<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour imperméabiliser et consolider les terrains ou maçonneries.
L'invention est relative à un procédé pour imper- méabiliser et consolider les terrains ou maçonneries, par exemple pour imperméabiliser et consolider déjà terrains meubles (sables, graviers, etc..) ou des roches ou maçon- neries fissurées, en vue du tonnage de puits, du creusement de galeries ou tunnels, de la confection de fondations. pilotes barrages digues, etc..
On connaît déjà un procède suivant lequel on injecte dans le terrain ou maçonnerie une suspension d'argile com- mune à l'état de très fine division, et on fait agir sur cette argile un agent de foisonnement énergique.
Dans oe même procédés on peut injecter ensuite dans le terrain ou maçonnerie un agent de précipitation de la suspension. et ce dernier peut être une substance, telle que le sulfate d'alumine, capable de réagir avec l'agent de foisonnement pour donner un précipité volumineux, qui
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peut ainsi augmenter le volume final de la matière qui se dépose dans les pores du terrain .
Il semblerait à priori que ce volume final dût être proportionnel à la quantité d'agent de précipitation employé.
Or. la demanderesse a découvert ce résultat remarquable que le volume final du précipité obtenu à partir d'une suspen- sion, d'argile commune est maximum. lorsque cette suspension, après avoir été peptisée au. moyen d'une proportion eonve- nable de oarbonate de soude. est précipitée au moyen d'une proportion déterminée de sulfate d'alumine. On constate en effet que le volume total du précipité augmente d'abord, panne par un maximum puis décroît lorsque la proportion de sulfate d'aumine augmente.
On constate en outre que la proportion de carbonate de soude correspondant au point de peptisation et la proportion de sulfate d'alumine corres- pondant au maximum de volume du précipité sont relativement faibles, ce qui permetmoyennant une consommation maximum de réactifs, d'obtenir à peu de frais un foisonnement de l'argile commune égal ou même supérieur à celui de la bentonite.
Le procédé suivant la présente invention est donc caractérisé en ce qu'on prépare une suspension d'argile commune d'une densité appropriée pour pouvoir être injectée dans le terrain* en ce qu'on peptise cette suspension avec la proportion de carbonate de soude correspondant au point de peptisation et en ce qu'on fait agir ensuite sur cette argile,$ au sein du terrain à imperméabiliser où. à consoli- der, nne proportion de sulfate d'alumine correspondant au volume maximum du précipité final.
Le point de peptisation de l'argile est déterminé par la quantité de oarbonate de soude nécessaire pour ob- tenir une dispersion complète et stable de l'argile dans un volume d'eau déterminé. On a constaté qu'à chaque @ua- lité d'argile et à chaque concentration correspond un point
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de peptisation bien déterminé car la dispersion n'est ni complète ni stable si la proportion de carbonate de soude est inférieure ou supérieure au point de peptisation; Il est évident que la suspension d'argile sera refoulée d'au- tant plus facilement par les pompes d'infection que cette suspension sera plus complète et plus stable.
Le point de peptisation dépend de la nature et de la concentration de la suspension d'argile et doit être dé- terminé au préalable au laboratoire, par exemple comme ex- posé ci-après.
La proportion de sulfate d'alumine correspondant au foisonnement maximum varie également avec la nature et la concentration de la suspension d'argile et doit éga- lement être déterminée au laboratoire. compte tenu éventuel*' lement de la présence deau et d'autres électrolytes dans le terrain.
Aux dessine annexées
Les fige* 1 et 2 représentent des courbes de foison. nement pour des argiles de différentes provenances.
Les figures 3 à 5 représentent respectivement des courbes de foisonnement de trois argiles différentes, cha- que courbe correspondant à une densité de suspension dif- fer ente.
Les fige* 6 à 9 représentent respectivement des courbes de foisonnement pour quatre argiles différentes, chaque courbe correspondant à un agent de peptisation diffé- rent.
Les fige. 10 à 12 représentent respectivement des courbes de foisonnement pour trois argiles différentes, cha- que courbe correspondant à un éleotrolyte floculateur différent.
Dans toutes les figures, les ordonnées représentent le foisonnement f qui a été défini comme suit:
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V étant le volume du précipité d'argile obtenu
EMI4.1
par floculation d'une suspension poptiede* et v étant le volume du précipité d'argile obtenu par floculation d'une suspension non peptiaée, toutes choses égales d'ailleurs
Nous allons examiner successivement 1'influence de chacun des facteurs précités sur le foisonnement.
EMI4.2
Influence de la nature de l'argile (fiso l et 2t Chaque courbe a été obtenue avec une argile diffé-
EMI4.3
rente, peptieée au moyen de carbonate de sodium et flooulée par addition de sulfate d'aluminium.
On a porté en abscisses la quantité 1 d'éleotrolyte
EMI4.4
floonlateur en grammes de sulfate d'aluminium par litre de auspenaioni La densité de la suspension était de 1,06 pour toutes les courbes.
