuites a conduit # une augmentation de la profondeur du voile dtanchit, ces derniers

tra&au. ont $t$ conduits on se basant sur la qualit$ des carottes e.traites-

Le barrage comporte deux vacuateurs de crues en tunnel, un dans chaque rive $;evada et ri?ona% et 1

tunnels dalimentation, deux de chaque rive infrieur et suprieur.

l arri&e que les essais deau indiquent une diminution de la 'erm$abilit$ / une certaine 'rofondeur! 'uisune augmentation en dessous- l faut orienter les reconnaissances 'our d$terminer la continuit$ de cet

hori3on moins 'erm$able et $&aluer les fuites en su''osant que le &oile sarrte l/-

*a consolidation dune roche tr(s fractur$eou dun sol pulvrulent $pas pour amliorer sa portance mais

pour faciliter la ralisation des fouilles% peut se faire facilement # laide de linjection. *a 'rofondeur du

terrain / consolider est a''r$ciable / laide de la formule de 4)SSNES6 qui traire la dissi'ation des

contraintes-


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I

"ha'itre 2 : *es coulis et l$coulement en cours dinjection


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J

"oulis liquides! silicates de soude, pntrabilit semblable # leau.

8eci dit, linjection des vides tr&s petits est difficile $argiles ou silts%.

*our les sables fins, ils ont une bonne permabilit # leau et les coulis visqueux sont onreux #

utiliser.

"oulis instables :les suspensions de ciment sont composs de flocons et non pas de grains isols.

Le comportement en termes de pntrabilit vis#vis de la taille des vides est affect $formation

des voKtes et blocage du mouvement du ciment%. Fans les sables les suspensions de ciment ne

vont pas tr&s loin, la dilution amliore la porte de la pntration.

Bl ne suffit pas que la dimension des grains soit plus petite que celle du vide le plus petit pour que

linjection soit possible $faut viter la formation des flocons et des voKtes% )

Le phnom&ne des voKtes et techniquement rsolu par linjection des coulis ars $bulles dair en

suspension%.

Linstabilit est lie aussi au phnom&ne de la sdimentation # lintrieur des conduites dinjection !

pour chaque coulis , il existe une vitesse limite dcoulement # partir de la quelle il 5 a apparition de

la sdimentation.

Les conduites utilises dont linjection, sont de petite taille $ne pouce%, pour augmenter les

vitesses dcoulement et viter la sdimentation et lobturation des conduites. *ar contre, les *F8 5

sont signifiants.

La sdimentation soppose # linjection des sables contrairement aux fissures ouvertes des rochers,

ceci risque dlavage # part.

*es coulis stables :

*ermet dviter le dlavage, la sdimentation et la formation des voKtes.

-n peut assister # un phnom&ne de sparation de phases entre les grains dargile et de ciment au

cours de linjection $plus g@nante pour une consolidation que pour un tanchement% )

*imites dinjectabilit$ : m'r$gnation

Les mulsions de bitume # suspension de rsine sont les plus fluides, les silicates deviennent plus

visqueux avec ladjonction du ractif et aussi avec lavancement de la prise.

"iment Argile7ciment argile

gel de silice $mulsion de bitume7r$sine

l sagit de confronter : 8imensions des &ides &s grains en sus'ensions

Le ra5on h5draulique de la section offerte # coulement dune structure granulaire !

r + 9n, 217n; S;

"e squelette sera injectable 'ar un ensemble de grains de diam(tre d si : d


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/0

La formule de (o?n5 ! > + 4 -n9S217n;2;

Bl vient que d,4N;;?0!5

*our des sables et graviers, n varie peu, sa racine varie encore moins, donc comme approximation !

d


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//

M la densit en g7cm, t le temps dcoulement secondes apr&s vacuation de 0,J L.

*our un c=ne de volume $en dm3%, et douverture dorifice - $en mm%, la viscosit en $m*as% est donn par

!

M la densit en (g7m3, t le temps dcoulement secondes apr&s vacuation de 0,J L.

)ne &iscosit$ ma.imale de 95 secondes au cCne de Darsh dou&erture @!5 mm est g$n$ralement

'rescrite-

Ecoulement en cours dinjection :

Dilieu. 'ul&$rulents : fissures fines dou&erture constante et dans les allu&ions

Lcoulement est laminaire. *our les coulements deau, la viscosit varie peu avec la temprature, elle est

intgre avec la notion de permabilit (. elle na un sens que lorsque la temprature constante puisquealors la viscosit est constante. 8est le dbit de percolation par unit de section pour un gradient de /. (

varie inversement avec la viscosit, comme le dbit. 1 8arc# + 1075 m,2, cest la limite de linjectabilit$.

> + >o- &o,&

La viscosit des coulis $suspensions de mati&res colloNdales% &arient a&ec le tem's et a&ec la &itesse de

l$coulement. jeune Oge le coulis de comporte comme un fluide ;ePtonien, avec le temps le

comportement tend vers le binghamien pour le quel la viscosit est fonction du tau de cisaillement. titre

dexemple, si on se base sur la viscosit au c=ne de "arsh, la permabilit >+0!1>o'our un coulis de

&iscosit$ de 25 secondes-

NFE"TN EN D*E) EBDEA4*E D%ENE ET STBE

+i dans de tels milieux de permabilit (, on ralise une cavit soumise # une pression constante *-

n coulement 'adial se produit. -n a donc !

o7'ression la ca&it$ a&ant injection; + 6-d$bit dinjection;-G'oids s'$cifique du coulis;,"->;

8 un coefficient dpendant de la forme de la poche dinjection $la source%, pour une sph&re de ra5on ro ! "+

@-9! 1@-ro

Bnjection de leau et r6/0 cm, 86/,2


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/2

o7 + 0!- 6,>o;

8oulis de viscosit 2 s

7o + 1!2- 6,>; = 1!2-6-&;,Ho-Io;+ 1!J-6,>o;

*augmentation de la 'ression en fonction du d$bit est doubl$e en 'assant de leau au coulis-

*es d$bits 6 &arient de 0!9 / 1 litres, minute on 'eut donc 'r$dire la 'ression n$cessaire / linjection

dun milieu de 'erm$abilit$ donn$e et de la com'arer au. seuils admissibles afin de ne 'as d$sorganiser le

terrain- =! se fi.er un d$bit limite de lo'$ration dinjection afin de ne 'as d$'asser une 'ression limite-

*e tem's n$cessaire 'our faire 'ar&enir le coulis / une distance B ra#on daction; :

6+n-@-9!1@-r2-dr,dt

t+@-9!1@-n-B97ro9;,96;

T+ @!1K-n-B9

,6

Au bout de 1 heure! le ra#on daction nest que de 1!10 m(tre

Etant donn$ que la &iscosit$ du coulis augmente a&ec le tem's sa 'rise 'eut se faire en moins dune

heure;! lim'r$gnation du terrain au7del/ dun tout 'etit &olume entourant la 'oche 'eut n$cessiter des

'ressions $le&$es-

Si lon &eut im'r$gner tous les &ides du terrain! il faut ra''rocher les 'oints dinjection condition 'as

im'$rati&e 'our le &oile d$tanch$it$ mais 'our la consolidation;-

NFE"TN EN D*E) EBDEA4*E ETEB%ENE

8omme cest le cas pour les alluvions constitus dune superposition de couches de sables et de graviers de

permabilits tr&s disperses$ou dans les milieux feuillets%. +i la poche dinjection intercepte plusieurs

hori?ons, le coulis simpr&gne dabord via les milieux les plus permables$les passages moins permables

jouent le r=le dune paroi semitanche oG la migration du coulis est tr&s limite%. ne fois ces milieux

injectes, ils deviennent plus tanches et jouent # leur tour le r=le dune paroi tanche permettant

dimprgner les passages moins permables. 8ette opration ncessite parfois le recours # un arr@t7reprise

dinjection apr&s un certain temps dattente. Lobjectif tant de ne pas mettre # une grande pression

$ncessaire pour faire circuler le coulis dans les hori?ons moins permables% les volumes consquents

absorbes par les passages permables $risque de dsorganisation du terrain%. Fans les cas de figure,

lcoulement est plan.

4n gnral, la longueur des tranches dinjections est dtermine de sorte # des hori?ons homog&nes $pertes

deau, passages tr&s fractur, passages # roches tendres ou granulaires, ?ones # ouvertures de fractures tr&s

rduites>.% afin d5 adapter le processus dinjection $t5pe de coulis, fluide ou visqueux, pressions dinjection,

volumes limites dabsorbation, interprtations du serrage du terrain, ncessit dune rinjection apr&s

arr@t>.%.


