Brevet FR2709122A1 — publié le 19950224

La présente invention est relative à un coulis d'injection à prise contrôlée pour la stabilisation d'ouvrages, notamment d' ouvrages de travaux publics de grande dimension, du type des tunnels ou galeries souterraines. Bien que le coulis d'injection selon l'invention puisse être utilisé dans le cadre de la stabilisation d'ouvrages différents, il sera plus particulièrement décrit, à titre d'exemple, dans l'optique d'une mise en oeuvre pour la stabilisation d'un revêtement de tunnel réalisé au moyen d'une machine dite "tunnelier" et constitué essentiellement d'anneaux préfabriqués en voussoirs posés bout à bout au fur et à mesure de la progression de l'excavation d'une galerie ou d'un tunnel. Dans ce type d'ouvrage en construction, on injecte un matériau de remplissage dans l'espace vide entourant la partie avant du revêtement. Il existe ainsi autour du revêtement un espace annulaire, qu'il est nécessaire de combler pour stabiliser ou bloquer ce revêtement par rapport au matériau environnant. Une technique courante pour assurer cette stabilisation consiste à injecter autour du revêtement, un mortier de ciment contenant des accélérateurs de prise. Ce mortier est injecté sous pression par voie humide au-delà du revêtement préfabriqué par l'intermédiaire d'orifices prévus dans les anneaux. Cette technique courante présente dans certains cas des inconvénients, liés au produit utilisé pour l'injection, à savoir un mortier de ciment. En effet, les mortiers couramment utilisés posent des problèmes de ségrégation, de décantation, et surtout de prise dans les conduits d'amenée du coulis ou durant son injection, notamment lorsque l'injection de mortier, ou le chantier lui-même, doit être momentanément interrompu. Ceci a des conséquences néfastes sur la bonne répartition du mortier et sur sa résistance mécanique, ou, ce qui est plus grave, le coulis peut faire prise au niveau de la jupe du tunnelier et le bloquer. En outre, les coulis utilisés comportent en général de la bentonite, pour limiter la ségrégation et la perméabilité, dont la mise en oeuvre est difficile sur ce type de chantier. On connaît également dans l'état de la technique des coulis d'injection pour la stabilisation d'ouvrages présentant des fissures ou des vides plus ou moins profonds. Un tel coulis d'injection est décrit dans le FR-A2629495. Ce coulis d'injection connu est composé d'un laitier en suspension dans l'eau et d'une liqueur de silice, l'ensemble présentant un temps de prise constant et réglable. Cependant, le coulis décrit dans ce document comporte une très forte proportion d'eau et a tendance à former un gel incompatible avec les résistances à la compression nécessaires dans certains ouvrages, de ltordre de 2 à 5 méga-Pascals (MPa). L'invention se propose de remédier aux inconvénients des coulis d'injection connus dans l'état de la technique, et plus particulièrement, de fournir un coulis d'injection étanche, stable durant l'injection, c'est-àdire dépourvu de ségrégation, présentant un temps de prise contrôlé, de l'ordre d'une heure à quelques heures, et comportant une résistance minimale de 2 MPa, tout en conservant une bonne fluidité et une bonne maniabilité durant l'injection ainsi qu'une plasticité suffisante in situ. A cet effet, l'invention propose un coulis d'injection à prise contrôlée pour la stabilisation et/ou la consolidation d'ouvrages, notamment de tunnels ou de galeries souterraines, par injection dudit coulis autour de la périphérie de l'ouvrage, ledit coulis comportant un ensemble relativement inerte formé de granulats, d'eau, et d'un liant, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un agent colloïdal, cet ensemble inerte étant activé par une solution de soude faisant office de catalyseur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - le liant est constitué par du laitier de hautfourneau. - L'agent colloïdal est constitué par de la Méthylhydroxiéthylcellulose. - Les granulats sont constitués d'un mélange en proportions sensiblement égales de sable 0-2 et de gravier 2-5, mélange dont la proportion en poids est comprise entre 450 et 600% par rapport au poids du liant hydraulique. - La solution de soude contient 10 à 20% en poids de soude par rapport au poids du liant. - L'agent colloïdal représente 0,1% à 1% en poids par rapport au poids du liant. - Le coulis d'injection contient entre 40 et 90% en poids d'eau par rapport au poids du liant. Selon une variante du coulis, on remplace, à titre de liant, le laitier de haut-fourneau par du ciment au Clinker comportant au minimum 80% de laitier et au maximum 20% de Clinker. L'invention concerne également