Le tableau ci-dessous indique la nature de l'argile correspondant à chaque courbe ainsi que la quantité de car- bonate de sodium assurant la peptisation, les argiles étant désignées par leur étage géologique et leur provenance;
EMI4.5
Ji- des Urature de l'arg11e:ProTenanoe:Q,uantité de carbonate com'bex : :de aodtam O#relp:JDd8l1i an : : :po:1nt de pept1sat1on en : .¯¯¯¯¯ : ua/.l1tr. de eUS"Dens 1on,& : 1 :Kame de IFIelvétien:Amouxah 1.5 : : (Alger) : :Kaol1nite :SahA->1*Xt los : 6 ne st'ar1tique Bou-Banifia
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<tb> t <SEP> du <SEP> Pontien <SEP> : <SEP> (Cran) <SEP> 1.5
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<tb>
<tb> 4 <SEP> : <SEP> : <SEP> Algérie <SEP> : <SEP> 1.5
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<tb> :
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<tb> 5 <SEP> :Argile <SEP> plastique <SEP> Sézanne <SEP> : <SEP> 1.5
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<tb>
<tb>
<tb> :du <SEP> Sparnaoien <SEP> (Marne)
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6 : Taugirard 1.5 : :
(Seine) : ? t " Sezanne 2.5
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<tb> : <SEP> (Marne)
<tb>
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8 : Baye (Yern4: 2.0
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<tb> :
<tb>
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9 :Argile plastique :Rev1gny: z,g5
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<tb> de <SEP> l'Albien <SEP> : <SEP> (Marne: <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP> :Bentonite <SEP> (Marne <SEP> 2.0
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
On voit d'après ces chiffrée que le point de pepti- sation des diverses qualités d'argile traitées varie de 1,5 à 2,5 g/litre, ce qui correspond à une faible consommation de carbonate de soude, On voit en outre diaprés les courbes que le foisonnement varie considérablement avec la nature
EMI5.1
de l'argile mais passe toujours par un maxiaaun,
ponr dé- croître ensuite à mesure que la proportion de sulfate d'a-
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lumine augmentes Qn remarque enfin qu'avec oertainea aoe- giles on obtient des foisonnements comparables à ceux ob- tenus avec la bentonite naturelle ainsi qu'il ressort de la comparaison des courbes 1 à 9 avec la courbe 10 et qu'ils sont parfois supérieurs à celui de la bentonite (voir les courbes 1, 2, 3 et 7).
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Influence de la concentration de la suapeasion en argile.
Cette influence ressort de la comparaison des cour-
EMI5.4
bes des figs. S 5 dans lesquelles les ordonnées repzéeea- @ tent les foisonnements! et les abscisses les quantités de sulfate d'aluminium en grammes par litre de suspension chaque courbe correspondant à une concentration d'argile déterminés, mesurée par la densité de la suspension.
Le tableau suivant indique la densité de la suspen- sion et la nature de l'argile correspondant à chacune des courbes des figs. 3 à 5 ;
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NO des courbeaâDenaté de la attapen8ion:Na'tmre de lexgile .¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ï¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯;¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ H 1,020 12 10062 ;Marne de ,tugydtien 1,083 (ìg16) - 1#083 1 , 1 14 1003 15 1#06 !Argil9 plaatiqne de 16 1>16 ¯ ba i.4 t S 17 1902 18 1,06 bentonite wyotaing ¯ ¯¯ 19 s 1:10 f16.
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On voit diaprés ces courbes que le foisonnement varie beaucoup avec la densité de la suspension et qu'il faudra tenir compte de ce facteur pour obtenir les meil- leurs résultats.
A ce sujet, il faut remarquer que ce que l'on re- cherche en règle générale, ce n'est pas d'obtenir un dépôt d'argile foisonnée au maximum, mais un dépôt de volume ma- ximum pour un volume donné de suspension* Or, le volume du dépôt obtenu à partir d'un volume donné de suspension augmente généralement avec la teneur en argile de la sus- pension, c'est-à-dire avec sa densité, et cela malgré le fait que dans la plupart des cas* le foisonnement diminue au contraire lorsque la densité augmente. Cependant, il n'y aura pas toujours lieu de choisir la densité qui donne le dépôt de volume maximum et cela pour des raisons d'emploi pratique des suspensions. En effets les suspensions ayant une densité relativement élevée peuvent être trop épaisses ou visqueuses pour pouvoir être pompées dans de bonnes con- ditions.
On devra donc choisir dans chaque cas la densité la plus voisine de celle qui donne le dépôt de volume ma- ximum, tout en restant dans les limites imposées par les conditions d'emploi de la suspension. A titre d'exemple, on peut Indiquer qu'une suspension ayant une densité de 1,06 convient dans la plupart des cas. la
Influence e nature de l'agent de peptisation.
Cette influence ressort de la comparaison des courbes des figs.6 à 9 dans lesquelles les ordonnées re- présentent toujours le foisonnement f et les abscisses les quantités q de sulfate d'aluminium employées pour faire floculer la suspension. en grammes par litre de suspension*
Le tableau suivant indique la nature de l'agent de peptisation et la nature de l'argile correspondant à
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chacune des courbes don figsa 9' densité des auapen- sions étant de 1,06 pour toutes les courbes*
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<tb> :
<tb>
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HO des oourbes: Nature de l'agent de pept1sa-; Nature de tion (La concentration en a- : l'argile : gent de peptieation 00;1:1'88"" : pondant au point de l?ept1aa- :
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<tb> : <SEP> tion).