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/3

Lormule de 8))T :

o7 + 6-G-&;,2-9!1@->o-&o-e;;MlnB,ro;

e paisseur de couche suppose constante. 4t ' le ra5on daction $/ # 3 m&tres%.

our une mme 'erm$abilit$ $le&$e une seule fissure dou&erture $le&$e ou une s$rie dou&ertures

$qui&alentes;! linjection 'eut n$cessiter le recours / des 'ressions $le&$es en cas d$'aisseurs r$duites-*injection des couches tr(s 'erm$ables! / $'aisseurs faibles! 'eut n$cessiter des 'ressions $le&$es n

ne 'eut diminuer les 'ressions quon diminuant la &iscosit$ du coulis 'ossibles que dans certains

limitesO; ou les d$bits dinjection tr(s on$reu.;O* LA)T 8N" 6)E*6)ES LS A8DETTBE 8ES

BESSNS 8NFE"TN E*EIEE-

Le temps dinjection est donn par !

t+9!1@-n-e-B27ro2;,6;

*lus lpaisseur de la couche est petite, linjection sera rapide $# dbit constant%. Linjection des milieux

htrog&nes $coulement plan% est plus rapide que linjection des milieux homog&ne $coulement radial%.

Les considrations prcdentes supposent que le coulis chasse devant lui leau du terrain sans aucune

possibilit de mlange $ceci nest possible que si la tension superficielle terraineaucoulis est suffisante pour

lemp@cher%. *our les sols granulaires, le coulis circules dans des passages privilgis autour des gros grains

en se diluant au passage. Bl faut alors injecter un volume de coulis nettement suprieur au volume des vides

pour que cette dilution devienne ngligeable.

4n gnral, la dilution du coulis saccompagne dune augmentation du temps de prise et dune diminution de

la viscosit ! # la priphrie du volume inject, il existe une ?one de transition moins bien inject> en contre

partie le volume du terrain touch par linjection augmente.


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/1

8e phnom&ne explique la tenue des sables fins fins vis#vis de linjection $il ne sont pas imprgnes mais

simplement resserres%..ussi, la composition minralogique et chimique de leau de la nappe peut affecter

quelques caractristiques du coulis $rigidit, temps de prise>.%.

NFE"TN A) ISNA%E 8)NE ABS ETAN"E!

Lexprience montre que linjection # partir dun forage situ # quelques m&tres dune parfois tanches

$palplanche ou parois btonne% provoque des rsurgences de coulis au contact de cette parois. 8e fait

sexplique par lexistence dune pression h5drostatique non nulle au contact de la paroi $constituant avant

la rsurgence une ligne de courant% en lappu5ant sur les alluvions situs derri&re $et par suite de leur

compressibilit% let en la faisant reculer. Les alluvions situes devant non pas tendance # suivre ce

mouvement puisque la pression de courant les resserre parall&lement # la paroi. n passage privilgi

samorce et une rsurgence apparait. partir de ce moment, lcoulement change totalement daspect, elle

correspond au cas oG le forage fictif vacue un dbit gal # Q $avec p tant la pression qui assure

lcoulement de la rsurgence%. la rsurgence une fois amorce, na aucune raison de sarr@ter tant que

linjection continue.

Bl suffit donc de quelques hori?ons tr&s permables pour amorcer cette rsurgence. La solution tant

darr@ter linjection d&s lapparition de la rsurgence, laisser le coulis faire sa prise et rinjecter. chaque

rsurgence le phnom&ne rapparaitra jusqu# ce que la compressibilit des alluvions derri&re la paroi soit

puise $ceci risque d@tre fort long%. ne autre solution consiste # injecter simultanment # partir des deux

forages situs de part et dautre de la paroi, qui na aucune raison de se dplacer puisque lquilibre des

pressions est tabli. Le seul inconvnient de cette mthode est davoir # injecter un terrain qui na pas lieu

d@tre inject $on peut songer # 5 injecter de leau, mais ceci reste encore onreux pour la ralit des

chantiers%.


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/

Ecoulement en cours dinjection : fluide non neGtonien dans des fissures

Linjection dun coulis dans une fissure douverture constante correspond # un coulement plan. Bl est

possible de supposer que la viscosit du fluide nest pas une constante, mais dpend du tau de cisaillement !

% + & -dI,d3;a

Fonc pour un coulement laminaire de dbit Q, dans une fissure douverture e injecte # partir dun forage

de ra5on roet de pression po, la pression * # la distance ' est donne par !

o7 + &,17a;M6,@'i;M1P2a;,a-2,e;1P2a-B17a7ro17a; P G,@g;-1P2a,1P9a;-62,'i2-e2;M1,ro271,B2;

Le premier terme correspond aux pertes de charges par frottement et le second # la variation de 4c due #

lcoulement radial. 8e dernier terme peut @tre nglig vu que sa variation est tr&s troite lorsque a varie de

0 # linfini.

8onc 'our un $coulement 'ermanent, et pour des conditions locales donnes $B! ro! e connues% la 'ression

dinjection d$'end de :

*e d$bit dinjection

*e 'oids s'$cifique du coulis

*a loi r$gissant la &iscosit$ & et a;

utrement dit, lors de linjection dun coulis stable dont la viscosit est indpendante du temps, la pression

dinjection est une fonction directe du dbit. Fbit constant 6 pression constante.


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/>en

3

4n pratique, une permabilit de /00 L $tr&s leve% peut @tre due # une seule fissure de 0, mm ou # une

centaine de fissures de 0,/ mm, qui sont en pratique non injectable avec des suspensions de ciment

$permabilit leve, et faible absorption%.

ne corrlation absorption en eau et en coulis, si elle existe elle sera propre # un site donne et ne peut

@tre extrapole # dautres conditions. Les forages de contr=le sont utiles pour dceler lexistence de ?ones

finement fissures # permabilit L leve mais qui na pas t inject par des suspensions de cimentil

faut alors passer # des coulis tr&s pntrant ra''ort 6, bien d$finie;-

njection des coulis instables dans une fissure :

4n dessous dune certaine vitesse dcoulement critique, les particules en suspensions de dposent et la

conduite sobstrue. 8ette vitesse critique est dautant plus grande que la concentration en solides est leve.

La vitesse minimale de transport sans dposition est calculable # laide du mod&le empirique d-'-+(' 4

'B; !


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/I

-G d est le diam&tre des particules $valu # d0%, g lacclration de la pesanteur, s densit $poids

spcifique des particules7poids spcifique du fluide porteur%, 8v concentration volumtrique $exprime en

ration%, 'H ra5on h5draulique, F diam&tre de la conduite, Mldensit du fluide porteur $Dg7m3%, mu la viscosit

du coulis $pa.s%, x distance hori?ontal du point de dcharge.

Vs densit des particules solides, MP densit de leau, M densit du coulis.

4quation de Sasp et al !

*our tenir compte de la rugosit des parois de la conduite ! quation de 8olebrooD Shite

-G fd est le coefficient de frottement de Farc5, Ds rugosit des parois, 'e nombre de 'e5nold.

+i le coulis est pais, le terrain absorbe mal, et pour faire un tanchement correct il faut alors rapprocher

abusivement les forages. +i le coulis est peu dos, on nobtient jamais el refus.

Les essais ont montr que des grains de 0,0 mm, tr&s voisins du diam&tre max du ciment, se dposent # des

vitesses de 3 # 1 cm 7s alors quil fallait des vitesses de 20 # 30 cm7s pour remettre ne suspension le dp=t.

Linjection dun coulis instable nest quun rembla5age h5draulique.

Les premiers grains dposs, essentiellement situes au niveau de la paroi infrieure de la conduite

circulaire puisque la vitesse est parabolique, provoque un ralentissement de la vitesse et le prolongement du

dp=t vers laval puis vers lamont jusqu# arriver au forage. La section dcoulement est rduite


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/J

suffisamment pour rduire le dbit de la pompe et augmenter la pression. 8e remplissage nest pas parfait, il

reste toujours des interstices permettant lcoulement du coulis. "ais sous leffet de la pression dinjection

louverture de la fissure # augmenter $quelques soit louvertures initiale de la fissure, et pour des pressions

dinjection habituels, laugmentation de louverture est facilement de lordre de quelques mm%. Lorsque

linjection est arr@te, la fissure # tendance # reprendre son ouverture initiale ! les deux parois de la fissure

compriment alors le dp=t de ciment et la fissure est parfaitement obture. Les grains sapposant # cette

reprise mettent le rocher en serrage $sorte de prcontrainte%. 8eci explique pourquoi arr@te # une certaine

pression de refus peu @tre reprise # une pression suprieure $en ouvrant davantage la fissure%.

