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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
L’objectif est alors d’analyser le processus d’injection et
d’essayer de comprendre les mécanismes de blocage éventuel de
l’écoulement d’eau. Les principaux paramètres caractérisant un
essai sont la nature du sol étudié, les caractéristiques de
l’écoulement (débit, pressions, gradient hydraulique) et les
paramètres d’injection (nature du produit, pression d’injection).
Un schéma fonctionnel du dispositif expérimental est présenté
sur la figure 1 où sont indiqués les principaux éléments du
dispositif ainsi que l’instrumentation mise en œuvre.
La conduite a une longueur utile de 3 m et un diamètre intérieur
de 18 cm. Elle est composée d’un assemblage de six modules en
plexiglas de 50 cm de long. Chaque extrémité est équipée d’un
module conique permettant d’uniformiser l’écoulement. Le
module n°2 en partant de l’amont est équipé d’un connecteur
spécifique permettant de réaliser l’injection. La conduite est
instrumentée avec six capteurs de pression (numérotés de 1 à 6),
dont la localisation est indiquée sur la figure 1. Deux débitmètres
(petite et grande capacités) sont installés en amont de la
conduite. Un turbidimètre est installé en aval de la conduite et
permet d’identifier la sortie éventuelle de particules fines de la
conduite. L’écoulement d’eau claire, en circuit fermé, est généré
par un surpresseur qui permet d’imposer une pression constante
régulée à l’entrée de la conduite quel que soit le débit d’eau
circulant dans le système. Un réservoir d’eau claire est intercalé
dans le circuit et permet de disposer d’une réserve d’eau
suffisante pour assurer l’écoulement. L’écoulement peut être
dévié vers un autre réservoir dans le cas où une quantité
importante d’eau chargée en particules sort de la conduite.
2.2
Protocole d’essai
La réalisation d’un essai est relativement lourde et implique la
réalisation de plusieurs opérations successives. La colonne de sol
est tout d’abord reconstituée dans la conduite, par compactage de
couches successives en empilant les uns sur les autres, les six
modules, en position verticale, sur un support pivotant
spécifique. Des grilles sont positionnées à chaque extrémité pour
retenir le matériau mis en place dans la conduite. Ce support
permet ensuite de basculer la conduite à l’horizontale puis de la
reprendre au pont roulant pour la positionner sur son support
d’essai. Les modules coniques d’extrémité sont ensuite fixés,
l’ensemble étant finalement raccordé au reste du circuit.
L’écoulement d’eau permanent est ensuite progressivement
établi, en appliquant des paliers croissants de pression en vue de
bien saturer le sol contenu dans la conduite.
Figure 1. Schéma général du dispositif expérimental
Figure 2. Vue générale du dispositif d’essai, depuis l’amont, montrant la
conduite assemblée sur son support, équipée du tube d’injection, le
support pivotant, le surpresseur et le réservoir d’injection
Le produit à injecter est préparé en parallèle puis est versé dans
le réservoir d’injection. Le tuyau d’injection est saturé en coulis
puis raccordé à la canne d’injection. Un robinet permet d’isoler
le réservoir du tube d’injection. La pression d’injection souhaitée
est ajustée dans le réservoir. L’injection démarre lorsque l’on
ouvre le robinet. Pendant l’injection, l’observation visuelle à
travers le plexiglas permet d’observer comment se propage le
coulis. Pendant l’essai, on réalise l’acquisition des données sur
tous les capteurs de mesure, ce qui permet d’obtenir la
répartition des pressions le long de la conduite, l’évolution du
débit d’eau pendant l’injection et l’évolution du débit
d’injection, permettant ensuite de réaliser une analyse complète
de l’essai. L’essai est poursuivi jusqu’au blocage éventuel de
l’écoulement d’eau. En cas de blocage, on maintient la pression
d’eau en amont pendant une certaine durée pour observer s’il n’y
a pas de déblocage éventuel au cours du temps.
3
DESCRIPTION D’UN ESSAI TYPIQUE
3.1
Caractéristiques de l’essai
Le sol utilisé pour cet essai est un gravier propre 4-10 mm, de
taille moyenne d
50
= 7 mm. Le matériau est mis en place dans un
état de compacité moyen, correspondant à une masse volumique
sèche de 1,51 t/m3 et une porosité n égale à 0,43. Le débit de
l’écoulement d’eau permanent est de 0,49 l/s, correspondant à
une pression imposée au niveau du surpresseur de 20 kPa. Le
produit d’injection est un mélange de bentonite et d’un filler
spécifique (PKA filler) en suspension dans l’eau. La préparation
du coulis passe d’abord par la préparation de la suspension de
bentonite que l’on doit laisser s’hydrater pendant 24 heures. Le
filler est ensuite progressivement rajouté à la suspension, le
mélange étant maintenu en agitation. On mesure ensuite les
caractéristiques mécaniques du mélange avec un rhéomètre, en
termes de contrainte seuil τ
0
et de viscosité
μ
p
. Le produit injecté
ici est caractérisé par un seuil de cisaillement τ
o
= 46 Pa et une
viscosité plastique η
p
=41 mPa.s.
3.2
Phase de génération de l’écoulement
L’écoulement d’eau est progressivement établi en appliquant des
paliers croissants de pression sur le surpresseur, par incréments
de 50 kPa, jusqu’à une valeur maximale de 350 kPa,
correspondant à un débit maximum de 3,23 l/s. Pour chaque