<tb>
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20 Carbonate de soude (L.5x/l : 21 Soude (N/lOO) :
J(e,rne helv4 22 : Silicate de sodium (36-.' : s tierrte(ig,6j
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<tb> : <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> en <SEP> volume
<tb>
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23 Carbonate de sodium (1,56r/1) Xaoli.t1ite(t.Lg.
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<tb> 24 <SEP> : <SEP> Soude <SEP> (N/100)
<tb>
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25 Carbonate de a9d iv,ra 2, 25gr /l ' Argile ylaa%1- :,ue de l Albien soude (N/80) que (fis*8) de l'Albion 26 ' [ : Souàe (N/80) ..... 1 , (fiê181 ' 27 : Carbonate de sodium (2g%/1) t Soude (N/80) :
A,gle ae Soude (N/ao) :gUe(de SM)na- : :o1en tfig.9)
On voit d'après ces courbée que le carbonate de so- dium donne un foisonnement nettement plus grand que les au très agents de peptisation (soude* silicate de soude) et que le foisonnement obtenu avec le carbonate de squde et le sul- fate d'alumine passe toujours par un maximum* correspondant à une faible consommation en réactif a.
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Influence de la nature de l'éleotrolyte floculateur. L'influence de la nature 4e l'électrolyte tloculateur sur le foisonnement résulte des courbes représentées aux tige.10 à 12, dans lesquelles les ordonnées représentent les foisonnements et les abscisses les quantités d'électrolyte
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flooulateur, les suspensions d'argiles ayant toutes été peptisées par du carbonate de soude à la concentration qui correspond au point de peptisation.
Le tableau ci-dessous indique la nature de l'éleo-
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trolyte et la nature de l'argile correspondant à chaque courbez,
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<tb> : <SEP> :
<tb>
<tb> N <SEP> de <SEP> la <SEP> courbe: <SEP> Nature <SEP> de <SEP> l'électrolyte: <SEP> Nature <SEP> de <SEP> l'argile
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> :
<tb>
<tb> 29 <SEP> Sulfate <SEP> d'aluminium <SEP> i
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> Marne <SEP> helvétienne
<tb>
<tb> 30 <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> : <SEP> (fig.10)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 31 <SEP> : <SEP> Sulfate <SEP> d'aluminium
<tb>
<tb>
<tb> :
<SEP> .Argile <SEP> plastique <SEP> de
<tb>
<tb> 32 <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> l'Albien
<tb>
<tb> (fig.11)
<tb>
<tb>
<tb> 33 <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 34 <SEP> Sulfate <SEP> d'aluminium
<tb>
<tb>
<tb> ... <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> i <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> Bentonite <SEP> Wyoming
<tb>
<tb> (fig.12)
<tb>
<tb>
<tb> 36 <SEP> : <SEP> chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> :
<tb>
<tb> :
<tb>
Il résulte de la comparaison de ces courbes que l'é- lectrolyte qui donne le foisonnement maximum est le sulfate d'aluminium.
On va décrire ci-dessous comment on peut effectuer en pratique les opérations pour déterminer les meilleures condi- tions à réaliser pour l'exécution d'un travail déterminé, et exécuter ce travail.
La nature de l'argile à employer dépendra le plus souvent des ressources locales. En effets pour des raisons d'économie on sera amené à utiliser l'argile provenant du gisement le plus voisin du lieu d'utilisation. Cependant il peut arriver que des argiles de natures différentes entrent en ligne de compte.
Dans tous les cas, on soumettra la ou les argiles aux essais suivants : a) Détermination du point de peptisation :
On prépare à partir d'un échantillon d'argile recueilli avec toutes les précautions habituelles de la prise d'échan- ti@lon, une série de suspensions de densité appropriée à l'in- jection (1,06 par exemple. soit sensiblement une teneur de 10% d'argile sèche en poids), dans des solutions de carbonate
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de soude de concentrations croissantes en CO3Na2, par exemple Og., 0g.5, 1g., le.5, 2g., 2g.5, etc..par litre de solution, Après repos de 24 à 48 heures, on notera la suspension ne pré- sentant pratiquement pas de dépôt; ceci donnera la concentra- tion en CO3Na2 correspondant au point de peptisation;
au be- soin on pourra préciser davantage le point de peptisation exact par une nouvelle série d'expériences pour des oonoen- trations intermédiaires. b) Détermination de la proportion optima de sulfate d'alumine;
Dans une série d'éprouvettes contenant 100 oc. de suspension d'argile peptisée de densité 1,06 par exemple* on ajoute des quantités croissantes d'une solution de sulfate d'a- lumine à 400 grs de sel cristallisé par litre (par exemple 5,10,15,30,30,etc..centimètres cubes). On agite et on laisse en repos 48 heures. On note alors le volume du dépôt dans chaque éprouvette et on en déduit le foisonnement.
A remarquer que la densité de la suspension a alors légèrement augmenté car la solution de sulfate pèse 24 B, mais son injectabilité n'a pu que s'améliorer. On répétera cette opération sur des suspens sions de densités différentes et on peut alors établir des cour- bes analogues aux courbes des fige,,3 à 5 et en déduire quelle addition de sulfate est nécessaire pour obtenir le foisonne- ment maximum et quelle est la senaité de suspension optimum.