*our des terrains # faible coefficient dlasticit $roches argileuses% on peut reprendre linjection par une

pression voisine de cette de refus et injecter une grande quantit de ciment.

Le phnom&ne de bourrage7dbourrage se manifeste par une chute presque de la pression dK au

dplacement des dp=ts de ciment vers laval $soit la paroi est trop lisse, soit il sest dpos # lamont dun

rtrcissement que la pression # ouvert%.

ression dinjection :

njection dune fissure unique :la pression qui tend # ouvrir une fissure peut @tre obtenue en supposant que

la pression mesure dans le forage au droit de la fissure sexerce sur une cercle dont le ra5on est de '71 #

173 $' le ra5on daction de linjection%.+i la pression est peu profonde et parall&le # al surface du sol,

laugmentation de la pression peut conduire au soul&vement du terrain.

*our un terrain de poids spcifique 2 7m3, et pour une fissure de profondeur /0 m&tres $'61m%, la pression

de soul&vement est /< bars. *our une profondeur de 20 m&tres, cette pression est de E0 bars.

*our un ra5on r61 m&tres !

Bocher / E + 20 %'ace qui est tro' 'our un rocher fissur$;! une 'ressions de 50 bars ou&re la

fissure de 2!5 mm-

our une argile ou massif sableu. dE+0!2 %'a! une 'ression de 10 bars ou&re la fissure de 5 cm- l

est 'robable / ce moment l/ que le ra#on daction B s$tend / 10 m(tres et donc lou&erture 'asse

/ 12!5 cm-


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20

-n dit quil 5a contre pression quand, en arr@tant linjection, le manom&tre ne revient pas # ?ro. Bl suffit

alors douvrir un robinet de dcharge pour que le forage dbite du coulis qui sest accumul dans une fissure

que linjection # largie. Le coulis est refoul # lextrieur par llasticit du terrain ou encore par le poids des

terres. +i le coulis est dune nature quil puisse se rigidifier pendant linjection, la contre pression na plus

lieu. La fissure reste remplie de coulis et conserve louverture qui lui a donn linjection. La fortecompressibilit des argiles $jouant le r=le dun accumulateur de pression% qui permet une grande ouverture

des fissures ou des claquages dus # linjection, donne # cette derni&re un grand ra5on daction. Bl peut en

rsulter des consquences graves si les conditions gologiques s5 pr@tent $soul&vements, rsurgences...%.

La limitation des pressions dinjection ne correspond pas s5stmatiquement # une scurit, il faudrait pour

cela que les conditions gologiques s5 pr@tent. 8est tr&s rare et on risque donc, on limitant # priori les

pressions dinjection # une basse valeur, dinterdire des traitements corrects $laugmentation des pressions

dinjection ne peut pas compenser leffet dune pression dinjection leve%>

Les r=les de pressions leves !

4lles facilitent lexpulsion des eaux en exc&s contenues dans le coulis, cest un correctif # lerreur

ventuelle de dosage )

ugmente ladhrence du coulis aux pontes et vite le danger dune prise en magma plus ou moins

boueux )

4largissement des fissures trop troites )

ugmente la pntrabilit des grains de ciment en distance )

8ration de nouvelles fissures suivant les plans de diaclases au travers du quel la circulation deau

sera limite par de fortes pertes de charges.

8est dans les phases suprieures des roches # stratification hori?ontale que lon ne cherchera pas #

atteindre de fortes pressions $risque de soul&vement ou de rsurgence par claquage vertical%. *ar ailleurs, il

n 5 a rien # redouter.

*our des roches fissures # une permabilit de quelques units lugeaon, linjection de coulis # /0/ ou 20

bars de traduit par un refus immdiat, les grains de ciment sorganisent en filtr # lentre de chaque fissure.

lors que laugmentation de la pression conduirait # des absorptions non ngligeables. -n dit dans ce cas

que la pression claque le terrain, alors quen gnrale les fortes pressions ne font quouvrir les fines fissures

existantes ce qui permet le passage des grains ce ciment. *our un rocher finement fissur, linjection nest

possible sous basse pression que par utilisation de ciment de mouture fine, alors que laugmentation des

pressions permet douvrir ces fissures et linjection devient possible avec un ciment normal.


21/144

2/

*our une consolidation il faut terminer le traitement avec les pressions les plus fortes possibles, quitte #

arr@ter temporairement la premi&re phase des injections d&s que les rsurgences apparaissent.

Lexprience montre quon procdant de cette mani&re le rocher se mette progressivement en

prcontrainte, les fissures souvrent de plus en plus difficilement et finalement les pressions de refus sans

rsurgence augmentent jusqu# la valeur dsire.

*ar contre, pour un tanchement on est devant un dilemme. :auttil # tout prix remplir les fissures de

ciment ou au contraire peut on ne rien faire et estimer que la faible permabilit mesure avec lessai

Lugeon est amplement suffisante.

*ors de l$tanchement de la fondation dun barrage! en 'ense en g$n$ral que si lessai *ugeon donne une

faible 'erm$abilit$ a&ec une 'ression ma.imale $gale / la charge de la future retenue! il est inutile

dinjecter-

"eci d$note dune grande m$connaissance des $coulements souterrains- A&ec lessai deau on a un

$coulement radial! la 'ression ma.imale mesur$e dans le forage d$croissent tr(s ra'idement a&ec ladistance! alors que lorsque lou&rage sera en ser&ice! on aura un $coulement 'arall(le totalement

diff$rent de celui de lessai et sans doute 'lus d$fa&orable- En ninjectant 'as on 'eut a&oir des fuites 'lus

im'ortantes que 'r$&u- 8un autre cot$ linjection dun tel rocher a&ec des 'ressions de refus tr(s $le&$es

risque de conduire / des absor'tions consid$rables 'lusieurs tonnes de ciment 'ar m(tre linaire de

forage; qui est tout / fait inutile 'our un $tanchement-

our $&iter cet incon&$nient! il faut a'r(s a&oir d$termin$ la 'ression qui 'ermet linjection! ado'ter une

'ression de refus l$g(rement su'$rieure : 5 bars 'ar e.em'le- Ainsi on est assur$ de rem'lir les fissures

tout en limitant les absor'tions- "eci interdit de fi.er une fois 'our toute la 'ression de refus! il faut la

d$terminer 'our chaque 'asse-

ression de refus + 'ression de '$n$tration du coulis dans les fissures P qlqs bars selon les absor'tions-

A&ec mise en 'lace de re'(res de soul(&ement;-

Bnjection dun coulis stable ! La compressibilit du terrain permet dexpliquer pourquoi linjection dun coulis

instable permet provoque un bon remplissage des fissures , elle permet aussi dexpliquer pourquoi il est

impossible dtancher correctement un rocher fissur avec un coulis stable ne faisant pas prise durant

linjection ! # larr@t de linjection la fissure reprend son ouverture initiale en chassant le coulis. 8omme les

coulis cimentargile ne sont pas parfaitement stables, il se produit une lg&re ressue avant la prise, cest

suffisant pour que ltanchement ne soit pas parfait. 8est le principal inconvnient des coulis stables # prise

lentebesoin de rinjection pour aboutir # un resserrement.

Les coulis *repaDt permettent de compenser par gonflement, se manifestant presque intgralement avant la

prise, la sdimentation des coulis instables. insi il est possible dinjecter en une seule fois les rocher

fissures. "ais il est bien vidant quil existe # la fois des fissures fines et dautres plus largement ouvertes et

le coulis cheminera en prfrence dans ces derniers. Les quantits de coulis tant s5stmatiquement

limites, les fissures fines seront mal injectes. 8est pour cette raison quil est prfrable dinjecter dabords

un coulis stable cimentargile puis un coulis instable.


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22

NFE"TN 8E *)S)EBS LSS)BES :

Linjection est gnralement plus complique en prsence de fissures multiples. *our le cas de plusieurs

fissures # ouverture constante, linjection est analogue au traitement dun milieu pulvrulent. Bl est plus

facile puisque les fissures ont des ouvertures constantes. Fes coulis instables peuvent @tre utiliss.

