Amélioration de la technique d'injection de résine dans les fissures des tunnels en béton pour étanchéisation

Résumé

L’injection de résine dans les fissures des tunnels en béton est une technique utilisée afin de colmater les fissures et ralentir ou prévenir les infiltrations d’eau. Cette technique consiste à injecter dans la fissure à l’aide d’une pompe un polymère liquide tel que le polyuréthane, l’époxy ou l’acrylique. Présentement, le professionnel effectuant une injection n’a aucun moyen d’établir un protocole d’injection assurant le colmatage complet et de manière permanente de la fissure. La méthode utilisée pour l’imperméabilisation des fissures est souvent donc basée sur l’expérience de la personne qui réalise l’injection et est effectuée de manière artisanale. Cette thèse avait pour but de développer des méthodes pour caractériser l’ouverture des fissures et de déterminer les paramètres d’injection en se basant sur les caractéristiques hydrauliques des fissures afin de réaliser une injection. Tout d’abord, il a été nécessaire de développer une série de méthodes pour déterminer l’ouverture des fissures. Ensuite, l’influence des paramètres d’injection et des propriétés de la fissure sur la propagation de la résine a été définie. Finalement, une méthode a dû être développée pour relier les paramètres d’injection aux propriétés hydrauliques de la fissure. En premier lieu, des modèles physiques visant à reproduire une fissure de béton ont été conçus en laboratoire. Des injections de mélange eau-glycérol ont été effectuées pour étudier l’écoulement lorsque les paramètres d’injection varient. Les résultats montrent que la viscosité dynamique a un impact immédiat sur l’écoulement lorsque la fissure est sèche. Dans le cas d’une fissure humide, l’écoulement est irrégulier et l’impact de la viscosité dynamique est moins important. Les conditions aux frontières et le niveau de saturation initiale (sèche ou humide) influent sur la durée d’injection nécessaire pour atteindre la saturation de la fissure. À l’aide de capteurs de pression placés à différents endroits dans la fissure, il a été possible d’établir le moment où la saturation a été atteinte. Une importante perte de charge a été notée lors des injections entre la sortie de la pompe et l’entrée du liquide dans les modèles. La pression à la sortie de la pompe était supérieure à la pression d’injection à l’entrée des modèles. Cette perte de charge dépend en grande partie du diamètre de tuyau d’injection. Un modèle numérique conçu avec le logiciel COMSOL multiphysics a permis de valider les résultats obtenus avec les modèles physiques et simuler les conséquences de l’ouverture et de la rugosité de la fissure sur la pression d’injection. Les résultats des simulations ont montré que l’ouverture de la fissure a des conséquences beaucoup plus importantes sur la pression d’injection que la rugosité. En second lieu, un essai de caractérisation hydraulique in-situ a été conçu et réalisé afin d’établir les différents paramètres requis pour injecter adéquatement un joint de construction présent sur un site expérimental. À l’aide de capteurs de pression, il a été possible de déterminer l’ouverture hydraulique et la conductivité hydraulique de la section étudiée avec des injections de mélanges eau-glycérol. Ces propriétés ont permis d’obtenir le volume et la durée d’injection nécessaire afin de colmater la fissure lors de l’injection de résine. Une injection de résine basée sur les résultats de l’essai in-situ a été effectuée. Un échantillon prélevé après l’injection de résine a permis d’observer le colmatage de la section étudiée et d’obtenir l’ouverture mécanique du joint ainsi que sa distribution dans l’espace à l’aide d’une microtomographie aux rayons X (CT scan). En dernier lieu, le modèle numérique développé avec COMSOL multiphysics a été amélioré en implémentant plusieurs types d’ouverture et une viscosité qui varie dans le temps. Trois types d’ouverture ont été utilisés : une ouverture gaussienne avec corrélation spatiale, une ouverture gaussienne sans corrélation spatiale et une ouverture constante. Seulement l’ouverture gaussienne avec corrélation spatiale a pu reproduire l’anisotropie de la propagation de la résine lors de l’injection. Les simulations ont été répétées plusieurs fois pour obtenir le profil moyen de la pression d’injection des trois types d’ouverture. Bien que la pression d’injection moyenne des répétitions soit identique pour les trois types d’ouverture, une variation importante des pressions d’injection maximale et minimale a été observée pour l’ouverture avec corrélation spatiale. Cette variation est due à la distribution de l’ouverture autour du point d’injection. Une viscosité variable selon le temps a été implémentée pour établir les conséquences lors d’une injection de résine dont la polymérisation a débuté. Les résultats ont montré une augmentation significative de la pression d’injection et des pertes de charge lors de l’écoulement ainsi qu’une diminution importante de la propagation de la résine lorsqu’une injection a lieu après le début de la polymérisation. Pour conclure, cette thèse a permis d’établir les fondements de l’écoulement d’une résine dans une fissure béton lors d’une injection. L’ouverture, la viscosité dynamique, l’équipement utilisé, les conditions aux frontières ainsi que l’état initial de saturation influent sur la distribution de la pression dans le temps, les pertes de charges et la propagation de la résine dans la fissure. Ces éléments doivent être pris en compte lors du développement d’un protocole d’injection afin d’obtenir un colmatage complet de la fissure. Les travaux effectués ont permis de soumettre trois articles de journaux qui ont été révisés par des pairs ainsi que trois articles présentés lors de diverses conférences. Cette thèse contient les trois articles de journaux ainsi qu’un article de conférence.

Date	9 avr. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Duhaime (Directeur(-trice))