Dans le cas où plusieurs argiles sont susceptibles d'être employées on répétera les essais à) et b) pour les différentes argiles et on pourra déterminer ainsi l'argile donnant le foisonnement maximum* c) Choix de la densité de suspension: L'essai b) a montré la densité d'argile qui donne le foisonnement maximum. Cependant la densité à employer dépent également des conditions pratiques d'emploi de la suspension et devra être choisis en tenant compte du problème à. résoudre.
En particulier, il faudra tenir compte de la nature du milieu à traiter, de sa résistance, de la porosité, des dimensions
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des vides à colmater, des possibilités de pompage de la sus- pension. La détermination de la densité maximum qui permette l'injection se fera de préférence par quelques essais pra- tiques d'injection dans le milieu même à traiter qui rensei- gneront srcr la porosité, la perméabilité et la résistance du terrait
On choisira en règle générale une densité de suspen- sion eorreepondant au volume maximum d'argile déposée par uni- té de volume de suspension, de façon à réduire au maximum la quantité de suspension à injecter.
Cette densité pourra coînci- der suivant les circonstances, soit avec la densité maximum limite qui permette l'injection dans le terrain à traiter, soit avec la densité correspondant au foisonnement maximum, maie oe sera généralement une densité intermédiaire entre celles-ci,
En général, la densité optimum de la suspension dans le cas de terrains meubles, sableux, à pores relativement fins, ou dans le cas de maçonneries sera voisine de 1,06; TECHNIQUE DE L'INJECTION
Les sondages seront en général implantés à une dis- tance de 1,00 à 3,00 m. de telle sorte que l'ensemble du milieu à injecter soit traité.
On en déduira le volume de terrain à traiter, donc le volume de vides à remplir. Connaissant le foisonnement de l'argile et le volume du précipité après floculation* on en déduira le volume de suspension à injecter. On prévoiera évidemment un léger excès pour les pertes éventuelles* Dans chaque sondage on injectera donc la quantité de suspension ainsi déterminée que l'on fera suivre d'un volume égal de so- lution de sulfate d'alumine à une concentration telle que la proportion du poids de sulfate d'alumine au volume de suspension soit oelle du foisonnement maximum pour la concen- tration optima déterminée comme dit ci-dessus*
Il n'y a pas de risque à ce que l'injection posté- rieure de sulfate d'alumine chasse la suspension d'argile
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injectée précédemment, puisque dès son contact avec celle-ci, le sulfate d'alumine flocule la suspension, en donnant un dé- pôt d'argile volumineux, dont le cheminement est désormais impossible. Par contre, l'eau en excès sera chassée à travers lea pores ou fissures du. terrain sous l'effet de la pression d'injection. L'injection de sulfate ce poursuivra donc au. travers du. sol, en floculant de proche en proche la suspension d'argile, et en donnant lieu à un précipité volumineux d'ar- gile floculée. Ceci se manifestera par une augmentation pro- gressive de la pression au. cours de l'injection de sulfate.
L'injection sera arrêtée quand le volume de solution de sul- fate déterminé à l'avance sera injecté* Ceci nécessitera donc un ralentissement progressif de la vitesse de l'injection du sulfate pour conserver une pression d'injection compatible aveo la résistance du. milieu à traiter. Une seconde injec- tion et d'autres, s'il y a lieu, seront conduites de façon identique, jusqu'à obtention de l'imperméabilité totale.
Exemple 1 :
On a à traiter un sable à grains fine d'une porosité 35% pour lequel on aura choisi une suspension de densité 1,06 d'une argile identique à l'argile fig.3.
La courbe 12 montre que la peptisation étant assurée par une solution de carbonate contenant le.5 de CO3Na2 par litre, le maximum de foisonnement est obtenu, par une addition de 12g.5 de sulfate d'alumine pour 1 litre de suspension,
Supposons qu'au. cours de l'injection, on veuille étan- oher ou. consolider 1m3 de terrain.
Il contient 350 1. de vides,
La suspension de densité 1,06 après floculation donne lieu à un dépôt de 84 cc.pour 100 ce* de suspension (ce chiffre est donné au cours de l'essai de laboratoire)*
On injectera donc 350 litres de suspension de den- site 1,06 puis 350 litres de solution de sulfate d'alumine à 12g.5 par litre, ce qui donnera le poids total de sulfate: 4 kgs.375 nécessaire pour floculer avec le foisonnement ma- ximum 350 litres de suspension.
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A ce moment, le vide à traiter aura été réduit de 250 litres à 56 litres. S'il subsiste une perméabilité résiduel- le* on pourra recommencer l'opération en injectant 56 1, de suspension à la même densité ou à une densité inférieure
1,02 par exemple, si la pression d'injection l'exige.
Exemple II:
Dans le cas où. le terrain à traiter contient une eau ohargée en sel, le problème se résoudra comme suit: si le pourcentage de sels est faible et surtout si ces sels sont monovalents, des expériences de laboratoire analogues à celles du paragraphe a) mais où. l'eau pure des solution de carbonate de soude seraremplacée par l'eau da terrains permettront de déterminer la teneur en CO3Na2 oapable de compenser l'effet floeulateur des sels du terrain. Dans ce cas, l'infection se fera comme dans l'exemple lavec la nouvelle teneur en carbonate.
