The effect of degree of saturation of sand on groutability—experimental simulation
Authors: Perret S. , Khayat K. H. , Ballivy G. 
Published: November 2009

Several criteria for the injectability of cement-based grout in soil have been documented in the literature. Some of these criteria consider the geometric characteristics of the soil, while others rely simply on the rheological parameters of the grout mixture to estimate its potential propagation into the soil. However, the couple characteristics of intermixing of the grout and pore water of the injection medium are seldom considered. In order to study the effect of degree of saturation of the soil on the water dilution (washout) of the cement grout that can alter the characteristics of the injection, a model addressing differences in propagation of cement grout in a saturated and partially saturated soil is proposed in this paper. The model is supported by experimental results obtained from the injection of 200 litre sand samples prepared with various degrees of saturation and fineness. The first phase of the programme consisted of injecting a microfinecement grout made with 1·2 W/C through 22-mm diameter columns filled with quartz sand and having particle-size distributions of 0·63/1·25 mm and 0·08/0·63 mm. Injection tests were done in both saturated and partially saturated sands. The second phase was carried out using 200 litre capacity barrels filled with alluvial sand. Two barrels were prepared with bulk sand in saturated and partially saturated states, while the third one was prepared with alternating layers of fine (0·08/0·63 mm) and coarse (0·63/2·50 mm) sand. Two microfine-cement grouts with W/C of 0·6 and 1·2 were used for the injection of these barrels. Test results indicate that the loss of water due to injection pressure and filtration through the sand is of vital importance. Furthermore, water dilution of the grout is greater in unsaturated soil than in saturated soil. This led to greater in situ characteristics of the saturated injected sand than the unsaturated sand in terms of compressive strength, elastic modulus, porosity and water impermeability. De nombreux critéres permettant d'èvaluer l'injectabilitè des coulis de ciment dans des sont dècrits dans la littèrature. Certains d'entre eux considérent les caractèristiques gèomètriques du milieu poreux alors que d'autres tiennent uniquement compte des paramétres rhèologiques du coulis pour è valuer la distance potentielle de propagation de celui-ci dans le sol. Cependant, certaines caractèristiques physiques, telles que la dilution è ventuelle du coulis injectè avec l'eau contenue dans le milieu sont rarement considèrèes. Afin d'ètudier l'influence de la teneur en eau du sol sur la dilution des coulis, et par consèquent sur l'altèration des caractèristiques de l'injection, un modéle diffèrenciant le mode de propagation des coulis de ciment en milieu saturè et non saturè est proposè dans cet article. Ce modéle est supportè par des rèsultats expèrimentaux obtenus lors de l'injection d'un coulis de ciment dans un volume de 200 litres de sable de granulomètrie variable, mis en place avec diffèrents degrès de saturation. La premiére phase du programme a consistè en l'injection d'un coulis de ciment microfin (E/C = 1·2) dans des colonnes de sable de 22 mm de diamétre, remplies de sable quartzeux possèdant des granulomètries de 0·63/1·25 mm et 0·08/0·63 mm. Les injections ont è tè rèalisèes dans des milieux saturès et partiellement saturès. La seconde phase du programme a è tè rèalisèe dans des barils pouvant contenir 200 litres de sable. Deux barils ont è tè remplis avec le sable brut, respectivement è l'ètat saturè et non saturè. Le troisiéme baril a è tè prèparè en alternant des couches de sable fin (0·08/0·63 mm) et grossier (0·63/2·50 mm). Deux coulis de ciment microfin possèdant des rapports E/C de 0·6 et 1·2 ont è tè utilisès pour l'injection de ces trois barils. Les rèsultats ont montrè que la filtration joue un roô le important dans la propagation des coulis de ciment en milieu poreux, mais aussi que le degrè de dilution du coulis avec l'eau du milieu injectè est plus è levè dans le cas d'un sol non saturè que dans le cas d'un sol saturè. Ceci implique de meilleures caractèristiques in situ, en termes de rèsistance en compression, module è lastique, porositè et impermèabilitè è l'eau, dans le cas de milieux saturès.