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Techniques de densification

Les méthodes de densification ou de compactage consistent à réarranger les particules du sol dans une configuration plus serrée, ce qui entraîne une augmentation de la densité. Cela augmente la résistance au cisaillement et la résistance à la liquéfaction du sol.

La densification présente l’avantage que le degré de traitement peut être facilement vérifié, et si une liquéfaction est déclenchée, les déplacements sont presque toujours réduits.

Cependant, les techniques de densification produisent généralement des niveaux élevés de bruit et de vibration, l’étendue latérale de l’amélioration doit être plus large que pour les techniques de solidification ou de renforcement et la vérification du traitement peut prendre plusieurs semaines. À l’exception du coulis de compactage et de l’injection de résine, les techniques de densification sont aussi généralement inadaptées au traitement du sol sous les structures existantes.

Néanmoins, la densification des dépôts meubles et sablonneux par vibration ou compactage par impact a été largement utilisée, ce qui en fait l’une des contre-mesures de liquéfaction les plus populaires.

Compactage dynamique

Le compactage dynamique consiste à laisser tomber de façon répétée un poids lourd (généralement de 5 à 20 tonnes) sur la surface du sol pour augmenter la densité du sol directement sous le point d’impact.

A mesure que le sol se compacte, de grands cratères d’impact se forment à la surface, qui doivent être remplis et recompactés de manière répétée jusqu’à ce que le sol atteigne sa résistance cible.

La hauteur de chute, le poids et l’espacement varient en fonction des conditions du sol et des eaux souterraines.

Le compactage dynamique a été largement utilisé sur des projets en Nouvelle-Zélande, et il peut fournir un excellent degré d’amélioration du sol. Il est connu pour être rapide et économique, notamment pour traiter de grandes surfaces. Cependant, le niveau élevé de vibrations généré pendant la procédure signifie qu’il peut ne pas être adapté aux zones sensibles aux vibrations ou aux sites proches de structures de grande valeur.

Compactage à impact rapide

Le compactage à impact rapide est une version à plus petite échelle du compactage dynamique. Il utilise un marteau de battage fixé à une grande plaque d’extrémité en acier installée sur le bras d’une excavatrice. La plaque d’extrémité est enfoncée dans le sol par un martèlement rapide.

Cela augmente la densité du sol en compactant les couches de surface au fur et à mesure que la plaque est martelée et par vibro-compactage des sols inférieurs.

Le compactage à impact rapide peut améliorer la densité du sol jusqu’à plusieurs mètres et est particulièrement adapté aux sols sablonneux dans les zones où il y a une distance adéquate avec les bâtiments voisins.

Le compactage à impact rapide fonctionne en faisant vibrer la matrice des particules du sol pour augmenter sa densité.

Vibro-compactage

Le vibro-compactage consiste à insérer une sonde lestée (ou vibroflot) dans le sol pour appliquer des vibrations horizontales.

Une fois insérée à la plus faible profondeur du sol à compacter, la sonde est activée et soit rétractée et abaissée de façon répétée entre les profondeurs cibles supérieure et inférieure, soit rétractée à une vitesse déterminée, soit rétractée par incréments définis.

Le processus est généralement répété plusieurs fois dans une grille carrée ou triangulaire, selon la taille du site à compacter.

De l’eau, des jets d’air ou une excavation sont parfois utilisés pour aider la sonde à atteindre sa profondeur cible. Au fur et à mesure que le sol se compacte, un vide se crée autour de la sonde, et des matériaux doivent être ajoutés au trou pour compenser.

Les profondeurs de traitement typiques vont de 5 à 15 m, mais le vibro-compactage a été effectué jusqu’à 35 m de profondeur.

Colonnes de pierres

Cette technique consiste à insérer des colonnes verticales de remblai granulaire compacté dans le sol selon une grille triangulaire ou carrée à travers le site. Le procédé ne fait pas appel à l’excavation. Au lieu de cela, il s’appuie sur une technique d’injection par déplacement, qui densifie le sol environnant.

Le remblai est ensuite compacté à l’aide d’une des autres techniques de densification (souvent le vibro-compactage), ce qui augmente encore la densité du sol environnant.

Les colonnes de pierre sont plus efficaces pour traiter les sables avec moins de 20 % de fines, mais peuvent traiter efficacement les sites avec des sables limoneux et des limons sableux.

Les colonnes de pierre sont généralement espacées de 1,5 à 4,0 m et peuvent densifier le sol jusqu’à une profondeur de 4 à 15 m, mais des sols aussi profonds que 30 m ont été traités à l’aide de cette méthode.

Les colonnes de pierre peuvent disperser les contaminants du sol ou des eaux souterraines pendant la construction et en service. Des techniques alternatives doivent être utilisées s’il existe un risque de contamination sur le site ou à proximité.

Pieux de compactage

Le compactage consiste à installer des pieux battus permanents pour densifier le sol par déplacement et vibration.

Les pieux sont généralement en béton précontraint ou en bois et disposés selon une grille carrée ou triangulaire espacée de trois à quatre diamètres de pieux sur le site. Ils peuvent être enfoncés jusqu’à une profondeur de 16 m.

Dans une certaine mesure, les pieux peuvent également réduire les contraintes de cisaillement dans le sol entre les pieux, améliorant ainsi la résistance à la liquéfaction. Cela peut être un avantage utile lorsqu’il n’est pas pratique d’améliorer le sol par la seule densification.

Compaction grouting

Compaction grouting consiste à injecter un coulis très rigide dans le sol sous haute pression. Le coulis ne se mélange pas au sol. Le processus d’injection le fait se dilater en une série de bulbes étagés, qui poussent et déplacent le sol environnant pour augmenter la densité adjacente.

Typiquement, le coulis se compose d’un mélange sol-ciment-eau, bien que la résistance du coulis soit sans importance, car la technique densifie plutôt que de renforcer le sol.

Puisqu’elle utilise un équipement à petite échelle, maniable et sans vibration, l’injection par compactage est particulièrement adaptée à une utilisation sous des structures existantes et en combinaison avec des applications de relèvement de bâtiments.

Cependant, la technique peut provoquer un soulèvement du sol dans les sols de surface qui n’ont pas suffisamment de retenue sus-jacente pour confiner l’expansion du coulis.

Injection de résine

L’injection de résine est similaire au coulis de compactage mais implique une résine de polyuréthane à expansion agressive à la place du coulis.

Des tubes d’injection sont enfoncés dans le sol à intervalles réguliers sur le site, et des volumes contrôlés d’un mélange de résine sont pompés dans le sol. Le mélange de résine réagit chimiquement peu après l’injection, passant d’un état fluide à un état solide et se dilatant rapidement pour atteindre plusieurs fois son volume initial. Cette expansion entraîne la densification des sols adjacents.

Dans une installation typique, le tube d’injection est soit rétracté par étapes avec des volumes déterminés de résine injectés à chaque étape, soit retiré lentement à une vitesse uniforme tandis qu’un volume déterminé de résine est injecté en cours de route.

Les meilleurs résultats sont obtenus dans des sables propres, mais de bons résultats peuvent également être obtenus dans des sables limoneux.

Bien qu’applicable aux sites défrichés, l’injection de résine est particulièrement adaptée à une utilisation sous des structures existantes.