Si le pourcentage de sels est élevé et s'ils sont poly- Talents. il sera peut être impossible d'opérer comme ci-des- sus. On injectera donc dans le sol une suspension de densité
1,06 par exemple. peptisée au carbonate, la floculation se faisant partiellement au contact de la suspension et des eaux du terrain. On achèvera la floculation par une injection d'un volume égal de sulfate d'alumine dont la teneur sera déterminée ainsi: si le sol ne contenait pas de sels %riva- lentson saurait que l'on doit injecter un poids P de sulfa- te d'alumine dissout dans un volume d'eau égal au volume de la suspension.
Si le volume de sol à traiter renferme un poids q de sels trivalents, on se contentera d'injecter un poids (P-Q) de sulfate d'alumine dans le même volume d'eau.
Il y a lieu de remarquer que certaines argiles ne sont pas piptisables parce qu'elles contiennent de grandes quan- tités de sels floculateurs. Ces argiles pourraient être ren- dues peptisables par un traitement approprié comportant plu- sieurs lavages suivis de décantations mais ces traitements sent coûteux.
On choisira donc autant que possible une ar- gile ne contenant pratiquement pas de sels solubles qui seraient susceptibles de gêner la peptisation ou même de
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l'empêcher, lorsque leur proportion est excessive
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux exemples ci-dessus décrits et il faudra tenir compte dans chaque cas des conditions particulières dans lesquel- les on se trouve
REVENDICATIONS
1 - Procédé d'imperméabilisation et de consolida'* tion des terrains et maçonneries caractérise en ce qu'on prépare une suspension d'argile commune d'une densité ap- propriée pour pouvoir être injectée dans le terrains en ce qu'on peptise cette suspension avec la proportion de
car- bonate de soude correspondant au point de peptisation et en ce qu'on fait agir ensuite sur cette argile. au sein du terrain à imperméabiliser ou consolider. une proportion de sulfate d'alumine correspondant au volume du précipite final.
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Process for waterproofing and consolidating land or masonry.
The invention relates to a process for waterproofing and consolidating land or masonry, for example for waterproofing and consolidating already soft land (sand, gravel, etc.) or rocks or cracked masonry, with a view to tonnage. wells, the digging of galleries or tunnels, the making of foundations. pilots dams dikes, etc.
A procedure is already known according to which a suspension of common clay in the state of very fine division is injected into the ground or masonry, and an energetic expansion agent is made to act on this clay.
In the same process, an agent for precipitating the suspension can then be injected into the ground or masonry. and the latter may be a substance, such as alumina sulfate, capable of reacting with the expanding agent to give a bulky precipitate, which
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can thus increase the final volume of the material that settles in the pores of the ground.
It would seem a priori that this final volume should be proportional to the quantity of precipitation agent used.
Now, the Applicant has discovered this remarkable result that the final volume of the precipitate obtained from a suspension of common clay is maximum. when this suspension, after having been peptized in. using an appropriate proportion of soda ash. is precipitated by means of a determined proportion of alumina sulphate. It is in fact observed that the total volume of the precipitate first increases, breaks down by a maximum and then decreases when the proportion of alumina sulphate increases.
It is further observed that the proportion of sodium carbonate corresponding to the point of peptization and the proportion of alumina sulphate corresponding to the maximum volume of the precipitate are relatively low, which allows, with a maximum consumption of reagents, to obtain at little cost an expansion of common clay equal to or even greater than that of bentonite.
The process according to the present invention is therefore characterized in that a common clay suspension of an appropriate density is prepared in order to be able to be injected into the ground * in that this suspension is peptized with the corresponding proportion of sodium carbonate. at the point of peptization and in that this clay is then made to act, $ within the ground to be waterproofed where. to be consolidated, a proportion of alumina sulphate corresponding to the maximum volume of the final precipitate.
The clay peptization point is determined by the amount of sodium bicarbonate necessary to obtain a complete and stable dispersion of the clay in a determined volume of water. It has been observed that at each ua-ity of clay and at each concentration corresponds a point
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of well-defined peptization because the dispersion is neither complete nor stable if the proportion of sodium carbonate is lower or higher than the point of peptization; Obviously, the clay slurry will be pushed back more easily by the infection pumps as this slurry will be more complete and more stable.
The point of peptization depends on the nature and the concentration of the clay suspension and must be determined beforehand in the laboratory, for example as explained below.
The proportion of alumina sulphate corresponding to the maximum expansion also varies with the nature and the concentration of the clay suspension and must also be determined in the laboratory. taking into account the possible presence of water and other electrolytes in the soil.
To the attached drawings
The figs * 1 and 2 represent curves of abundance. nement for clays of different origins.
FIGS. 3 to 5 represent respectively expansion curves of three different clays, each curve corresponding to a different suspension density.
Figures 6 to 9 respectively represent expansion curves for four different clays, each curve corresponding to a different peptizing agent.
Freezes them. 10 to 12 respectively represent expansion curves for three different clays, each curve corresponding to a different flocculating electrolyte.