l'utilisation et le procédé de mise en oeuvre du coulis d'injection tel que défini précédemment. A cet effet, l'invention a également pour objet un procédé de stabilisation d'un revêtement de tunnel en construction comportant un revêtement interne composé d'une pluralité de voussoirs, caractérisé en ce que l'on injecte à travers des orifices aménagés dans la jupe du tunnelier ou les voussoirs le coulis d'injection présentant une ou plusieurs des caractéristiques précédentes, de sorte que le coulis d'injection selon l'invention se solidifie et contribue à la stabilisation des voussoirs dans le tunnel. Les caractéristiques et avantages de la présente invention vont maintenant être décrits plus en détail. Le coulis d'injection selon l'invention se compose d'une pluralité de composants, pour chacun desquels seront décrites les caractéristiques, les proportions et les fonctions. Dans sa composition préférée, notamment dans le cadre de son utilisation pour la stabilisation de revêtements de tunnels, le coulis d'injection selon l'invention se compose d'un ensemble relativement inerte de granulats, mélangés à de l'eau et à un liant, l'ensemble étant stabilisé par une faible quantité d'un agent colloïdal. Le coulis ainsi formé demeure pratiquement inerte jusqu'à l'adjonction d'un catalyseur, ce qui facilite son transport et sa mise en place. Le coulis non activé peut séjourner plus de 24 h dans les conduits d'amenée ou les trémies sans faire prise. A des fins de clarté de la suite de la description, les proportions en poids des différents constituants seront données en référence au poids du liant. 1. Les aranulats Le coulis selon l'invention utilise comme charge principale un sable ou un gravier fin, dont le diamètre moyen des particules est de préférence inférieur à 5 millimètres. De préférence, on utilisera un mélange en proportions sensiblement égales, de sable 0-2 (grains de moins de 2 mm) et de sable 2-5 (grains de 2 à 5 mm). Mais le coulis peut utiliser également du sable 0-5 ou même 0-8 tout en conservant les mêmes propriétés rhéologiques. 2. Le liant Le coulis utilise, comme unique agent pour lier les différents constituants et notamment les granulats, un liant constitué par un laitier de haut-fourneau. Les meilleurs résultats sont obtenus avec un laitier de densité 2,91 environ, et dont la finesse Blaine est de l'ordre de 4000 g/cm2. 3. L'agent colloïdal Le coulis selon l'invention doit comporter une fluidité, une maniabilité et une stabilité à la décantation suffisantes pour permettre son acheminement et son injection au droit des zones à consolider. Cet objectif est atteint en incorporant au mélange constitué par les granulats et le laitier, une très faible proportion d'un agent colloïdal choisi de façon adéquate. Des essais ont montré qu'un agent colloïdal compatible avec la soude, de la famille des Méthylhydroxyéthylcelluloses, donne d'excellents résultats,tout en restant compatible avec la soude employée comme catalyseur. 4. La soude Compte tenu de la très faible réactivité naturelle du laitier de haut-fourneau, il est nécessaire de commander et contrler le temps de prise du coulis d'injection par l'adjonction d'un catalyseur. L'invention prévoit à cet effet l'incorporation au mélange d'un réactif sous la forme d'une solution de soude, et plus particulièrement d'une solution de soude dosée à 35% en poids de soude, d'une densité voisine de 1,38. 5. L'eau L'homogénéisation et la prise du mélange des composants décrits ci-dessus font appel à un certain volume d'eau, de façon connue en soi. Les proportions préférées pour le coulis d'injection selon l'invention sont les suivantes: Pour 100 kg de laitier: - 250 kg de sable 0-2, soit 250% par rapport au laitier - 225 kg de sable 2-5, soit 225% par rapport au laitier - 43,5 kg de solution de soude, soit 15 kg de soude, et 15% de soude par rapport au poids de laitier; - 0,25 kg d'agent colloïdal, soit 0,25% par rapport au laitier - 60 kg d'eau, soit 60% par rapport au laitier. Le coulis d'injection formulé ci-dessus possède un temps de prise de 4 heures à partir de l'adjonction de la sourde, et une résistance mécanique en compression à 6 jours de l'ordre de 4,8 MPa. De ce fait, le coulis d'injection selon l'invention est particulièrement adapté pour la stabilisation et/ou la consolidation d'ouvrages du type des tunnels ou autres galeries souterraines. Le temps de prise contrôlé permet l'amenée du coulis dans toute la longueur du tunnel jusqu'à la zone d'utilisation, avant la prise. En outre, l'utilisation de ce coulis n'est pas affectée par une éventuelle interruption de chantier, puisque le coulis reste relativement inerte avant l'adjonction