Chapitre 3 Techniques expérimentales et procédures d’essais
2. Caractéristiques et installation des modèles réduits
Dans cette seconde section, on détaille les caractéristiques des modèles réduits en lien direct avec le dimensionnement qui a été présenté dans le chapitre 2. Les procédures à suivre pour l’installation de la fondation des modèles réduits sont ensuite présentées : installation manuelle par battage pour le modèle 1/120 et installation à l’aide d’un servo vérin par fonçage pour le modèle 1/60. Enfin, l’installation du mât sur la fondation est présentée. En conclusion, les étapes de l’installation préliminaire à tout essai sont récapitulées, depuis la mise en place du massif de sable jusqu’à l’installation du modèle réduit.
2.1. Modèles réduits
Dans le chapitre précédent, l’ensemble des dimensions des modèles réduits ont été définies et récapitulées dans le Tableau 3.3. Chacun des modèles réduits est donc constitué d’un mât et d’une structure support (appelée pieu dans cette section). La liaison entre le mât et le pieu est assurée par des brides à l’extrémité des deux pièces. Ces brides, illustrées en Figure 3.7 (a) et (b), sont reliées entre elles par un ensemble de vis et écrous, qui sont ajustés à l’aide d’une clé dynamométrique assurant ainsi un serrage identique pour chaque vis. Les modèles obtenus sont présentés sur la Figure 3.7 (c) et leurs caractéristiques dans le Tableau 3.3.
(a) (c) (d)
(b)
Figure 3.7 - (a) Système de brides ; (b) fixation des brides ; (c) photo des deux modèles réduits ; (d) schéma du modèle réduit
mât
bridemât bridepieu
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Tableau 3.3 - Caractéristiques des modèles réduits Modèle 1/120
Mât Bridemât Bridepieu Pieu
Diamètre (mm) 20 54,1 54,1 30
Longueur (mm)
(hauteur des brides) 533 7,3 5,7
450 Fiche : 300
Epaisseur (mm) 2 19,1 14,1 2
Modèle 1/60
Mât Bridemât Bridepieu Pieu
Diamètre (mm) 70 130,0 130,0 80
Longueur (mm)
(hauteur des brides) 1245 15,0 12,0
930 Fiche : 600
Epaisseur (mm) 2 32,0 27,0 2
2.2. Installation du pieu et du mât
Une fois le massif de sable mis en place s’ensuit l’installation de la fondation puis du mât. La procédure relative à ces installations est présentée dans les paragraphes suivants.
Modèle 1/120
L’installation de la fondation du modèle 1/120 a été réalisée manuellement. Un guide est placé le long du pieu pour assurer sa verticalité (Figure 3.8). Le pieu est enfoncé à l’aide d’un maillet jusqu’à la profondeur choisie. Cette procédure a été utilisée pour chaque essai réalisé sur le modèle 1/120. Cette installation par battage se rapproche de l’installation in situ des monopieux.
Figure 3.8 - Guide pour l'installation du pieu Modèle 1/60
La fondation du modèle 1/60 est un pieu cylindrique ayant un diamètre de 80 mm et une fiche de 600 mm. Ses dimensions ne permettent donc pas de mettre en place le pieu manuellement. Il a été installé par fonçage à l’aide du vérin hydraulique longue course du dispositif d’essais en chambre d’étalonnage
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du laboratoire [94]. Ce dernier a une course de 800 mm et une capacité de 20 kN. Une fois le massif de sable mis en place, la baudruche est installée à la surface du massif puis l’ensemble du dispositif est refermé avec le couvercle. Les trois modules constituant le réservoir et le couvercle sont maintenus et reliés entre eux grâce à des tirants de serrage. L’ensemble est ensuite déplacé sous le servo vérin et le pieu est disposé au centre de la cuve et en contact avec le servo vérin, comme illustré sur la Figure 3.9 (a). La verticalité du pieu est vérifiée avec un niveau, voir Figure 3.9 (b). Le fonçage est réalisé à déplacement contrôlé, à la vitesse de 1 mm/s.