*our des fissures non identiques, situes dans des plans parall&les. La pression dinjection est la m@me #

lentre de chaque fissure, cest celle rgnant dans le forage. u dbut, le coulis pn&tre dans toutes les

fissures, il est vident quil pn&tre plus loin dans les fissures les plus ouvertes $les pertes de charges 5 sont

moindres et les pressions sont donc plus leves%. +ous cette pression au niveau des fissures ouvertes $oG le

coulis pn&tre plus loin et plus facilement%, le terrain entre les fissures de comprime et les fissures fines se

referment. +eules les fissures plus ouvertes sont injectes.

*ar suite de linjection, les fissures ouvertes deviennent analogues aux autres. insi dautres fissures fines

douvrent et sinjectent # leur tour. 8ette ouverture peut provoquer un dbourrage du coulis inject

initialement dans ces fissures. Bl en rsulte une chute de pression dans le forage. Les fissures initialementouvertes et remplies partiellement du coulis se referment leur parfois peuvent m@me venir au contact des

dp=ts de ciment. 8eci provoque une obturation totale des fissures et m@me une prcontrainte du rocher.

insi les fissures sont obturs successivement les grosses puis les fines.

Les fortes pressions permettent douvrir les fissures fines et de les injecter m@me ceux initialement trop

fines pour le passage des grains de ciment. 8eci est important du fait que plusieurs fissures fines peuvent

avoir une permabilit # leau analogue # quelques fissures ouvertes isoles facilement tanchables # basses

pression. 4t contrairement # ce que lon pense, ceci nentraine pas une augmentation consquentes des

volumes absorbes vu la finesse de fissures.

our des fissures reliant des fissures hori3ontales identiques : les fissures verticales ou inclines sont le

si&ge dun coulement des fortes pressions vers les basses pressions $ascendant ou descendant%. Les fissures

verticales recoupent les fissures hori?ontales # une m@me distance # partir du forage, donc il 5 a galit des

pressions # leurs bouts donc un coulement nul. Les fissures inclines recoupent les fissures hori?ontales #

des distances diffrentes des forages, donc les pressions # leurs bouts sont diffrentes ce qui donne

naissance # un coulement suivant le gradient de pression. 8e raisonnement est valable en cas de fissures

hori?ontales identiques.

Les fissures inclines peuvent plus ou moins @tre fermes par la pression qui r&gne dans les fissures

hori?ontales. Leur tanchement est donc mauvais. Le coulis 5 parvient apr&s avoir parcourus une distance

dans les fissures hori?ontales et donc apr&s avoir perdu en pression. -; 8-"*'4;F donc pourquoi il est

primordial de disposer les forages de sortes # recouper le s5st&me de fissuration principal et pourquoi il

nest pas possible dtancher totalement une roche fissurs quelques soit lcartement des forages.


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23

BESSN 8E BEL)S 8NFE"TN 8)N ")*S NSTA4*E :

*our un coulis instable $pratiquement un fluide ;ePtonien%, lcoulement dans une fissure douverture e,

sous un dbit Q est rgit par $* la pression # la distance ' et *o la pression mesure au forage% !

o7 + J-&-6,'i-e9;;-lnB,ro;

' figure sous le signe logarithmique, ses variations ninfluence pas beaucoup la pression. -n peut dire que la

pression * est proportionnelle # Q ! *A BESSN A) 8E4)T 8E *NFE"TN NE 8EEN8 6)E 8) 8E4T-

8omme linjection dun coulis instable ne constitue quun remblaiement h5draulique, qui commence # se

manifester lorsque la vitesse dcoulement est suffisamment faible pour que les grains se dposent, il 5 a

intr@t # conserver # celleci une valeur leve sur la plus grande distance autour du forage. 8eci revient #

injecter avec des dbits levs, les premiers dp=ts se sont alors loin du forage et le rendement de linjection

est augment. La forte pression correspondante nest pas g@nante d&s que lon injecte plus les tranches

superficielles.

Bl convient de remarquer que la pression est galement proportionnelle # la viscosit ! Linjection des fissures

fines ncessitant une pression leve doit se faire avec un coulis # faible viscosit faiblement dos. Bl sen

suit que le dosage du coulis doit @tre optimis # lissus dun essai deau, ne soit que sommaire.

la fin de linjection, on peut estimer grossi&rement quau droit des fissures remplies de coulis, il ne subsiste

quun faible passage douverture eo ! la formule prcdente reste toujours valable. La pression

correspondante est la pression de refus. +i cette pression est faible, le rocher ne 'eut 'as &enir com'rimer

le d$'Ct de ciment :

Louverture eo est proportionnelle # la racine cubique de v.Q7*, alors elle n dpend que de la viscosit

puisque *7Q est pratiquement constante. *ar contre laugmentation de louverture de la fissure 2.S sous

laction de la pression exerce est proportionnelle # *- *a conditions indis'ensable 2QReo nest donc

obtenue que si d$'asse une &aleur minimale fonction de :


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*a &iscosit$ du coulis

*$lasticit$ du rocher

*e ra#on daction de linjection-

*a 'ression de refus d$'end donc a&ant tout des conditions dinjection. 8e raisonnement conduit au

rsultat suivant ! il faut ado'ter des 'ressions de refus $le&$es et les atteindre a&ec des faibles d$bits et

des coulis moins &isqueu.-

-n est limit dans la diminution des dbits par le risque dobturation des conduites habituelles : 9 / @ litres

'ar minutes-

l faut $&iter daugmenter tro' ra'idement les dosages des coulis! sinon on aura recours / des forages

su''l$mentaires qui ne r$sol&ent 'as le 'robl(me : si ils 'ermettent de 'alier / linsuffisance du ra#on

daction! ils ne 'ermettent 'as de com'enser linsuffisance de lou&erture des fissures due au. 'ressions

tro' faibles- n a l/ la raison 'our la quelle on ne sait 'as injecter correctement les couches su'erficielles

a&ec des coulis instables-

*our une consolidation, apr&s avoir obtenu des pressions voisines des pressions de refus avec des coulis #

dosage normal $0,%, il 5 a un grand intr@t # terminer linjection avec un coulis # dosage tr&s faible $0,/ ou

0,/2%. insi louverture rsiduelle eo est la plus petite possible et la dcompression finale du rocher est

minimale. 8ette pratique na de lintr@t que si on travail au voisinage de la pression maximale de linjecteur.

+i ce nest pas le cas, il suffit daugmenter fortement la pression de refus admise pour arriver au m@me

rsultat.

nfluence du diam(tre de forage :

Fe rares observations de chantier indiquent quavec des forages de gros diam&tres les absorptions dun

coulis instables sont plus fortes quavec des forages de petit diam&tre. Lexplication qui en est donne est

que le nombre de fissures recoupes par le forage est proportionnel # sa surface priphrique. 8ette

explication est errone. Bl suffit de se rfrer # la formule correspondant # lcoulement dans une fissure

recoupe par un forage ! si la pression # lentre des fissures est la m@me abstraction faite du diam&tre de

forage, la pression # une distance donne du forage est proportionnelle # ln $'7ro%, il est donc plus grande

pour un gros forage et labsorption suit cette tendance.

En 'assant de 120 mm / @0 mm! 'our a&oir la mme r$'artition de 'ression dans les fissures il faut un

su''l$ment de 1!2 bar a&ec les d$bits habituels. 8e constat montre que la seule considration de la

pression manomtrique en t@te de forage ne peut donner la relle distribution des pressions # lintrieur des

fissures. ne injection ralise en petit diam&tre comme on doit toujours le faire 'our r$duire la

s$dimentation dans le forage;doit @tre pousse jusqu# une pression suprieure # celle qui serait ncessaire

pour un forage de gros diam&tre. Les absorptions et la dsorganisation du terrain ne sont pas augmentes.

