Comportement mécanique d'un milieu granulaire injecté par un coulis de ciment : étude expérimentale et modélisation micromécanique

The injection is a largely used and relatively old process of ground improvement. Generally, a cement grout formulated in order to impregnate the porous network is used. The result is an improvement of the properties of the soil by reduction in permeability and an increase of the mechanical resistance of the soil. We present an experimental study for the characterization of the mechanical behaviour of the virgin and injected granular media. A special focus is put on the non linearity of the elastic behaviour and the variation of the behaviour according to the distance from the injection source. A microstructural characterization was carried out aiming at a better understanding of the mechanisms responsible for the reinforcement brought by injection and in order to formulate the micromechanical model. The characterization of the final porosity of the grouted medium was addressed by means of experimental techniques (porosimetrie, image analysis) and through a phenomenological model based on a filtration law. Concerning micromechanical modelling, we were interested in the behaviour of the virgin and injected granular medium at the small deformations and at the rupture characteristics. We proposed a first approach consisting in replacing the solid phase of the granular medium by a selected continuous fictitious solid. The fictitious medium which is equivalent to the real granular medium is then a porous medium made up of the fictitious solid phase and pores. This fictitious medium has the advantage of being described in a continuous manner, which enabled us to use the traditional techniques of homogenisation of the random media, to model the effects of the introduction of the cementing phase. In a second approach, the granular medium is modelled as a porous polycrystal. The behaviour of the granular assembly is derived from the intergranular law of contact governing the displacement discontinuities in the interfaces when applying a load. The failure properties were addressed for both the virgin and the injected granular media.L'injection est un procédé largement utilisé et relativement ancien de renforcement des sols. Le plus souvent, on met en oeuvre des coulis de ciment formulés de façon à imprégner le réseau poreux. L'effet escompté de la prise du ciment faisant corps avec la structure granulaire est une augmentation de raideur et un gain de cohésion. On présente une étude expérimentale destinée à la caractérisation du comportement mécanique des milieux granulaires vierges et injectés. Une attention particulière est accordée à la non linéarité du comportement élastique et à la variation du comportement en fonction de la distance à la source d'injection. Une caractérisation microstructurale a été réalisée dans le but d'affiner la compréhension des mécanismes responsables du renforcement dû à l'injection et d'orienter les choix du modèle micromécanique. La caractérisation de la porosité finale du milieu a été abordée grâce à des techniques expérimentales (porosimétrie, analyse d'image) et à travers une modélisation basée sur une loi de filtration. Concernant la modélisation micromécanique, nous nous sommes intéressé au comportement du milieu granulaire vierge et injecté à la fois pour ce qui est des petites déformations et les caractéristiques de rupture. Nous avons proposé une première approche consistant à remplacer la phase solide du milieu granulaire par un matériau fictif continu choisi de façon à ce que le composite de même porosité que le milieu réel, ayant comme phase solide le matériau fictif, exhibe un comportement identique au milieu réel. Ce milieu fictif présente l'avantage d'être décrit de manière continue, ce qui nous a permis de mettre en oeuvre les techniques classiques d'homogénéisation des milieux aléatoires, pour modéliser les effets de l'introduction de la phase cimentaire. Dans une deuxième approche, le milieu granulaire est modélisé comme un polycristal poreux. Le comportement de l'assemblage granulaire est déduit à partir de la loi de contact intergranulaire régissant les discontinuités de déplacement dans les interfaces lors de l'application d'une charge. La problématique de la rupture a été abordée aussi bien pour le milieu granulaire vierge que pour le milieu injecté