Micropieu « modèle »

L’essai sur le micropieu « modèle » est un essai de type « pénétromètre dynamique » où on installe dans la tête du train de tiges des capteurs similaires à ceux utilisés dans l’essai de chargement dynamique LSDT réalisé sur le micropieu à contrôler. La figure III.15 montre une photo du micropieu « modèle » pendant un essai et le détail de la tête de mesure avec les capteurs installés.

Les accéléromètres et jauges de déformation permettent d’une part d’obtenir la résistance de pointe qd et d’autre part de déterminer, par l’analyse des signaux enregistrés lors d’un impact,

et par découplage des ondes élémentaires, des paramètres supplémentaires (module de déformation dynamique Edp3, vitesse des ondes Vp et Vs, amortissement…) gouvernant le

comportement en déformation du sol mis en jeu pendant l’enfoncement dynamique de la pointe. En effet, pour chaque impact lors du battage, on peut déterminer la courbe contrainte-enfoncement dynamique de la pointe pénétrométrique (figure III.16).

(a) (b)

Figure III.15. a) Mesures in-situ avec le micropieu « modèle » et b) tête de mesure

(a) (b)

Figure III.16. a) exemple de mesures réalisées sur le micropieu modèle et b) enregistrement de la courbe charge enfoncement lors d’un impact

II.2.1. Principe de mesure

Le principe de l’essai est simple : au cours du battage, on vient mesurer dans les tiges, au voisinage de l’enclume, la déformation (z,t) et l’accélération A(z,t) entraînées par l’onde de

compression créée par l’impact. Notre problème est alors similaire à un problème de propagation d’onde dans un milieu élastique élancé à grandes déformations, il est donc possible d’appliquer la méthode des caractéristiques de façon identique à celle proposée par Goble (1975) dans la méthode Case (cf. § IV.4.1 de la Partie I).

La propagation de l’onde u(z,t) dans un train de tiges est décrite par l’équation d’ondes (cf. équation I-68) et sa solution générale correspond à la superposition de deux ondes, ud et ur,

descendante et remontante (équation III-3). Lors de son parcours u(z,t) entraîne en tout point z du train de tiges des variations de déformation (z,t) et de vitesse particulaire v(z,t) représentées par

la superposition des ondes élémentaires.

𝑢(𝑥, 𝑡) = 𝑢𝑑(𝑡 − 𝑥/𝑐𝑡) + 𝑢𝑟(𝑡 + 𝑥/𝑐𝑡) équation III-3

𝜀(𝑥, 𝑡) = 𝜀𝑑(𝑡 − 𝑥/𝑐𝑡) + 𝜀𝑟(𝑡 + 𝑥/𝑐𝑡) équation III-4

𝑣(𝑥, 𝑡) = 𝑣𝑑(𝑡 − 𝑥/𝑐𝑡) + 𝑣𝑟(𝑡 + 𝑥/𝑐𝑡) équation III-5

Il est possible de montrer (Goble, et al., 1975) que l’équation III-5 peut être exprimée en fonction des ondes de déformation d et r.

𝑣(𝑥, 𝑡) = −𝑐𝑡[𝜀𝑑(𝑡 − 𝑥/𝑐𝑡) − 𝜀𝑟(𝑡 + 𝑥/𝑐𝑡)] équation III-6

La connaissance des ondes d(t) et r(t) permet ainsi de décrire entièrement le phénomène

dynamique du battage pénétrométrique en tout point z le long des tiges. Toutefois, dans les enregistrements réalisés lors du battage, ces ondes se trouvent souvent imbriquées les unes avec les autres et il devient nécessaire de les découpler.

II.2.2. Résultats

Pour chaque impact du marteau, une procédure numérique automatisée permet de mesurer et d’enregistrer l’enfoncement e et la force d’impact.

Les paramètres calculés lors de chaque impact sont : la résistance de pointe (statique qc et

dynamique qd), le module pénétrométrique, la célérité des ondes P (Ccp) et S (Ccs) et le coefficient

d’amortissement (Js). Ces paramètres sont tracés sous forme de pénétrogrammes, tel que montré

dans les figures III.17 et III.18.