(a) (b)
(c)
Figure 3.9 - (a) Système de fonçage du pieu ; (b) Ajustement du pieu ; (c) Enfoncement du pieu
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Une courbe typique de fonçage du pieu est présentée sur la Figure 3.10. Force est de constater que la limite du servo vérin est atteinte lors du fonçage des derniers centimètres du pieu. En effet, le fonçage réalisé dans la cellule fermée provoque des surcontraintes (augmentation à la fois de la pression d’eau dans la baudruche et de la réaction des modules sur le massif) du fait du refoulement du sable lié à l’introduction du tube, ce qui a pour conséquence de solliciter assez rapidement le capteur de force jusqu’à sa limite. Pour éviter ces surcontraintes, il a donc fallu à la fois ouvrir le couvercle supérieur de la cellule et solidariser, à l’aide de serre-joints, les différents modules du dispositif pour éviter leur décollement. Cette procédure permet au sable de remonter vers la surface sans s’insinuer entre les modules lors du fonçage du pieu.
Fixation du mât
Les brides soudées sur le mât et la fondation sont fixées entre elles par un ensemble de vis et d’écrous. Comme souligné précédemment, le vissage est réalisé à l’aide d’une clé dynamométrique. Afin d’évaluer l’influence du couple de serrage des vis sur la fréquence propre des modèles réduits, la fréquence propre de chacun des modèles a été évaluée pour différents couples de serrage. Ces mesures ont été faites pour le modèle 1/120 pour un couple allant de 1 à 5 Nm pour deux configurations :
- modèle installé dans le massif de sable avec une contrainte verticale de 200 kPa ; - modèle libre-libre (suspendu).
L’application d’une contrainte de 200 kPa sur le massif de sable permet de s’assurer que l’évolution de la fréquence propre provient uniquement de la modification du couple de serrage et non du sol. Pour le modèle 1/60, seule la première configuration a été considérée pour un couple allant de 10 à 30 Nm. Les résultats sont présentés sur la Figure 3.11.
(a) (b)
(c)
Figure 3.11 - Influence du couple de serrage sur la fréquence propre : (a) modèle 1/120 avec 𝜎𝑉′= 200kPa ; (b) modèle 1/120
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Pour chaque configuration considérée, un accéléromètre (Brüel et Kjær 4507 B004), est collé sur le modèle réduit et cinq essais de vibration libre suite à un choc ponctuel sur la structure sont réalisés. L’écart-type présenté sur les graphes de la Figure 3.11 est déterminé à partir des résultats de ces cinq essais. La fréquence propre de la structure est obtenue à l’aide d’une méthode utilisant la transformée en ondelettes du signal (voir Annexe D de [95]). Ce traitement du signal est introduit dans la section 3.1.3 de ce chapitre.
D’après les graphes obtenus, il semble difficile de conclure sur l’influence du couple de serrage des vis. Ainsi en considérant uniquement un aspect pratique, un couple moyen de 3 Nm pour le modèle 1/120 et de 20 Nm pour le modèle 1/60 ont été finalement retenus pour l’installation du mât sur la fondation. En effet, ces couples de serrage permettent d’assurer pour chacun des modèles une fixation suffisante sans engendrer la rotation du pieu dans le sol lors du vissage.
2.3. Préparation du dispositif expérimental : récapitulatif de la procédure
Pour chaque essai, les étapes suivantes dans le Tableau 3.4 ont été suivies.
Tableau 3.4 - Récapitulatif de la procédure d'installation pour chaque modèle
Modèle 1/120 Modèle 1/60 Massif de sable Pluviation sur une hauteur de
450 mm
Pluviation sur une hauteur de 700 mm
Installation de la fondation
Installation manuelle du pieu par battage
Installation de la baudruche Fermeture de la cellule
Installation de la baudruche Installation du pieu par fonçage Fermeture de la cellule
Installation du mât Serrage avec clé dynamométrique avec un couple de 3 Nm
Serrage avec clé dynamométrique avec un couple de 20 Nm
La procédure de mise en place du massif de sol et du modèle réduit, décrites dans cette partie, ont été suivie pour l’ensemble des essais réalisés par la suite. Le même état initial est donc considéré, quel que soit l’essai effectué ensuite. Les procédures relatives à l’ensemble des essais réalisés, statiques ou cycliques, sont détaillées dans la partie suivante.
Il semble important de souligner que les conditions aux limites ne sont pas exactement identiques pour les modèles 1/120 et 1/60. Le dispositif du premier est équipé de cales qui rendent cette surface moins rigide que celle considérée pour le plus grand modèle. Une autre différence majeure provient de l’installation du pieu par battage ou fonçage en fonction des modèles. Si l’influence de chacun de ces éléments n’a pas été étudiée, il convient tout de même de relever que ce sont des paramètres pouvant influencer les résultats et donc la comparaison entre les deux modèles.
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