du catalyseur, et que celui-ci peut être incorporé en dernier lieu juste avant l'injection, par exemple après que le reste du mélange ait été transporté sur plusieurs centaines de mètres dans un tunnel en construction. Selon des variantes du coulis d'injection selon l'invention, les proportions des constituants utilisés peuvent varier dans certaines limites, tout en préservant l'essentiel des caractéristiques du coulis. Ainsi, le poids des granulats par rapport au poids du laitier peut être compris dans une fourchette de 450 à 600%. Les proportions élevées font légèrement diminuer la résistance mécanique, sans changer notablement le temps de prise. La solution de soude peut contenir 10 à 20% en poids de soude par rapport au poids de laitier. A 10% de soude, le coulis possède un temps de prise un peu plus long, d'environ 5 heures, et une résistance mécanique en compression à 6 jours inchangée. A 20% de soude, le temps de prise est inchangé à 4 heures, mais la résistance mécanique en compression à 6 jours diminue pour atteindre 2,6 Mpa. On peut utiliser le coulis avec des dosages en soude inférieurs à 10%. Dans ce cas les temps de prise augmentent et les résistances diminuent. L'agent colloïdal peut représenter entre 0,1 et 1% du poids du laitier sans altérer notablement les caractéristiques du coulis. Au-delà de 1% en poids d'agent colloïdal, la stabilité du coulis ne s'améliore plus, mais son coût augmente. La quantité d'eau peut être comprise entre 40 et 90% en poids par rapport au poids de laitier, et de préférence 60%. Selon une autre variante du coulis d'injection selon l'invention, le laitier de haut-fourneau utilisé comme liant unique, peut être remplacé par du ciment au Clinker comportant au minimum 80% de laitier et au maximum 20% de Clinker. Cette variante du coulis d'injection possède une rhéologie plus pateuse que celle utilisant du laitier comme seul liant hydraulique. En conséquence, l'utilisation de cette variante du coulis d'injection est avantageuse lorsque l'approvisionnement en laitier est plus difficile. En revanche, cette variante n'est pas indiquée pour des chantiers susceptibles d'être interrompus. REVENDICATIONS 1. Coulis d'injection à prise contrôlée pour la stabilisation et/ou la consolidation d'ouvrages, notamment de tunnels ou de galeries souterraines, par injection dudit coulis autour de la périphérie de l'ouvrage, ledit coulis comportant un ensemble relativement inerte formé de granulats, d'eau, et d'un liant, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un agent colloïdal pour améliorer sa stabilité à la décantation, cet ensemble inerte étant activé par une solution de soude faisant office de catalyseur. 2. Coulis d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est constitué par du laitier de haut-fourneau. 3. Coulis d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est constitué par du ciment au Clinker comportant au minimum 80t de laitier et au maximum 20% de Clinker. 4. Coulis d'injection selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agent colloïdal est constitué par une Méthylhydroxiéthylcellulose compatible avec la soude. 5. Coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granulats sont constitués d'un mélange en proportions sensiblement égales de sable 0-2 et de gravier 2-5, mélange dont la proportion en poids est comprise entre 450 et 600% par rapport au poids du liant. 6. Coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de soude contient 10 a 20% en poids de soude par rapport au poids du liant. 7. Coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent colloïdal représente 0,1% à 1% en poids par rapport au poids du liant. 8. Coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient entre 40 et 90% en poids d'eau par rapport au poids du liant. 9. Coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour 100 kg de liant, 475 kg d'un mélange de sable 0-2 et de sable 2-5, 15 kg de soude en solution, 0,25 kg d'agent colloïdal, et 60 kg d'eau. 10. Utilisation du coulis d'injection selon l'une des revendications précédentes, pour la stabilisation d'un ouvrage, notamment d'un tunnel souterrain, par injection autour de la périphérie de l'ouvrage d'un coulis d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Procédé de stabilisation d'un tunnel en construction comportant un revêtement interne composé d'une pluralité de voussoirs, caractérisé en ce que l'on injecte à travers des orifices aménagés dans la jupe du tunnelier ou les voussoirs le coulis selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, de sorte que le coulis d'injection se solidifie et contribue à la stabilisation des vous soirs dans le tunnel.