Figure III.17. Résultats types obtenus sur le micropieu « modèle » (résistance de pointe et module pénétrométrique)

Figure III.18. Résultats types obtenus sur le micropieu « modèle » (célérité d’ondes S et P et coefficient d’amortissement)

A partir de la résistance de pointe et du module pénétrométrique, il est possible d’obtenir la résistance statique limite du sol (Ru) et la raideur dynamique (kn) à chaque impact. Ces paramètres

seront utilisés pour définir le comportement élémentaire dans le modèle numérique, car étant un modèle simple basé sur un modèle rhéologique élastoplastique parfait (cf. figure III.19) ce modèle est défini par la résistance limite et sa raideur. Le coefficient d’amortissement  est négligé dans un premier temps.

Figure III.19 . Modèle de l’interaction sol-micropieu

On dispose ainsi d’une méthodologie composée de deux essais parallèles et d’un modèle numérique. Les étapes sont les suivantes :

 L’essai sur micropieux « modèle » fournit à chaque impact les caractéristiques locales élasto-plastiques du sol traversé ;

 Le modèle numérique intègre ces paramètres dans la loi d’interaction sol-micropieu (raideur, palier de frottement) à un coefficient multiplicatif près ;

 La simulation de l’essai statique sur le modèle numérique fournit la courbe charge- enfoncement théorique du micropieu réel ;

L’hypothèse principale est que la raideur globale de l’interface sol-micropieu peut être déduite de la raideur dynamique (kn) par un coefficient unique quelque soit le type de sol. On

introduit de ce fait un coefficient lié à l’interface qui permettra l’ajustement du modèle numérique avec le comportement réel du micropieu contrôlé.

II.3. Conclusion

L’objectif de la méthodologie est d’estimer la valeur de la résistance limite d’un micropieu. Pour aboutir à cet objectif, il est nécessaire de prédire le comportement charge–enfoncement d’un micropieu chargé verticalement. Ce comportement est caractérisé principalement par sa raideur à l’origine et la contrainte de cisaillement maximale dans l’interface de rupture tout au long du fût.

Les méthodes présentées dans le chapitre II permettent d’estimer la résistance limite à partir d’information complémentaire. Cette information prend en compte indirectement les paramètres du sol entourant le micropieu. Ces méthodes sont donc des méthodes de prédiction de la résistance d’un micropieu basées sur la réponse partielle du micropieu à contrôler et sur un modèle analytique.

Ce chapitre présente une proposition d’amélioration de la méthode C basée sur un essai de reconnaissance du sol réalisé à proximité du micropieu. Cet essai complémentaire ne mesure pas les paramètres de rupture dans l’interface micropieu-sol. L’amélioration consiste donc à mesurer les paramètres de rupture du sol à partir d’un essai dynamique à grande déformation sur un micropieu « modèle » et dans la mise en place d’un modèle numérique discret qui permet de discrétiser l’information d’entrée du modèle.

L’essai sur le micropieu « modèle » est un essai de type « pénétromètre dynamique » où on installe dans la tête du train de tiges des capteurs similaires à ceux utilisés dans l’essai de chargement dynamique LSDT réalisé sur le micropieu à contrôler. Les accéléromètres et jauges de déformation permettent d’obtenir la résistance de pointe qd et des paramètres supplémentaires

gouvernant le comportement en déformation du sol mis en jeu pendant l’enfoncement dynamique de la pointe.

On cherche à reproduire le phénomène de battage de façon identique à celui de l’essai de chargement dynamique classique. D’où l’intérêt du développement d’un micropieu « modèle » qui couplé avec l’essai de chargement LSDT sur le micropieu à contrôler permet d’identifier des paramètres de rupture du sol similaires à ceux mobilisés lors d’un essai de chargement dynamique classique.