In all the figures, the ordinates represent the expansion f which has been defined as follows:
EMI3.1
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V being the volume of the clay precipitate obtained
EMI4.1
by flocculation of a poptied suspension * and v being the volume of the clay precipitate obtained by flocculation of a non-peptia suspension, all other things being equal
We will successively examine the influence of each of the aforementioned factors on the expansion.
EMI4.2
Influence of the nature of the clay (fiso l and 2t Each curve was obtained with a different clay
EMI4.3
annuity, peptieée by means of sodium carbonate and floated by addition of aluminum sulphate.
The quantity 1 of electrolyte has been plotted on the abscissa
EMI4.4
floonlator in grams of aluminum sulphate per liter of auspenaioni The density of the suspension was 1.06 for all curves.
The table below indicates the nature of the clay corresponding to each curve as well as the quantity of sodium carbonate ensuring the peptization, the clays being designated by their geological stage and their origin;
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Ji- des Urature of arg11e: ProTenanoe: Q, amount of carbonate com'bex:: of aodtam O # relp: JDd8l1i an::: po: 1nt of pept1sat1on in: .¯¯¯¯¯: ua / .l1tr . de eUS "Dens 1on, &: 1: Kame de IFIelvétien: Amouxah 1.5:: (Algiers):: Kaol1nite: SahA-> 1 * Xt los: 6 ne st'ar1tique Bou-Banifia
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<tb> t <SEP> of the <SEP> Pontian <SEP>: <SEP> (Notch) <SEP> 1.5
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP>: <SEP>: <SEP> Algeria <SEP>: <SEP> 1.5
<tb>
<tb>
<tb>:
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP>: Plastic <SEP> clay <SEP> Sézanne <SEP>: <SEP> 1.5
<tb>
<tb>
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<tb>: from <SEP> Sparnaoien <SEP> (Marne)
<tb>
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6: Taugirard 1.5::
(Seine):? t "Sezanne 2.5
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<tb>: <SEP> (Marne)
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EMI4.9
8: Baye (Yern4: 2.0
EMI4.10
<tb>:
<tb>
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9: Plastic clay: Rev1gny: z, g5
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<tb> of <SEP> the Albian <SEP>: <SEP> (Marne: <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP>: Bentonite <SEP> (Marne <SEP> 2.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 5>
It can be seen from these figures that the peptization point of the various qualities of clay treated varies from 1.5 to 2.5 g / liter, which corresponds to a low consumption of sodium carbonate. according to the curves that the abundance varies considerably with nature
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clay but still goes through a maxiaaun,
ponr then decreases as the proportion of a-
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lumine increases Qn note finally that with oertainea aoe- giles one obtains expansion comparable to those obtained with natural bentonite as it emerges from the comparison of curves 1 to 9 with curve 10 and that they are sometimes higher to that of bentonite (see curves 1, 2, 3 and 7).
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Influence of the concentration of the clay suapeasion.
This influence emerges from a comparison of
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bes of figs. S 5 in which the repzéeea- @ ordinates the expansion! and the abscissa the quantities of aluminum sulphate in grams per liter of suspension, each curve corresponding to a determined clay concentration, measured by the density of the suspension.
The following table indicates the density of the suspension and the nature of the clay corresponding to each of the curves in figs. 3 to 5;
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NO of the curvature of the attapen8ion: Na'tmre de lexgile .¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯; ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ H 1.020 12 10062; Marne de, Tugydtien 1.083 (ìg16) - 1 # 083 1, 1 14 1003 15 1 # 06! Argil9 plaatiqne 16 1> 16 ¯ ba i.4 t S 17 1902 18 1.06 bentonite wyotaing ¯ ¯¯ 19 s 1:10 f16.
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It can be seen from these curves that the expansion varies greatly with the density of the suspension and that this factor must be taken into account in order to obtain the best results.
In this regard, it should be noted that what is generally sought for is not to obtain a deposit of clay expanded to the maximum, but a deposit of maximum volume for a given volume of suspension * However, the volume of the deposit obtained from a given volume of suspension generally increases with the clay content of the suspension, that is to say with its density, and this despite the fact that in the In most cases * the expansion decreases on the contrary when the density increases. However, it will not always be necessary to choose the density which gives the maximum volume deposit and this for reasons of practical use of the suspensions. In fact, suspensions having a relatively high density may be too thick or viscous to be able to be pumped under good conditions.
We must therefore choose in each case the density closest to that which gives the deposit of maximum volume, while remaining within the limits imposed by the conditions of use of the suspension. By way of example, it can be stated that a suspension having a density of 1.06 is suitable in most cases. the
Influence on the nature of the peptizing agent.
This influence emerges from the comparison of the curves of Figs. 6 to 9 in which the ordinates always represent the expansion f and the abscissas the quantities q of aluminum sulphate used to flocculate the suspension. in grams per liter of suspension *
The following table indicates the nature of the peptizing agent and the nature of the clay corresponding to
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each of the curves shows 9 'density of the auapences being 1.06 for all the curves *
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<tb>:
<tb>
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HO of oourbes: Nature of the pept1sa- agent; Nature of tion (The concentration of a-: clay: peptieation type 00; 1: 1'88 "": laying at the point of l? Ept1aa-:
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<tb>: <SEP> tion).
