Guide de conception - Seconde Édition

La nouvelle édition du " Guide de conception " pour la « Consolidation des sols par résines expansives »,  sous la direction de Mario Manassero et Andrea Dominijanni, enseignants en géotechnique à l'école Polytechnique de Turin, constitue une référence fondamentale pour le cadre théorique ainsi que la modélisation des interventions de consolidation par injection de résines polyuréthanes expansives.

Les principaux compléments de cette deuxième édition portent sur le système d'injection à tubes multiforés, le logiciel de calculs pour la modélisation des interventions de consolidation par résines expansives et le système d'ancrage des bâtiments.

Les thématiques du guide de conception

Propriétés physiques et mécaniques des résines polyuréthanes expansives

Ces résines se distinguent par leur capacité à développer spontanément, à la suite de la réaction exothermique de synthèse (entre polyol et isocyanate), une pression de gonflement significative lorsque l'expansion volumique se produit dans un volume confiné.
Pour les résines Uretek Geoplus, cette pression peut atteindre des valeurs de l'ordre de 10 000 kPa (10 MPa).

Dans un sol, le processus d'expansion se poursuit jusqu'à l'atteinte d'une condition d'équilibre des contraintes. Cet équilibre est atteint lorsque la pression d'expansion de la résine, se réduisant à mesure que l’expansion augmente et que sa densité finale diminue, devient égale la contrainte radiale de confinement (ou contrainte moyenne de confinement) mobilisée par le sol environnant.  

La modélisation théorique de l'injection de résine expansive dépend fortement de la granulométrie du sol traité. En effet, le comportement de la résine diffère sensiblement selon qu'elle soit injectée dans des sols  granulaires ou des sols fins. 

Modèles pour les sols granulaires : la théorie de l'expansion de cavité

Dans les sols granulaires (tels que les sables moyens à grossiers et les graviers), la conductivité hydraulique élevée permet un effet initial de perméation de la résine à l'état liquide dans les pores du sol. Ce processus conduit à la formation d'un bulbe de sol traité.
L'expansion volumique du bulbe, en phase de solidification, induit ensuite le compactage et la densification du sol environnant.

L'approche théorique de référence est ici la théorie de l'expansion de cavité.   Cette théorie analyse l’expansion d’une cavité cylindrique ou sphérique au sein d’un milieu élastoplastique et permet de modéliser l’expansion du bulbe jusqu’à l’atteinte d’un équilibre entre la pression d'expansion de la résine et la contrainte de confinement mobilisée par le sol environnant.  

Pour les sols granulaires, les analyses sont généralement conduites en conditions drainées, en considérant une dissipation rapide des surpressions interstitielles générées par l'expansion.

Modèles pour les sols fins : la mécanique de la rupture

Dans les sols fins (sables fins, limons et argiles), la résine ne peut pas pénétrer dans les pores : sous l'effet de la pression élevée développée spontanément en phase de gonflement, son expansion provoque la formation de fractures dans le matériau environnant. La direction de ces fractures (subverticale ou subhorizontale) est conditionnée par l'état de contraintes initial du sol.

L'approche théorique fait ici appel aux concepts de la mécanique de la rupture dans les milieux élastoplastiques. Compte tenu de la faible conductivité hydraulique de ces sols, l'expansion de la résine en conditions saturées se produit typiquement en conditions non drainées, entraînant la formation de surpressions interstitielles. Cela impose généralement une analyse en contraintes totales à court terme. L'objectif principal est ici la reprise des tassements par la formation de fractures subhorizontales, dont l'ouverture entraîne le relevage de la fondation et des superstructures.