Les inclusions rigides

Les inclusions rigides verticales, appelés aussi les pieux, sont des éléments de

fondation apparentés à des colonnes, qui sont déposées verticalement (partiellement ou

totalement) dans le sol mou compressible et enfouis jusqu’à la couche dure en profondeur,

et servent à transmettre les efforts appliqués sur les fondations. [10]

Le procédé d’inclusions rigides a pour objet d’améliorer les performances du sol de

fondation de remblais et de structure type dallage, fondations superficielles ou radier, en

répondant aux spécifications suivantes :

- Augmentation de la capacité portante du sol.

- Reprise des efforts horizontaux et des moments par l’intermédiaire d’un matelas

intercalaire sous les semelles.

- Réduction des tassements. [11]

II.2.2.2 Réseau d’inclusion

Les inclusions rigides sont placées d’une manière régulière ou variable selon des

maillages triangulaires ou carrés, en lignes ou en groupes ou même de manière isolée. Cela

VOA 2018 13

dépend des caractéristiques du chantier, en appelant A_P la section d’une tête d’inclusion et

A_s la surface d’une maille élémentaire (Figure II.4), le taux de recouvrement est la

proportion de la surface totale couvert par les inclusions et est défini par :

α = (II.1)

Figure II.4 : Différents types de maillages pour les réseaux d’inclusions rigides. [12]

II.2.2.3. Classification des inclusions rigides

De nombreux types d’inclusions rigides peuvent être envisagés suivant les propriétés

mécaniques et la géométrie de la couche compressible. Le module de déformation des

inclusions varie entre 10 MPa (inclusions de t ype Vibre concrète Column) et 2 0 0

GPa (pieux métalliques ) [8]. Les inclusions sont généralement classées en deux

catégories :

II.2.2.3.1. Inclusions préfabriquées

Cette catégorie reprend tous les pieux qui sont fabriqué avant d’être amené sur place. On

peut en distinguer de trois natures différentes.

- Pieux en bois : probablement la plus vieille méthode de renforcement des

fondations. Pour des longueurs d’ancrage ne dépassant pas 12m.

- Pieux en béton : utilisables pour une grande gamme de charge qui dépend de la

géométrie du pieu, de la résistance en compression du béton et des armatures. Le

béton a l’avantage d’être utilisable dans les sols corrosifs. On les utilise sans

raccord jusqu’à 15 m dans le cas de pieux en béton armé, jusqu’à 40m dans le cas

des pieux en béton précontraints et à des profondeurs supérieures pour des pieux

avec des raccords.

- Pieuxmétalliques : profilés en H ou tubes cylindriques. Les longueurs usinées vont

de 12 à 21 m. Pour une même longueur de pieu, les pieux métalliques sont plus

VOA 2018 14

coûteux que le pieux béton, mais ils ont une plus grande capacité de reprise de

charge pour un poids donné, ce qui peut réduire les coûts de mise en œuvre.

Avantages et inconvénients de l’inclusion préfabriquée

Avantage

- Contrôle possible avant l’insertion dans le sol.

- Stabilité dans les sols compressibles.

- De très grandes longueurs de pieux peuvent être mises en œuvre.

Inconvénients

- Risque de casse lors de la mise en place.

- Peu économique si le choix et donc le coût des matériaux est guidé par les

contraintes de mise en œuvre plutôt que par les contraintes en service.

- Impossibilité d’insérer de gros diamètres.

II.2.2.3.2. Inclusions construites in situ

Cette catégorie reprend tous les pieux qui sont fabriqué sur le site même. Ils sont

directement moulés dans le sol. On ne retrouve donc uniquement des pieux en béton. Les

méthodes de fabrication et de mise en place de ces pieux sont nombreuses. Certains

procédés sont même bien particuliers à la société qui s’occupe du chantier.

 Pieux battus ou forés

- A tube battu : Ce procédé consiste au battage par mouton d’un tube bouchonné

jusqu’à une cote prédéterminée. Le ferraillage et le bétonnage gravitaire se fait à

l’abri du tube. Le tube est ensuite extrait du sol. Ce procédé se fait par refoulement

du sol sans déblais.

- Forés simple : Ce procédé n’utilise pas de soutènement de parois. Il ne s’applique

donc que dans les sols suffisamment cohérents. Un forage est exécuté dans le sol

par des moyens mécaniques et ensuite rempli par du béton et des armatures. La

section du forage est circulaire grâce à un outillage spécial. Ces pieux sont réservés

aux charges exceptionnelles.

- Forés à tarière creuse : Le procédé des pieux forés à la tarière creuse se caractérise

par le forage du sol à l’aide d’une tarière jusqu’à la profondeur souhaitée, puis par

VOA 2018 15

l’injection du béton sous pression par l’axe de l’outil tout en remontant celui-ci. La

cage d’armature est mise en place par vibreur.