<tb>
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20 Soda ash (L.5x / l: 21 Soda (N / lOO):
J (e, rne helv4 22: Sodium silicate (36-. ': S tierrte (ig, 6j
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<tb>: <SEP> 0.5 <SEP>% <SEP> in <SEP> volume
<tb>
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23 Sodium carbonate (1.56r / 1) Xaoli.t1ite (t.Lg.
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<tb> 24 <SEP>: <SEP> Soda <SEP> (N / 100)
<tb>
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25 Carbonate of a9d iv, ra 2, 25gr / l 'Argile ylaa% 1-:, ue of Albian soda (N / 80) que (fis * 8) of Albion 26' [: Souàe (N / 80) ..... 1, (fiê181 '27: Sodium carbonate (2g% / 1) t Soda (N / 80):
A, gle ae Soda (N / ao): gUe (de SM) na-:: o1en tfig. 9)
We see from these curves that the carbonate of sodium gives a much greater expansion than the very peptizing agents (soda * silicate of soda) and that the expansion obtained with the carbonate of squde and the sul- fate of The alumina always passes through a maximum * corresponding to a low consumption of reagent a.
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Influence of the nature of the flocculating electrolyte. The influence of the nature of the relocating electrolyte on the expansion results from the curves shown in rods. 10 to 12, in which the ordinates represent the expansion and the abscissa the quantities of electrolyte
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flooulator, the clay suspensions having all been peptized with sodium carbonate at the concentration which corresponds to the point of peptization.
The table below indicates the nature of the
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trolyte and the nature of the clay corresponding to each bend,
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<tb>: <SEP>:
<tb>
<tb> N <SEP> of <SEP> the <SEP> curve: <SEP> Nature <SEP> of <SEP> electrolyte: <SEP> Nature <SEP> of <SEP> the clay
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<tb> 29 <SEP> Aluminum <SEP> sulphate <SEP> i
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<tb>: <SEP> Marne <SEP> Swiss
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<tb> 30 <SEP> <SEP> sodium <SEP> chloride <SEP>: <SEP> (fig. 10)
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<tb>
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<tb> 31 <SEP>: <SEP> Aluminum <SEP> sulphate
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<tb>
<tb>:
<SEP>. Clay <SEP> plastic <SEP> of
<tb>
<tb> 32 <SEP> Calcium <SEP> <SEP> <SEP> Albian <SEP> Chloride
<tb>
<tb> (fig.11)
<tb>
<tb>
<tb> 33 <SEP> Sodium <SEP> <SEP> Chloride
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 34 <SEP> Aluminum <SEP> sulphate
<tb>
<tb>
<tb> ... <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> i <SEP> Calcium <SEP> Chloride <SEP> <SEP> Bentonite <SEP> Wyoming
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<tb> (fig.12)
<tb>
<tb>
<tb> 36 <SEP>: <SEP> <SEP> sodium <SEP> chloride <SEP>:
<tb>
<tb>:
<tb>
It results from the comparison of these curves that the electrolyte which gives the maximum expansion is aluminum sulphate.
A description will be given below of how the operations to determine the best conditions to be achieved for the execution of a given job can be carried out in practice, and this work can be carried out.
The nature of the clay to be used will usually depend on local resources. Indeed, for reasons of economy, it will be necessary to use clay from the deposit closest to the place of use. However, it can happen that clays of different natures come into play.
In all cases, the clay (s) will be subjected to the following tests: a) Determination of the point of peptization:
From a sample of clay collected with all the usual precautions for taking a sample, a series of suspensions of a density suitable for injection (1.06 for example, ie substantially. a content of 10% dry clay by weight), in carbonate solutions
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of sodium hydroxide with increasing concentrations of CO3Na2, for example Og., 0g.5, 1g., le.5, 2g., 2g.5, etc ... per liter of solution, After standing for 24 to 48 hours, note the suspension showing practically no deposit; this will give the CO3Na2 concentration corresponding to the point of peptization;
if necessary, the exact point of peptization can be further specified by a new series of experiments for intermediate oonoentrations. b) Determination of the optimum proportion of alumina sulfate;
In a series of test tubes containing 100 oc. of peptized clay suspension with a density of 1.06, for example * increasing quantities of a solution of aluminum sulphate at 400 g of crystallized salt per liter (for example 5,10,15,30,30 , etc ... cubic centimeters). It is stirred and left to stand for 48 hours. The volume of the deposit in each test specimen is then noted and the expansion is deduced therefrom.
It should be noted that the density of the suspension then increased slightly because the sulfate solution weighs 24 B, but its injectability could only improve. This operation will be repeated on suspensions of different densities and it is then possible to establish curves analogous to the curves of figs, 3 to 5 and to deduce from this which addition of sulphate is necessary to obtain the maximum expansion and what is the optimum suspension soundness.
In the event that several clays are likely to be used, the tests a) and b) will be repeated for the different clays and the clay giving the maximum expansion * c) Choice of the suspension density: The test b) showed the clay density which gives the maximum expansion. However, the density to be used also depends on the practical conditions of use of the suspension and should be chosen taking into account the problem. solve.