La résistance mesurée sur le micropieu « modèle » est concentrée dans la pointe, ce qui facilite son interprétation. Cependant il subsiste d’une part la difficulté du passage de la résistance de pointe mesurée sur le micropieu « modèle » à la résistance de frottement latéral dans la surface de cisaillement au niveau de l’interface sol-micropieu, et, d’autre part, la nécessité de discrétisation de la réponse globale (raideur statique Ks) du micropieu obtenue par l'essai LSDT, à partir des

valeurs de raideur Ks(z) obtenues lors du sondage sur le micropieu « modèle ». Ce sont deux

Conclusion

Cette partie a pour objectif la proposition d’une méthodologie de contrôle de la résistance limite d’un micropieu. Pour cela, nous avons fait un rappel des méthodes existantes pour la détermination de la résistance limite des pieux à partir d’essais de reconnaissance du sol et à partir d’essais de chargement dynamique.

L’utilisation des essais classiques de chargement dynamique des pieux exige une énergie de battage suffisamment importante pour mobiliser toute la résistance du pieu. Cet inconvénient à motivé l’étude d’une méthodologie basée sur un essai de chargement dynamique à faible déformation ou essai LSDT. Cependant, il n’est pas possible de déterminer la résistance limite d’un pieu seulement avec ce type d’essai. Il est donc nécessaire de disposer d’une information complémentaire.

Nous proposons alors une méthodologie basée sur un modèle analytique de prédiction du comportement charge-enfoncement, alimenté au moyen de l’essai dynamique à faible déformation développé dans la deuxième partie de ce travail et incluant des paramètres du sol. Ces paramètres peuvent provenir de trois chemins différents définissant trois méthodes différentes, à savoir :

 Méthode A : alimentation du modèle analytique à partir d’un essai de chargement à la rupture.

 Méthode B : alimentation du modèle analytique à partir du cahier des charges et donc de la coupe géotechnique du terrain (essais pressiométriques, pénétrométriques dynamiques ou statiques, essais de laboratoire…).

 Méthode C : alimentation du modèle analytique à partir d’un essai de reconnaissance du sol réalisé à côté du micropieu à contrôler.

Les trois méthodes ont été testées sur le site expérimental de ce projet et sur chantiers réels, seule la méthode B a été testée.

L’application de la méthode A sur les micropieux de 9 m du site expérimental a mis en évidence les limites de cette méthode. En effet, l’erreur que l’on peut commettre avec cette méthode peut être très importante à cause principalement de l’influence de la raideur sur l’estimation de la résistance limite.

La méthode B présente les mêmes inconvénients que la méthode A du point de vue de la variabilité spatiale et temporelle car elle est basée sur des essais de reconnaissance pour lesquels on ne connaît pas forcément toutes caractéristiques.

La méthode C réduit les incertitudes dues à la variabilité spatiale grâce à la réalisation d’un essai de reconnaissance proche du micropieu à contrôler. Les résultats obtenus avec l’application de cette méthode sur le site expérimental et sur les chantiers de Montluçon et de Metz, ont montré que l’erreur dans la prédiction est limitée à moins de 20% grâce à la connaissance de la variation du module de cisaillement au voisinage du micropieu à contrôler et grâce au calage du modèle par rapport aux résultats de l’essai LSDT.

La méthode C est une méthode où on ne connait pas la résistance limite de cisaillement réelle dans l’interface sol-micropieu. Ainsi, même si la méthode s’appuie sur la réponse partielle réelle de la fondation, elle reste une méthode prédictive. Cela nous a motivé à étudier l’amélioration de cette méthode en utilisant un modèle numérique alimenté par des paramètres du micropieu ausculté et des paramètres issus d’un essai de chargement dynamique à grande déformation sur un micropieu « modèle » réalisé au voisinage du micropieu contrôlé.

à contrôler. Ces paramètres alimentent un modèle numérique qui est proposé pour pouvoir discrétiser l’information du sol mais aussi le comportement élastique de la structure, principalement la raideur à basse fréquence.

La méthodologie de contrôle basée sur l’utilisation du micropieu « modèle » est une proposition d’amélioration. Elle n’a pas été testée ni validée sur de vrais micropieux. Donc c’est une évolution de la méthodologie proposée dans le deuxième chapitre qui doit être développée dans des recherches futures.