 Pieux de type « Vibro Concrte Column »

La procédure de mise en œuvre consiste à introduire dans le sol un vibreur électrique

jusqu’à la couche dure. Le matériau de la couche dure est ensuite compacté par le vibreur.

L’instrument est alors légèrement remonté et le béton est introduit. La colonne est

construite en remontant lentement l’instrument. Cette technique est faite par refoulement

du sol et elle ne génère pas de déblai, elle permet dans certaines conditions d’améliorer les

propriétés du sol.

Dans un sol cohérent, les caractéristiques des VCC ne diffèrent pas de celles des

autres procédés. Par contre, dans des sols granulaires, la capacité portante de la colonne

peut être améliorée grâce au compactage du sol réalisé par la vibration.

 Inclusion par mélange d’un liant avec le sol

Les inclusions par mélange d’un liant avec le sol permettent de réaliser des colonnes

de sols stabilisés qui peuvent s’apparenter aux inclusions rigides. Le but de ce procédé est

de réaliser dans un premier temps, un désordre dans la structure du sol, et ensuite,

d’injecter un coulis de ciment sous pression pour le stabiliser et former ainsi le pieu.

Avantages et inconvénient des pieux fabriqué in situ

Avantages

- Variation de la longueur pour mieux s’adapter aux conditions du sol.

- Insertion de gros diamètres.

- Pas de risque de soulèvement de sol.

Inconvénients

- Risque de striction dans les sols compressibles,

- Installation du béton non faite dans des conditions idéales,

- Élargissement du pied de l’inclusion impossible dans un sol sans cohésion. [10]

Les techniques de construction des inclusions rigides sont décrites par Briançon

(2002) et Kempfert (2003). Le Tableau II.3 résume les différents types d’inclusions

d’après leur module de déformation.

VOA 2018 16

Type d’inclusion E (MPa)

Pieux

Préfabriqués

Pieux bois 14 000

Pieux métalliques 200 000

Pieux béton 10 000-20 000*

In

cl

us

ions

fa

b

ri

qu

é

es

i

n

s

it

u

Pi

eux

b

att

us

e

t

fo

ré

s ^Battus

Mortier : 2000

7400

Béton B15 : 9000

Béton B25 : 10 815

Forés

Simples

Forés

Tubés

A la

Tarrière

Starsol

VCC 10 000

CMC 500- 20 000 **

Par

mixing

COLMIX 50-300 ***

Jet

Grouting

LCC 20-200

* fonction de la nature du béton et du renforcement.

** fonction de la nature du colis.

*** fonction de la nature du liant et du sol.

Tableau II.1 :Principaux types d’inclusions rigides (Briançon 2002).

II.2.2.4. Le mode de fonctionnement des inclusions rigides

II.2.2.4.1 Le fonctionnement d’une inclusion isolée

A présent on associe au sol compressible une inclusion rigide non ancrée dans le

substratum résistant. Quand s’éloigne de cette inclusion le sol se comporte comme

précédemment, le sol n’est pas renforcé et le profil de tassement est important. En

revanche, dans un périmètre proche de l’inclusion, le champ de contrainte et de

déformation est modifié. Quant au tassement de l’inclusion il est faible mais non

négligeable en raison d’une légère compression du matériau.

Dans le cas où l’inclusion est ancrée dans le sol résistant, le tassement est d’avantage

diminué. Attention toutefois à ne pas systématiser cet ancrage. Si cette disposition peut

paraitre la plus performante, elle peut en revanche amener à la concentration d’efforts de

traction en pied de l’inclusion rigide dans le cas d’efforts sismiques.

VOA 2018 17

Figure II.5 : Exemple de profil de tassement du sol et de l’inclusion rigide dans une zone

traitée.

La Figure II.5 nous montre que dans la partie inférieure le tassement du sol est plus

faible que celui de l’inclusion. A l’inverse dans la partie supérieure, c’est l’inclusion qui

tasse moins que le sol. Cette différence de comportement d’interaction met en avant un

phénomène faisant apparaitre un frottement négatif et un frottement positif, qui provoquent

à leur tour un report de la charge vers celle-ci.

La profondeur où les tassements de l’inclusion et du sol en place sont égaux est

appelée point neutre, et caractérise une inversion du signe du frottement (négatif F_n =>

positif FP).

VOA 2018 18

Figure II.6 : bilan des efforts sur une inclusion, d’après combarieu (1988).

En résumé, une difficulté majeure réside dans le fait que les actions sur l’inclusion

dépendent de son tassement relatif par rapport aux sols en place, étant eux-mêmes la

réaction suite au report de charge découlant de leur tassement relatif.

L’inclusion étant d’autant plus efficace qu’elle décharge le terrain environnant,

l’objectif est de lui transmettre les efforts moteurs maximaux. Pour cela il faut que la

capacité portance en pointe de l’inclusion soit la plus élevée possible. Ceci implique la

recherche d’un niveau porteur suffisant qui est lié à la qualité de sol dans lequel se situe la

pointe de l’inclusion.