+inon, il faut se rsoudre # resserrer les forages- *a&antage $conomique et technique dus / la 'erforation

en 'etit diam(tre est 'erdu-

La crainte des hautes pressions nest justifie que dans linjection des couches voisines douvrages construits

et encore que si linjection est poursuivie abusivement. Bl faut alors tablir des rep&res de dformation pour

fixer la pression dinjection # une valeur juste. partir dune di?aine de m&tres de profondeur on est # peu

pr&s libre dutiliser la pression dinjection quon dsire. 8elleci est limite seulement par la qualit des sols

et celle du traitement voulu ! SANS 8ELBDATN N NE E)T AS NFE"TEB "BBE"TEDENT-


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2

"ha'itre 9 : *E "*A6)A%E 8ES S*S


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2o

'elation qui lie le dbit de claquage # la permabilit # leau, connaissant la viscosit du coulis son poids

spcifique et lpaisseur de la fissure.

pplication ! S6/,, v7vo 6 0,E et e6 / mm Q $m37s% 6 (o $m7s%. /0\2

Q $l7min% 6


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30

sortie de forage. ce moment l# la pression de courant nexiste plus et leffet vrin dK # ces claquages na

pas une orientation convenable pour provoquer les fissures envisages ici.

+euls les claquages verticaux qui aboutissent # al surface du sol, avec ou sans rsurgence de coulis, sont

facilement reprables mais ils ne constituent pas la majeur partie des claquages produits par linjection.

8eux qui ne se manifestent pas ainsi sont indcelables si nest pas par lexcution dune fouille. Fune

mani&re gnrale ces claquages ne sont pas tr&s dangereux. Bls contribuent # la dformation hori?ontale du

sol que lon observe dans linjection des alluvions avec des tubes # manchettes.

Quand ces claquages sont remplis de coulis ils amliorent la qualit des crans, 'our autant quil ne soit 'as

'er'endiculaire au 'lan mo#en de ceu.7ci- *e.'$rience montre bien que leur orientation ob$it au. lois du

hasard et quils 'artici'ent effecti&ement / l$tanch$it$ recherch$e-

Les claquages hori?ontaux qui se manifestent apr&s les claquages verticaux, ne sont videment jamais

dcelables. *our avoir une ide de leur existence il faut suivre scrupuleusement les variations de la pression

dinjection. En effet! un tel claquage se 'roduit quand la 'ression du coulis dans le sol ne 'eut tre quecelle due au 'oids des terres / ce ni&eau : Elle est tr(s faible! *obser&ation du manom(tre indique alors un

'alier &enant a'r(s une chute brutale de la 'ression-

+i un phnom&ne de contre pression sajoute # lobservation de ce palier on peut @tre certain quun

claquage hori?ontal existe. Bl convient darr@ter linjection en cours car contrairement aux claquages

verticaux, ils ne peuvent apporter aucune amlioration au traitement. Bl sagit videmment dun arr@t local

de linjection rien nemp@che dinjecter en dessus, en dessous, ou dans un forage voisin- "ette recherche est

tr(s th$orique car en fait les cou's de 'iston de linjecteur ne sont jamais correctement amortis! et il est

bien rare que lon 'uisse d$celer sur le diagramme des 'ressions une chute brusque sui&ie dun 'alier-

8omme ces claquages apparaissent vers la fin des travaux quand le terrain commence # @tre bien resserr

par le coulis -n estime que les soul&vements de la surface du sol correspondent # la formation de claquages

hori?ontaux. 8ette interprtation est en grande partie errone car on peut avoir des soul&vements

importants sans claquages $il en est ainsi quand le coulis arrive # imprgner un hori?on en entourant chaque

grain dune couche plus ou moins paisse ! le soul&vement de la surface est alors la preuve dun bon

traitement. Bl ne faut pas oublier que les claquages hori?ontaux peuvent se comporter comme de vritables

vrins de grande superficie ! ils sont alors tr&s dangereux car tant donn leur grande surface il suffit dune

faible pression du coulis pour soulever toute construction fonde audessus, si lourde soit elle.

Que les claquages soit verticaux ou hori?ontaux ils ont pour effet de resserrer le terrain ou encore de le

mettre en prcontrainte. Bl sagit l# dun phnom&ne extr@mement utile.

Fans le rocher les claquages sont rares et la compression du milieu se fait par laugmentation des ouvertures

des fissures. AB "NTBE 8ANS *ES A**)INS SE)*S *ES "*A6)A%ES E)IENT BESSEBBEB *ES

BYNS TBES LNS )B ETBE DBE%NA4*E AB *E ")*S- 8e resserrement provoque la diminution

du pourcentage des vides de la formation, ce qui a une double consquence !

La permabilit peut @tre fortement rduite, quoique le coulis nait pas pntr entre les grains.

*our sen rendre compte il suffit dappliquer la formule de (-]4;^ qui poss&de un facteur de n9

, 17n;2si n passe de 0,3 # 0,2 la permabilit est divise par deux )


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3/

Langle de frottement interne augmente. La formule de 8aquot tang U + A 17n;,n montre que

langle de frottement passe de 3 # 12 degrs si n passe de 0,30 # 0,2. $ un degr et demi par point

dindice de vide%.

n 'eut 'enser que les claquages qui sillonnent le sol sont suffisants 'our interdire toute circulation

deau les sols trait$s 'eu&ent tenir / la &ertical et leur e.ca&ation de&ient difficile--;- *augmentation

de r$sistance 'eut tre 'lus 'rononc$e et 'eut &arier dun hori3on / un autre-

u dbut de linjection le coulis impr&gne les hori?ons les plus permables, mais au bout dun certain

temps cet coulement dissipe une forte perte de charges soit par suite de sa trop grande longueur soit

par suite de a prise du coulis. Le dbit de linjecteur tant peu variable la pression monte dans le forage

jusqu# atteindre la valeur ncessaire # linjection des couches moins permables. +i cette nouvelle

pression est trop forte les claquages apparaissent.

Bl est donc thoriquement possible dinjecter sans claquages, il suffit de choisir des coulis tr&s fluides et

des dbits dinjection tr&s petits pour que la pression dans le forage natteigne jamais la pression declaquage. 8e mode de traitement, onreux et non conomique, est impossible lorsque le terrain est

htrog&ne ! on ne connait jamais suffisamment bien cette htrognit pour fixer en connaissance de

cause la fluidit du coulis, son ton de prise et le dbit dinjection. -n aura alors soit des fortes

absorptions soit un mauvais traitement.

* LA)T 8N" A""ETEB *ES "*A6)A%ES- -n peut les accepter dautant plus facilement que

lexprience montre quils participent efficacement au traitement. "@me des injections de

consolidations avec des produits chimiques comportent des claquages tr&s souvent. Leur seul ennuis7

inconvnient et quils rendent tr&s difficile linterprtation des essais de contr=le.


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"ha'itre @ : Etude e.'$rimentale de linjection


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coulis. 4n vrai grandeur, ce phnom&ne sexplique par une sdimentation dans les vides interstitiels et

non dun essorage impossibles en grande masse. La structure est ainsi rigidifie jusquau point de

permettre un dcoupage parfait # la verticale. Les chantillons prlevs prsentent des permabilits

tr&s disperses de lordre de /0E # /0/0 m7s ! ceci est dK # lhtrognit du traitement. Les crans

tanches rels ont des permabilits de lordre de /0< m7s ce qui est suffisant dans la majorit des cas.

bser&ation in situ : ralise sur des fouilles en terrain inject en cours ou en fin de travaux, un

travail fastidieux offrant la possibilit de suivre de pr&s le rsultat de linjection.

njection des roches fissur$es:

8onsolidation de roches plus ou moins altres ! partir dune galerie situe # m de

profondeur au droit des essais, on a procd # des injections au mo5en de forages

hori?ontaux courts $< m% en quinconce. Le rocher est constitu par des gr&s arDosiques,

microgr&s arDosiques et des micros arDoses susceptibles plus ou moins # une altrationprononce # lair $Ar&s grossier, feldspathique, # peine lit, souvent issus de linduration

dune ar&ne granitique ! /73 Quart?, U feldspath, minraux argileux comme liant et

mica>lar&ne est un sable grossier formant une roche sdimentaire meuble. 4lle est issue

de l_altration in situ de roches magmatiques ou mtamorphiques $en particulier

les granites et leur volution mtamorphique, les gneiss% riches en quart? et feldspaths. 8e

sable ni transport, ni rod car rest tr&s proche de sa source, a des grains anguleux.

Les ar&nes granitiques sont des formations rsiduelles constitues d_une ` pOte argileuse

rouge $car colore par les ox5des de fer% et de grains de quart?%.