In particular, it will be necessary to take into account the nature of the medium to be treated, its resistance, the porosity, the dimensions
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voids to be sealed, possibilities for pumping the suspension. The determination of the maximum density which allows the injection will preferably be done by a few practical injection tests in the medium to be treated which will provide information on the porosity, the permeability and the resistance of the soil.
As a general rule, a suspension density will be chosen which corresponds to the maximum volume of clay deposited per unit volume of suspension, so as to minimize the quantity of suspension to be injected.
This density may coincide, depending on the circumstances, either with the maximum limit density which allows injection into the soil to be treated, or with the density corresponding to the maximum expansion, but will generally be an intermediate density between these,
In general, the optimum density of the suspension in the case of loose, sandy soils with relatively fine pores, or in the case of masonry, will be close to 1.06; INJECTION TECHNIQUE
The boreholes will generally be staked at a distance of 1.00 to 3.00 m. so that the entire medium to be injected is treated.
We will deduce the volume of land to be treated, therefore the volume of voids to be filled. Knowing the expansion of the clay and the volume of the precipitate after flocculation *, the volume of suspension to be injected will be deduced therefrom. A slight excess will obviously be provided for any losses. * In each sample, the quantity of suspension thus determined will therefore be injected, followed by an equal volume of alumina sulphate solution at a concentration such that the proportion from the weight of alumina sulphate to the volume of suspension is the maximum expansion for the optimum concentration determined as stated above *
There is no risk that the subsequent injection of alumina sulphate will drive out the clay suspension.
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injected previously, since as soon as it comes into contact with it, the alumina sulphate flocculates the suspension, giving a voluminous clay deposit, the path of which is now impossible. On the other hand, the excess water will be forced out through the pores or cracks of the. terrain under the effect of the injection pressure. The sulphate injection will therefore continue at. through the. soil, gradually flocculating the clay suspension, and giving rise to a voluminous precipitate of flocculated clay. This will be manifested by a gradual increase in the pressure at. during sulfate injection.
The injection will be stopped when the volume of sulphate solution determined in advance is injected. This will therefore require a gradual slowing down of the speed of the sulphate injection in order to maintain an injection pressure compatible with the resistance of. medium to be treated. A second injection and others, if necessary, will be carried out in the same way, until complete impermeability is obtained.
Example 1:
We have to treat a fine-grained sand with a porosity of 35% for which we have chosen a suspension of density 1.06 of a clay identical to the clay fig.3.
Curve 12 shows that the peptization being ensured by a carbonate solution containing le.5 of CO3Na2 per liter, the maximum expansion is obtained, by an addition of 12g. 5 of alumina sulphate for 1 liter of suspension,
Suppose that at. during the injection, we want to etan- oher or. consolidate 1m3 of land.
It contains 350 1. of voids,
The suspension with a density of 1.06 after flocculation gives rise to a deposit of 84 cc per 100 cc * of suspension (this figure is given during the laboratory test) *
We will therefore inject 350 liters of suspension of 1.06 density then 350 liters of alumina sulphate solution at 12g. 5 per liter, which will give the total weight of sulphate: 4 kgs. 375 necessary to flocculate with the expansion. maximum 350 liters of suspension.
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At this time, the vacuum to be treated will have been reduced from 250 liters to 56 liters. If there is residual permeability * the operation can be repeated by injecting 56 l of suspension at the same density or at a lower density
1.02 for example, if the injection pressure requires it.
Example II:
In the case where. the ground to be treated contains water oharged with salt, the problem will be solved as follows: if the percentage of salts is low and especially if these salts are monovalent, laboratory experiments similar to those of paragraph a) but where. the pure water of the sodium carbonate solutions will be replaced by water from the land will make it possible to determine the CO3Na2 content capable of compensating for the floating effect of the salts in the land. In this case, the infection will occur as in the example with the new carbonate content.
If the percentage of salts is high and if they are poly-Talent. it may not be possible to operate as above. We will therefore inject into the soil a suspension of density
1.06 for example. peptized with carbonate, the flocculation being partially in contact with the suspension and the ground water. The flocculation will be completed by injecting an equal volume of alumina sulphate, the content of which will be determined as follows: if the soil did not contain rival% salts, we would know that we must inject a weight P of sulphate of alumina dissolved in a volume of water equal to the volume of the suspension.
If the volume of soil to be treated contains a weight q of trivalent salts, it will be enough to inject one weight (P-Q) of alumina sulphate in the same volume of water.
It should be noted that some clays are not piptisable because they contain large amounts of flocculating salts. These clays could be made peptizable by an appropriate treatment comprising several washings followed by settling, but these treatments are expensive.
As far as possible, therefore, a clay will be chosen which practically does not contain soluble salts which would be liable to hinder peptization or even
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prevent it, when their proportion is excessive
Of course, the invention is in no way limited to the examples described above and it will be necessary to take into account in each case the particular conditions in which one finds oneself.
CLAIMS
1 - A process for waterproofing and consolidating land and masonry, characterized in that a suspension of common clay of an appropriate density is prepared in order to be able to be injected into the land in that this is peptized. suspension with the proportion of
sodium carbonate corresponding to the point of peptization and in that this clay is then made to act. within the ground to be waterproofed or consolidated. a proportion of alumina sulfate corresponding to the volume of the final precipitate.