Dans le cas où l’inclusion serait arrêtée dans un sol médiocre, l’inclusion tassera

frottement et la tête de la déformée relative sol-inclusion ne permettra d’obtenir qu’un

faible effort d’ancrage.

Combarieu définit que la géométrie du dispositif du renforcement par inclusion

rigide est régie principalement par :

 L’épaisseur de la plateforme granulaire.

 La distance entre axes des inclusions.

VOA 2018 19

II.2.2.4.2 Le fonctionnement d’un réseau d’inclusions

On comprend aisément que la capacité à dimensionner de manière faible un réseau

d’inclusions dépend de la capacité à déterminer le mode de répartition des contraintes.

Pour déterminer correctement cet équilibre, on doit impérativement prendre en compte les

déplacements et les tassements différentiels entre les inclusions et le sol qui créent des

efforts moteurs ou résistants dus au frottement négatif et positif.

De plus une inclusion rigide ne permet pas d’obtenir une réduction localisée des

contraintes et des tassements ; par contre en additionnant les réductions locales, un réseau

d’inclusions permet la diminution généralisée de cas effets. Par conséquent, à qualité et

épaisseur de matelas égale, la réduction est d’autant plus élevée que le maillage est faible.

Quant aux mécanismes, ils restent les mêmes que pour les inclusions isolées, l’effet

de groupe n’affectant que les intensités. La seule différence à noter concerne la capacité du

groupe d’inclusions à reprendre en tête tout l’effort mobilisé par l’effort d’encrage.

Ainsi bien que le réseau réduise significativement les tassements d’ensemble, la

capacité portant de chaque inclusion n’est pas optimisée. Il est donc nécessaire de définir le

maillage qui apportera un bon rapport Tassement/Résistance en pointe. [13]

VOA 2018 20

II.2.2.5. Domaine d’application des inclusions rigides

La technique du renforcement des sols compressibles par des inclusions rigides

verticales a connu un grand essor depuis les années 70 mais son utilisation n’est courante

que depuis une dizaine d’années. Actuellement, cette technique est utilisée principalement

pour fonder des ouvrages tels que des remblais routiers ou ferroviaires, des dallages et

fondations de bâtiments industriels, commerciaux et portuaires, des réservoirs de stockage

ou des bassins et ouvrages de stations d'épuration. La figure II.8 présente les différents

domaines d’application.

 Remblais routiers ou ferroviaires : les remblais sur sols compressibles d'ouvrages

linéaires tels que les routes, autoroutes et voies ferrées constituent un grand

domaine d'application du renforcement par inclusions rigides verticales. Il est

utilisé tant en section courante, que pour des sections particulières telles que les

accès aux ouvrages d'art, où une attention particulière est apportée aux interactions

avec les fondations de l'ouvrage. Le renforcement par inclusions rigides verticales

permet d’accélérer la construction des remblais tout en limitant le tassement

différentiel.

 Dallages et fondations de bâtiments industriels, commerciaux et portuaires :

l'exigence principale pour ces ouvrages est de minimiser le tassement différentiel

entre les fondations et le dallage, alors que des charges localisées importantes

(stockage de conteneurs, voies de roulement) peuvent être appliquées sur les

dallages. Ces ouvrages diffèrent des remblais par la faible épaisseur de la

plate-forme de transfert entre les têtes d'inclusion et l'ouvrage, qui doit être cependant

suffisante pour autoriser le développement de « voûtes ».

 Réservoirs de stockage ou bassins et ouvrages de stations d'épuration : cette

dernière catégorie est proche de la précédente en termes de tassements admissibles

qui doivent être limités pour éviter tout désordre à l'ouvrage. Elle est caractérisée

également par la forte variation possible des charges en raison des variations du

taux de remplissage des réservoirs.

 L'utilisation d'inclusions rigides peut s'étendre également au renforcement

d'ouvrages en zone sismique. En effet, sous sollicitation sismique, le renforcement

du sol compressible par des inclusions rigides prévient le développement de

surfaces de rupture alors que la plate-forme de transfert (couche granulaire) sur

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laquelle l'ouvrage peut éventuellement glisser sans dommage représente une zone

dissipatrice d’énergie. Ce principe a été utilisé à grande échelle pour les fondations

du pont de Rion-Antirion (Pecker et Teyssandier, 1998).

 Les méthodes de renforcement par inclusions rigides verticales peuvent aussi être

utilisées pour la construction d'ouvrages sur d'anciens Centres de Stockages de

Déchets (CSD). L'application dans ce domaine est encore très peu développée, mais

il existe quelques réalisations telles que la construction d'un remblai d'accès à un

ouvrage d'art à Triel sur Seine (France). [15]

a – Voirie b – Remblai d’accès à un ouvrage d’art

c – Dallage et fondation de plate-forme d – Réservoirs industrielle

Figure II.8 : Domaines d’application. [15]

Dans le document Etude statique et dynamique des sols renforcés par les inclusions rigides (Page 33-42)