Linjection a t faite par des passes de /, # 2 m avec des pressions de refus de / bars ! absorptionsmaximale /, 7m et mo5enne de 00 Dg7ml. 8e sont des absorptions normes, le coulis a pu tr&s

facilement cheminer au loin vu lisolement de lessai, ces pertes lointaines sont moins importantes dans

lexcution dun cran tanche continue.

La galerie de reconnaissance creuse apr&s linjection a permis de faire les observations suivantes !

Le ciment se trouve dans des fissures sensiblement verticales, les plans de stratification

sensiblement subhori?ontaux ne sont pratiquement pas injects ! 8eci est tr&s normal, car la

prsence initiale de la galerie a interdit laugmentation des contraintes perpendiculairement # sa

paroi. 8est une confirmation de la thorie des claquages.

Fans une fissure aboutissant # un forage, la granulomtrie du ciment dpos est sensiblement

constante sur 2 # 10 cm, puis elle devient plus fine avec un rtrcissement de la fissure pour finir

par un dp=t pulvrulent. Bl sagit bien donc dun rembla5age h5draulique avec dp=ts des lments

grossiers au voisinage du forage et non pas dun remplissage derri&re un bouchon. 8ependant,

certaines fissures sont tapisses dun dp=t pulvrulent laissant un vide entre les deux parois avec

quelques ponts isoles de grains de ciment les runissant ! cest lamorce dun bouchon qui aurait

t pouss plus loin si linjection avait t poursuivie.

/,m environ de lextrmit dun forage, une fissure vide denviron 2cm douverture se situe

sensiblement # 30 cm dune autre fissure parfaitement obture, les deux fissures sont dans des

plans un peu pr&s parall&les ! Linjection nest donc efficace que si les forages interceptent lesfissures que lon veut injecter, on voit ici lintr@t dune tude gologique pralable.


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3

Fans les m@mes conditions prcdentes, un autre essai a t ralis ! il sagit cette fois de

forages dinjection verticaux en quinconce denviron E m de long excuts # partir dune

petite tranche peu profonde et dune di?aine de m&res de long. Les forages ont t injects

# lavancement par passes de 2m $la premi&re passe de /, m, 0 cm est chemise dun

tubage%.

8ette premi&re passe a t injecte initialement jusqu# 1 # /0 bars dans quatre forages, / bars

dans deux et environ 2 bars dans quatre. *our les autres passes la pression de refus tait de

/00 # //0 bars. Les rsurgences en surface ont t facilement arr@tes en interrompant

linjection durant le temps ncessaire # la prise du coulis. pr&s cette injection primaire, les

forages ont t injects sur toute leur longueur en vissant la conduite dinjection sur le tube

scell dans le forage. La pression a t alors s5stmatiquement pousse jusqu# I2 bars. Les

absorptions ont t fortes mais pas abusives $de 3E00 Dg72m # E0 Dg72m%. 8e qui est

remarquable dans ces essais cest la pression dinjections extr@mement fortes au voisinage de la

surface du sol alors que le litage de la troche est sensiblement hori?ontal. 8ela provient de ce

que le ciment sest rpartir encore une fois dans les plans verticaux. 4tant donn la disposition

gographique des forages $existence dun front libre # la verticale pr&s des forages% et la thorie

des claquages, il ne pouvait pas @tre autrement. La galerie de visite qui a permis cette

observation a en outre montr que !

"@mes des fissures de 0, mm taient remplies par un coulis compact, ra5on le verre. -n ne

trouvait plus comme dans le premier cas des dp=ts pulvrulents, le ciment tait partout bien soud

aux parois des fissures et ses diffrentes fractions granulomtriques ntait pas diffrenciables ! -n

voit l# tout lintr@t des hautes pressions.

Fans le terrain non directement inject on trouve des fissures ouvertes non traites, sans aucune

trace de circulation de coulis ou deau.

Lobjectif de cet essai est de dterminer le coulis le plus apte # tancher une superposition

de lentilles de sables limoneux et de conglomrat # galets quart?iteux ou grseux ! < forages

de 30 et /2 m de profondeur ont t excuts verticalement # partir de la surface du sol

sensiblement hori?ontale. 8es forages ont t implants sur la circonfrence dun cercle de

//, de diam&tre, ils ont t injects par passes descendantes de 2m avec des coulis stables

et instables colors.

Fans les deux premiers forages, munis dun tube scell sur leurs premiers


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3% immerges continuellement dans leau distille $conditions tr&s rares dans la nature te tr&s sv&res,

rare sont les coulis qui peuvent 5 rsister% avec mesure de la permabilit ont rvls ce qui suit !

La permabilit dcroissent pendant les 30 # 10 premiers jours $de /0< m7s # /0I m7s% ! le

durcissement du ciment a un effet plus marqu que le lessivage )

+tabilisation des permabilits entre 10 et I0 jours ! quilibre des effets de lessivage et de

durcissement ) ccroissement des permabilits apr&s J0 jours ! le durcissement na presque plus deffet et cest le

lessivage qui prend le dessus.

ous les coulis tests, et plus particuli&rement les argilesciment pauvres en ciment, prsentent un

comportement honorable et peuvent @tre utiliss sans aucune crainte pour des tanchements.

Fes essais dlavage raliss sur des blocs dalluvions injects # largileciment et prlevs insitu

montrent que malgr$ une l$g(re dissolution de la chau.! la 'erm$abilit$ naugmente 'as- *a

'$rennit$ des injections de ciment ne 'eut 'as tre mise en doute-

Bl nen est pas de m@me pour les produits chimiques ! ils sont relativement rcents pour prouver leur

bonne tenue dans le temps # partir de traitements anciens. Les essais au laboratoire montrent que tous

les gels de silicates de soude ne sont pas indlavables. *e choi. du r$actif a une grande im'ortance-

"o5ennant certaines connaissances, il est possible dutiliser des coulis concevant toutes leurs proprits

au cours du temps. Fes barrages raliss par injection des alluvions partout dans le monde le prouvent

bien.

NFE"TN 8ES B"ES LSS)BEES :

Ltanchement et la consolidation des roches fissures se fait par injection ! 8es deux rsultats sont

obtenus en adaptant simplement la nature du coulis utilis, qui est gnralement plus rsistant pour une

consolidation. Bl n 5 a donc pas de diffrence essentielle entre ces deux sortes de travaux.

*ar contre ltat de fissuration du rocher impose un schma dinjection variable. Bl convient en effet dans

le cas dune tr&s forte fissuration comportant des fissures largement ouvertes dviter les cheminements

lointains du coulis. 8euxci sont au contraire peu importants dans le cas dune fine fissuration. Le mode

dinjection doit @tre adapt # chaque cas.


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11

4n principe on essa5e de ramener le cas des roches fortement fissures # celui des roches dont les

fissures les plus grosses ont # peine quelques dixi&mes de mm douverture, mo5ennant une injection

pralable.

B;48B-; F4+ :B+'4+ '4+ -4'4+ !

4n injection, les fissures tr&s ouvertes sont celles qui ne sont pas suffisamment grandes pour quun homme

puisse 5 circuler afin de les remplir de bton, mais qui ne sont pas suffisamment petites pour quon puisse

les injecter conomiquement avec un coulis de ciment ordinaire. Leur ouverture peut varier donc de

quelques dcim&tres # quelques centim&tres, ou m@me # quelques millim&tres si elles sont tr&s nombreuses.

Leur obturation se fait avec des coulis extr@mement pais et thixotrope inject presque sans pression ! / # 2

bars. "ette faible 'ression et la thi.otro'ie limitent le cheminement du coulis $Bma. + ,";-e,2;-

Bl faut donc prvoir des forages tr&s rapprochs, leur cartement sera de / # 2m, voir 3 m&tres ! il dpend

avant tout de ltat de la roche et de la qualit du coulis.

n tel coulis peut se confectionner par exemple avec du ciment, de largile, du silicate de soude et,

ventuellement du sable fin. 4n plus de sa thixotropie qui lui permet de se figer avant que le ciment fasse

prise, il poss&de une rigidit qui lui permet de tenir # des talus de 3H7/. Lorsquon dsire faire une

consolidation on peut facilement rgler la proportion de ces constituants pour lui donner une rsistance

comprise entre 20 et 0 bars.

8e coulis ne chemine pas au loin. ussi, peut on avec lui en injectant de bas en haut des forages rapprochs

ralis dans de grosses fissures de vritables murs batardeaux dpaisseur relativement faible.

