IV.2 Présentation des résultats des essais de pieux en vraie grandeur
IV.2.1 Les essais de Dunkerque
Les essais de chargements cycliques de pieux en vraie grandeur réalisés à Dunkerque ont été effectués par l’Imperial College (I.C.L) pour le compte du H.S.E (Health and Safety Executive, UK). Les essais ont été réalisés entre le 01/09/1998 et le 21/11/1998. Les pieux utilisés sont des pieux battus ouverts en acier installés dans du sable.
a) Présentation du site
Les essais ont été réalisés dans une zone nommée Zip des Huttes, située à l’ouest de Dunkerque. Le site présente un profil de sol sableux relativement dense et sa stratigraphie est résumée sur la Figure IV.1. La nappe d’eau a été trouvée à 4 m de profondeur. Les trois principales unités géotechniques du sol sont les suivantes :
- 0 à 3 m : Remblai hydraulique, constitué de sable Flandrien récupéré de dépôts marins placés entre 1972 et 1975 ;
190
- au-delà de à 30 m : Argile Yprésienne, argile marine nommée Argile des Flandres ou Argile de Londres.
Figure IV.1 : Stratigraphie et profil CPT type du sable de Dunkerque (Jardine et Standing, 2000)
La Figure IV.1 représente également un profil CPT type du sol de Dunkerque. Afin de réaliser ces essais in-situ, sept essais pénétrométriques statiques (CPT) ont été réalisés au cours de l’automne 1998 au voisinage des pieux mis en place par battage. Les profils CPT obtenus à partir de ces essais sont présentés dans le paragraphe IV.3.1.1. Ces résultats ont été utilisés dans la modélisation de ces essais. Des essais en laboratoire ont été réalisés pour déterminer les densités maximales et minimales du sable de Dunkerque. La Figure IV.2 illustre l’évolution de la densité relative de ce sol en fonction de la profondeur. Cette figure montre que la densité relative du remblai atteint 100%, tandis qu’elle est équivalente à 75 % dans le sable Flandrien. Le Tableau IV.1 donne les valeurs initiales des contraintes normales σ’n et horizontales σ’h et des pressions d’eau u. Il montre que le poids volumique est de 17.1 kN/m3 au dessus de la nappe d’eau, et il est équivalent à 19.9 kN/m3 en dessous. Le coefficient de pression des terres au repos K0 est compris entre 0.40 et 0.45 selon les valeurs des contraintes.
Kuwano (1999) a réalisé une série d’essais de cisaillement sol-sol et sol-structure sur des échantillons de sable de Dunkerque. Les résultats de ces essais sont illustrés sur la Figure IV.3 et donnent une valeur de l’angle de frottement interne φ’ équivalente à 31° et une valeur de l’angle de frottement sol-acier δ’ équivalent à 27°.
191
Figure IV.2 : Profil de densité relative dans le sable de Dunkerque (Jardine et Standing, 2000) Tableau IV.1 : Récapitulatif des contraintes in-situ dans le sable de Dunkerque (Jardine et Standing, 2000)
z (m) u (kPa) σ’v (kPa) σ’n (kPa) Dr 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 20 39 59 78 98 118 137 157 34 68 88 108 128 148 168 188 208 228 14 27 35 43 51 59 67 75 83 91 1.00 0.92 0.64 0.32 0.81 0.77 0.67 0.77 0.69 0.63
Figure IV.3 : Résultats des essais de cisaillements sol-sol et sol-acier effectués sur le sable de Dunkerque (Kuwano, 1999)
192
b) Présentation des pieux modélisés
Les quatre pieux modélisés dans cette étude ont été mis en place par battage en août 1998, ce sont des pieux en acier ouverts. Leur longueur L est d’environ 19 m et leur diamètre extérieur est égal à 457 mm. Ces pieux ont été utilisés comme pieux de réaction pour des chargements cycliques précédents. Comme l’histoire de chargement d’un pieu influence son comportement au cours d’une sollicitation, il est important de décrire les différentes sollicitations subies par chaque pieu. Ainsi, le Tableau IV.2 récapitule les principales caractéristiques et l’historique de chacun des pieux R3, R4, R5 et R6 modélisés.
Tableau IV.2 : Récapitulatif des caractéristiques et de l'historique de chargement des pieux modélisés
Nom du pieu Caractéristiques Historique de chargement
R3
L = 19.24 m
Epaisseur en tête = 20 mm Epaisseur à la base = 13.5 mm
-20/08/1998 : Mise en place par battage.