Les fissures fines seront ma injectes et le plus souvent pas du tout injectes avec ce produit. ussi ilconviendra de complter linjection avec un coulis spcialement adapt # cet usage ! simple suspension de

ciment par exemple.

*a&age des fissures!

Les fissures de quelque importance sont rarement vides. Bls sont remplis, presque toujours, dargile de sable

fin ou de tout autre produit provenant de la dcomposition des roches ou des circulations des eaux

souterraines. Linjection saccommode de se remplissage, le resserre mais ne lenl&ve pas.

ussi aton envisag quelques fois de netto5er les fissures par lavage mo5ennant des forages recoupant

avant de les injecter. Lexcution de tels travaux montre que le ra5on daction dun forage est faible,

autrement dit la lavage na lieu que dans un canal bien dfini. 4n outre, une simple injection deau ressort

tr&s rapidement claire. Bl faut donc raliser de nombreux forages voisins espacs de / # 2 m&tres et injecter

successivement ou simultanment de leau $additionn ventuellement dun produit facilitant la

peptisation,

formation d_une dispersion stable de particules colloNdales dans l_eau, des argiles% et de lair

sous pression. *lus les dbits sont levs, plus les chances de succ&s sont grandes. Les pompes # eau doivent

permettre des dbits de lordre de 0 m37h $I00 litres7min% sous une pression de 1 # bars. *our lair on

peut commencer avec des compresseurs de I0 ch quitte # augmenter cette puissance par la suite sil 5a lieu.

Lamorce de circulation entre les forages ncessite des pressions importantes, les grands efforts ainsi

exercs au sein du massif risquent de soulever le sol, surtout lorsque les cavits # netto5er ne sont pas tr&s

profondes. La conduite damene deau et dair doit @tre branche successivement sur tous les forages sont


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exception. Le changement de sens de circulation qui se produit entre deux forages dj# en communication

provoque un nouvel entranement de matriaux. 8eci prouve que le netto5age nest jamais parfait.

Le rendement de lopration est loin d@tre lev ! 1 # Dg de mati&re s&che par m&tre cube deau. Leau des

rsurgences est en gnral boueuse mais de temps # autre on voit apparaitre quelques gros cailloux

entrans par la violence du courant.

Bl est incontestable que de ce traitement a un certain effet et quil permet dliminer une quantit de sable

ou dargile plus ou moins importante. Fe la m@me certitude, il nest jamais parfait. ussi faut t il aller

examiner son efficacit avec des puits ou des galeries ! 8e sont le mauvais rendement et la ncessit dun

contr=le srieux qui font que ce lavage est en fait tr&s peu utilis.

4locage des rem'lissages argileu. :

8omme on le sait, le remplissage naturel des fissures nest pas particuli&rement g@nant quand il se trouve

dans un cran dtanchit. Lessentiel est quil ne puisse dbourrer sous le pression de leau $ni tasser

excessivement ou scraser sous leffet dune charge importante;- l en est ainsi sauf si lon est en 'r$sence

de larges fissures ou de Harsts rem'lis dargile molle! / la limite de liquidit$ 'ar e.em'le- 8ans ce cas l/

linjection doit essorer 'rogressi&ement largile 'our lui donner une meilleure r$sistance-

-n 5 arrive avec certaines qualit de remplissage en injectant # haute pression jusqu# 20 # 30 fois le m@me

forage, deux injections successives tant espaces de quelques jours. Fes puits de contr=les sont # prvoir

pour examiner les rsultats du traitement.

-n peut constater que grOce # tr&s nombreux et tr&s pais claquages on peut rduire lpaisseur dune

couche dargile silteuse dun tiers et de faire passer sa rsistance de 10 Dpa # / bars environ.

Si ces multi'les injections et ces 'uits de reconnaissance sa&(rent on$reu.! il con&ient denle&er les

argiles molles a&ec des sa'es et les rem'lacer 'ar du b$ton- l faut toujours o'$rer ainsi quand il sagit de

consolider une roche com'ortant des &olumes im'ortants dargile : quelque soit la r$sistance donn$e /

celle7ci 'ar injection elle ne sera jamais com'arable / celle de la roche encaissante-

+i les fissures ne sont pas suffisamment importantes pour quon puisse 5 accder, linjection remplit son r=le

# condition quon puisse le faire # haute pression. Les argiles de remplissage tasseront sous charge mais

tant donn leur resserrage dK # linjection et leur faible paisseur ces tassements ne pourront pas @tre tr&s

importants. 8haque cas reste # anal5ser en fonction de la gologie su site et de la nature de la construction

prvue.

Bnjection des fissures fines !

Essai deau : *injectiondes fissures fines se fait # partir de forages plus ou moins espacs. Fans chaque

forage on ralise des essais deau par passes successives denviron m de long $ou 3 m&tres%, comme pour la

reconnaissance. 8et essai est cependant simplifi afin de ne pas perdre trop de temps. +on but est de fixer le

dosage initial du coulis ! plus les absorptions deau sont leves, plus le dosage est fort. -n essa5e ainsi de

ne pas perdre son temps # injecter un coulis tr&s dilu qui scoule au loin. Lessai LA4-; ne donne une

indication que sur louverture -L4 des fissurs recoupes par le forage $e3 6 somme $ei3% YYY% ! lorsquil 5

a de nombreuses fissures fines on risque de commencer donc avec un dosage trop fort dont la pntrabilit


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1.%, dalDides de

pol5st5r&ne et ventuellement dun lastom&re.

Les pol5esters plus fluides que les piDotes prsentent en cours de pol5mrisation un retrait plus

important. "ais il ne faut pas attacher trop dimportance au nom commerciale du produit qui nest que le

reflet du constituant principale ou le plus connu.

La viscosit des piDotes qui atteint plusieurs poises ne permet pas leur injection. "ais lon arrive en

changeant les proportions des diffrents monom&res et en ajoutant dautres mati&res plastiques fluides tr&s

ractives, # confectionner des coulis dont la viscosit est comprise entre 3 et / centipoises. Fes fissures de

quelques centi&mes de millim&tre sont ainsi facilement injectables.

La rsistance mcaniques ce ces coulis pol5mriss est suprieure # /00 "pa en compression et # 30 "pa

en traction # lessai brsilien. Bl est donc normal que la rupture dune prouvette constitue par deux demi

c5lindres colls suivant un plan diamtral se fasse dans le bton.

outefois ci la pol5mrisation est possible sous leau, puisque la prsence dair est inutile, leau est un

inhibiteur de pol5mrisation. u contact de leau une pellicule de quelques microns dpaisseur se

pol5mrise mal et avec un grand retard. Laddition de certains rticulant actifs permet de remdier # cet

inconvnient. -n obtient ainsi des adhrences btoncoulis suprieures # la rsistance # la traction du

bton. 8est suffisant pour un collage.

Le temps de prise peut varier de quelques minutes # une di?aine dheures. -n le r&gle en jouant sur les

concentrations dun catal5seur et dun acclrateur. 8est galement par variation des ces dosages que lon

compense les carts de temprature extrieure. 8omme pour les phnoplastes, le volume de rsinefabrique influence le temps de prise. "ais il est facile den tenir compte.


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4n gnral, la mise en uvre des ces coulis extr@mement nobles ncessite un matriel miniaturis adapt #

la dimension de la pi&ce # traiter. La fluidit des coulis compliquent le travail. Fes quipes bien spcialises

sont ncessaires pour arriver # un rsultat satisfaisant, non seulement en adaptant la composition des coulis

aux buts recherchs, ce qui nest pas facile en chimie organique, mais encore en tenant compte des

particularits propres # chaque cas ! dimensions des fissures, prsence deau, rsurgences,>. Bl faut s@tre

livr # de tels travaux pour savoir # quel point ces difficults sont relles.

8es coulis # base de rsine organique sont sans aucun doute des coulis davenir. Bls ont tous une

pntrabilit remarquable. Fnu de rigidit et dune viscosit comparable # celle de leau, ils peuvent la

remplacer partout oG elle se trouve # condition que les circulations souterraines ne soit pas trop difficiles #

provoquer, comme dans les argiles ou les vases par exemple.

ous permettent ltanchement. 4t en choisissant convenablement leur composition on peut obtenir des

masses parfaitement lastiques ou plus rsistantes que le bton.

ujourdhui ils sont tr&s chers. "ais on peut esprer que demain les fabricants mettront sur le march desproduits peut @tre moins purs et diffrents de ceux dj# utiliss, mais largement suffisants pour linjection

des sols qui deviendra alors un procd de construction tonnant.