-Du 29/10/1998 au 6/11/1998 : Pieu de réaction pour deux autres pieux.
-13/11/1998 : Essai de traction
-14 et 15/11/1998 : Essais cycliques et post-cycliques
R4
L = 19.37 m
Epaisseur en tête = 20 mm Epaisseur à la base = 13.5 mm
-24/08/1998 : Mise en place par battage.
-Du 29/10/1998 au 6/11/1998 : Pieu de réaction pour deux autres pieux.
-06/11/1998 : Essai de traction
-17 et 18/11/1998 : Essais cycliques et post-cycliques
R5
L = 19.05 m
Epaisseur en tête = 20 mm Epaisseur à la base = 13.5 mm
-25/08/1998 : Mise en place par battage.
-Du 29/10/1998 au 30/10/1998 : Pieu de réaction pour deux autres pieux.
-19/11/1998 : Essai de traction
-20 et 21/11/1998 : Essais cycliques et post-cycliques
R6
L = 18.90 m
Epaisseur en tête = 20 mm Epaisseur à la base = 13.5 mm
-21/08/1998 : Mise en place par battage.
-Du 29/10/1998 au 30/10/1998 : Pieu de réaction pour deux autres pieux.
-9/11/1998 : Essai de traction
-10 et 12/11/1998 : Essais cycliques et post-cycliques
193
c) Présentation des séquences et des résultats expérimentaux
La modélisation des essais de Dunkerque concernent les quatre pieux présentés ci-dessus R3, R4, R5 et R6. Chaque pieu a subi une ou deux séquences cycliques. Afin de modéliser une séquence de chargement cyclique, il faut caler les paramètres statiques du modèle TZC sur les résultats des essais monotones appliqués à chaque pieu. La procédure de calage est présentée plus en détail dans le paragraphe IV.3. Le Tableau IV.3 présente les différentes séquences de traction statique et cyclique utilisées dans la modélisation et le Tableau IV.4 présente les caractéristiques et les résultats expérimentaux des séquences cycliques modélisées.
Tableau IV.3 : Descriptif des séquences de traction statique et cyclique utilisées dans a modélisation des pieux de Dunkerque (d’après Jardine et Standing, 2000, 2012)
Pieu Date Séquence Type d’essai Commentaires
R3
13/11/1998 2.R3.T1 Traction Charge maximale appliquée 2000 kN, pas de rupture, déplacement maximal en tête 10.3 mm. 14/11/1998 2.R3.CY2 Traction
cyclique
Traction appliquée entre 0 et 1400 kN, essai arrêté après 200 cycles, pas de rupture, déplacement permanent 6.8 mm.
R4
16/11/1998 2.R4.T1 Traction Charge maximale appliquée 2000 kN, pas de rupture, déplacement maximal en tête 8.73 mm. 17/11/1998 2.R4.CY2 Traction
cyclique
Traction appliquée entre 0 et 2000 kN, essai arrêté après 221 cycles, pas de rupture, pas de mesures obtenues au cours des 35 premiers cycles.
17/04/1999 2.R4.T3 Traction rapide
Charge maximale appliquée 2000 kN, rupture.
R5
19/11/1998 2.R5.T1 Traction Charge maximale appliquée 2000 kN, pas de rupture, déplacement maximal en tête 8.86 mm. 20/11/1998 2.R5.CY2 Traction
cyclique
Traction appliquée entre 500 et 2000 kN, rupture du pieu après 345 cycles, des disfonctionnements au cours de l’essai ont causé deux courtes périodes de pauses.
R6
12/11/1998 3.R6.T5 Traction rapide
Charge maximale appliquée 1325 kN, rupture.
22/04/1999 3.R6.CY6 Traction cyclique
Traction appliquée entre 0 et 1400 kN, rupture après 206 cycles.
194
Tableau IV.4 : Caractéristiques des séquences de traction cyclique modélisées (d'après Jardine et Standing, 2000, 2012)
Pieu Séquences cycliques Rs (kN) (estimée ou mesurée) Qmax (kN) Qmin (kN) Nombre de cycles Rupture R3 2.R3.CY2 2315 1400 0 0.30 0.30 200 Non R4 2.R4.CY2 2960 2000 0 0.34 0.34 221 Non R5 2.R5.CY2 2465 2000 500 0.51 0.30 345 Oui R6 3.R6.CY6 1650 1400 0 0.42 0.42 206 Oui