"oulis / base de liants h#drocarbonates :

Labsence de grains, la plasticit, limpermabilit, et linertie vis#vis de tous les agents de corrosion font

de liants h5drocarbons des produits dinjection presque idaux. "alheureusement leur mise en uvre est

loin d@tre toujours facile. 4n outre ce sont des produits tr&s chers dans les pa5s non ptroliers. ussi, leur

emploi comme coulis dinjection est extr@mement limit.

8es produits se subdivisent en deux groupes ! les goudrons de houille et les bitumes dnomms asphaltes en

anglais. ous les deux se diffrencient par leur origine. "ais ils sont tr&s semblables du point de vu

constitution et surtout proprits. 8e sont les bitumes plus faciles # approvisionner et mieux rectifis qui ont

t # peu pr&s les seuls tudis pour linjection. *ar suite de la similitude des goudrons et des bitumes on

appliquer aux goudrons les rsultats obtenus sur les bitumes.

8es liants se trouvent dans le commerce sous forme de produits purs plus ou moins amliors et sous forme

dmulsion dans leau. 8hacune de ces deux formes peut @tre utilise pour linjection, soit # ltat pur, soit

additionne dun filler, dun ciment ou dun autre produit chimique suivant les rsultats recherchs.

n coulis dinjection doit @tre suffisamment fluide pour permettre son injection, mais son injection nestefficace que sil perd cette fluidit une fois mis en place. 'appelons galement quun liant h#drocarbon$

$tant essentiellement &isqueu. et non rigide et on ne 'ourra lutiliser que 'our un $tanchement

'ro&isoire-

oute consolidation avec ce produit est impossible # moins de lui joindre un corps donnant de la rigidit au

produit final.

4T)DE :

Lemploi dun bitume flux de consistance suffisamment molle pour mettre linjection ne donnera aucun

rsultat puisque se produit restera aussi mou dans le sol. Bl faut donc faire appel # un bitume rigide. "ais on

a alors un produit trop consistant pour pouvoir @tre inject. +a fluidification par un solvant ou m@me par un


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mlange de solvants volatils semble devoir rsoudre le probl&me. "alheureusement, le solvant, si volatil

soitil, ne svapore pas dans le sol et cet artifice est sans effet. Bl n 5 a plus quune solution ! prendre un

bitume consistant # la temprature ordinaire et le fluidifier en augmentant sa temprature. Bl suffit que

cette fluidification se maintienne pendant toute la dure de linjection pour que le rsultat final soit

acceptable. -n est en effet certain quapr&s refroidissement le bitume aura reprise sa consistance initiale.

-n utilise ainsi un bitume ordinaire lger. Les bitumes lourds et souffls dont la consistance est voisine de

celle du brai sont # rejeter car ils durcissent trop vite. Leur ra5on daction serait trop faible.

La temprature dutilisation peut @tre comprise entre E0 et 200 Z8 suivant le produit choisi. -n peut m@me

chauffer ventuellement jusqu# 220 Z8 mais par suite de la mauvaise conductibilit thermique du bitume il

est difficile dviter dans le chauffage de grandes masses les surchauffes locales la distillation des huiles

lourdes et la formation de brai.

La maintient dune temprature leve pendant la dure de linjection nest pas toujours possible. 4n

particulier au contact de sable fin le bitume se refroidie immdiatement et bloque linjection. 8e coulis nepeut donc @tre utilis que pour lobturation de cavits relativement importantes.

*our en terminer avec les bitumes purs signalons quon nest pas encore arriv # leur donner apr&s injection

une rigidit au sens propre du terme cest#dire une cohsion. 8eci limite leur emploi car un corps

uniquement visqueux si pais soit il peut toujours scouler.

Citumes chargs ! lintroduction dans un bitume dun grain provenant dun filler ou dun sable ne

prsente aucun inconvnient thorique, puisque, comme on vient de le voir, un bitume pur chaud

ne permet pas dj# dinjecter des interstices tr&s fins dans les quels ces grains ne pouvaient pas

passer. 8ette charge de bitume a uniquement pour but dconomiser un produit cher.

Ltude de ces coulis se heurte # labsence de la rigidit du bitume. *a &iscosit$ seule est insuffisante

'our maintenir en sus'ension des grains dont le 'oids s'$cifique est su'$rieur / celui du bitume- "est

le cas des fillers habituels et des sables fins-

4n jouant sur le temps de linjection et sur la vitesse de sdimentation on peut valuer # / mm au grand

maximum le diam&tre des grains les plus gros de la charge.

Les coulis ainsi chargs ont une viscosit qui croit tr&s rapidement avec le pourcentage des charges. *our

que le coulis soit injectable on ne peut pas dpasser un pourcentage de


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Emulsions de bitume : u lieu de fluidifier temporairement un bitume consistant pour permettre son

injection, on peut partir dun mulsion spciale de bitume dans leau. +e produit tr&s fluide dinjecte tr&s

facilement. Les gouttes pn&trent sans difficults entre les grains de sable fin. pr&s linjection il suffit de

provoquer la rupture de lmulsion qui impr&gne le sol pour assurer son tanchement. Bl n 5 a plus de

probl&me dinjection. *ar contre un autre apparait. 8est celui de la rupture de lmulsion qui doit

pouvoir @tre contr=le si lon veut conduire le travail correctement. -n peut dire quon na presque

jamais cern le comportement des mulsions apr&s leur injection, des travaux ont t couronns de

succ(sdautre non.

Fans une mulsion de bitume celuici est sous forme de gouttes de / # /0 microns de diam&tre en

suspension dans leau. Les poids de leau et du bitume sont sensiblement les m@mes. ne telle mulsion

tendue # 0 9 a une viscosit relative gale # environ quatre fois cette de leau. 4lle scoule donc tr&s

facilement. -n peut distinguer quatre t5pes dmulsions !

Les mulsions routi&res, peu stabiliss, se rompant d&s le contact avec les agrgats ! diam&tres des

gouttes de bitume compris entre et /0 microns )

Les mulsions stabiliss qui contiennent un savon de soude et ne se rompent pas par simple contact

avec lagrgat $8-L+-L, +H4LL*4'"C,+;"B>% ! le diam&tre des gouttes est compris entre 2 et 1

microns )

Les mulsions surstabilises qui contiennent en outre un stabilisant, la casine $ +H4LL*4'" % !

gouttes entre 2 et 3 mm )

4nfin des mulsions inverses de t5pe eau dans lhuile. La phase continue est du goudron la phase

mulsionne et de leau $ 8-"*-"8% )

La rupture de ces mulsions inverses se fait au contact dune mulsion directe $bitume dans leau%. Les deux

mulsions se rompent dailleurs mutuellement. 8omme lune et lautre pn&trent tr&s facilement dans le sol

on pouvait esprer tancher le sol en injectant ces deux produits par deux trous voisins. "alheureusement

la rupture est localise # la ?one de contact des deux produits. 8e procd nest donc pas # retenir.

Les mulsions routi&res sont trop instables pour pouvoir @tre injectes. Bl ne reste donc que les mulsions

stabiliss ou surstabiliss.

*'-84F4 +H4LL*4'" ! il consiste # emplo5er une mulsion # stabilit bien calcule, # la quelle on ajoute un

corps amenant une diminution de stabilit afin de provoquer la rupture de lmulsion. La +H4LL*4'"

contient donc un mulsifiant et un stabilisant ! la casine. Le dosage de ce dernier doit @tre tel que

lmulsion pn&tre dans le sol sans se rompre.

La rupture doit @tre retarde. -n lobtient avec un ester qui par h5drol5se lib&re un acide. 8est lui qui

provoque la rupture. -n choisi gnralement le formiate dth5le, ester dacide fort, auquel on ajoute une

petite quantit daluminate de soude, afin de faciliter la raction. Le dosage en ester r&gle la vitesse de la

coagulation et laluminate rend celleci compl&te.

Le principe est donc simple. "ais lexprience montre que cela ne marche pas toujours tr&s bien. La casine

ne se conserve pas indfiniment et le fabricant peut avoir tendance # en mettre trop. -n risque donc

dutiliser soit une mulsion trop stabilise qui ne rompt pas soit une mulsion peu stabilise qui se rompe

d&s laddition de lester ou d&s le premier contact avec le terrain.


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traitement de la fondation des barrages par injection

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