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Une méthode pour le calcul des tirants et des micropieux injectés Michel BUSTAM

Une méthode pour le calcul des tirants et des micropieux injectés Michel BUSTAMANTE Docteur-Ingénieur ENPC Bernard DOIX Technicien Section des fondations Laboratoire central des Ponts et Chaussées I. R A P P E L S T E C H N O L O G I Q U E S ET DÉFINITIONS [1] RÉSUMÉ On propose une méthode de calcul originale pour les tirants et les micropieux. Celle-ci repose sur la synthèse de cent vingt essais en vraie grandeur réalisés sur trente quatre sites par les LPC. Comme pour l'interprétation des essais de chargement de pieux, des abaques reliant le frottement limite q s à la pression pj sont obtenus pour chacune des quatre catégories de sol retenues. Des règles simples de détermination du diamè- tre du bulbe de scellement à prendre en compte dans le calcul sont également fournies. Des précisions sur les conditions d'application de ces abaques figurent également dans l'article. On notera que pour les sables, argiles, limons et craies, il est possible d'utiliser ces abaques pour des essais de type SPT. MOTS CLÉS : 42 • Tirant (ancrage) - Micro- pieu - Injection (mater.) - Essai - En place • Charge - Frottement • Pression - Abaque - Sol - Calcul. Il est convenu d'appeler tirant d'ancrage injecté, ou micropieu injecté, une armature métallique constituée par des tubes, barres, fils ou torons (fig. 1, 2 et 3) introduite dans un forage de petit diamètre et scellée au terrain par des injections de coulis ou de mortier sous pression plus ou moins élevée. L'injection est mise en œuvre à partir de dispositifs particuliers constitués, pour les plus simples, par un flexible débouchant en partie basse du forage et, pour les plus élaborés, par un tube muni d'une succession de clapets anti-retour, appelé communément tube à manchettes. Comme cette définition associe le micropieu à une injection réalisée sous pression, la méthode de calcul que l'on va proposer ne s'appliquera pas nécessairement aux micropieux non injectés, désignés ainsi simplement en raison de la petitesse de leur diamètre *. Les diamètres de forage les plus couramment retenus pour les tirants ou les micropieux sont actuellement de 80 à 250 mm. Si le tirant n'est destiné qu'à reprendre des efforts d'arrachement, le micropieu est souvent utilisé, lui, pour reprendre aussi des efforts de compression. * Comme on le sait, le terme de micropieu est souvent réservé par certains praticiens à des pieux forés de petits diamètres. 75 Bull, liaison labo P. et Ch. • 140- nov.-déc. 1985 - Réf. 3047 • *Fig. 1. — Tirant avec tube à manchettes central et torons. Premier système IRP-Solétanche. • ^Fig. 3. — Micropieu à tube à paroi épaisse, 0 178/157 mm, avec tube à manchettes latéral. Système IM- Solétanche. • <Fig. 2. — Tirant avec tube à manchettes enveloppant — après excavation. Système TMD-Bachy. La durée d'utilisation d'un tirant, précontraint ou non, permet de le considérer comme provisoire ou permanent. Quant aux micropieux, bien qu'il soit techniquement possible de le faire, ils ne sont généralement pas précontraints et on les utilise le plus souvent à titre de fondations permanentes. En phase de montage, toutefois, ils peuvent être utilisés à titre provisoire. Pour un sol donné, la résistance d'un tirant ou d'un micropieu dépend de plusieurs facteurs : - le mode de scellement ou la technique de mise en place du coulis, - le nombre de passes d'injection (TV,) et les quantités finales de coulis injectées (F,), - les pressions effectives d'injection (/?,•), - les débits d'injection (Qj), - enfin, la nature du coulis dont les caractéristiques rhéologiques et mécaniques doivent rester conformes aux spécifications du document T A 77 [2]. Parce qu'ils sont déterminants pour la tenue du scellement, chacun de ces paramètres mérite quelques commentaires. La conception même du tirant ou du micropieu détermine le mode de scellement. On proposera de distinguer les systèmes qui se prêtent à l'injection répétitive et sélective, ou type 1RS, de ceux pour lesquels l'injection est réalisée globalement, et le plus souvent en une masse unique, ou type I G U . Les essais comparatifs montrent qu'en règle générale c'est le mode de scellement 1RS qui confère au tirant ou au micropieu la meilleure résistance. Appartiennent au premier type (1RS) tous les tirants ou micropieux scellés au terrain par introduction d'un double obturateur dans le tube à manchettes, ce qui permet de forcer le coulis dans la formation au droit de la manchette choisie (sélectivité) et de répéter l'opération, en principe, plusieurs fois (ré- pétitivité). Relèvent par exemple en France du groupe 1RS l'ensemble des tirants de la famille IRP- Solétanche [3] ou TMD-Bachy [4], ainsi que les micropieux qui s'apparentent au système IM-Solé- tanche [5]. On range dans le second groupe (IGU) les tirants et micropieux comportant ou non un tube à manchettes mais pour lesquels, et c'est là ce qui fait toute la différence, l'injection du coulis s'effectue en tête du tirant à partir d'un simple obturateur ou, comme dans la plupart des cas. à partir d'un simple flexible branché directement sur la pompe (fig. 4). Les tirants sans tube à manchettes sont surtout mis en œuvre à l'étranger : le coulis est forcé sous pression dans la formation, en cours d'extraction du tubage [6]. En procédant ainsi, on doit injecter la totalité du coulis prévu en une seule fois. Lorsque le tirant comporte un tube à manchettes, le fait d'injecter directement à partir de la tête limite très sérieusement les possibilités de reprise de l'injection. C'est la raison pour laquelle, dans la pratique, on tente de sceller en une passe unique. A titre d'exemple, les tirants TMS-Bachy [4] et Dywidag [7], couramment utilisés en France, s'ap- 76 â . ' .'t Fig. 4. — Micropieu, système Dywidag-Gewi, en cours d'injection. parentent assez bien à des tirants de type I G U , bien qu'il soit parfois possible de reprendre l'injection, tout au moins partiellement et dans de mauvaises conditions de contrôle. Le scellement d'un tirant ou micropieu relevant du type 1RS est effectué en plusieurs phases espacées dans le temps. Lors d'une même phase, on force dans le terrain, par passes en remontant et au moyen du double obturateur amené successivement au droit de chaque manchette, une quantité pré- déterminée de coulis ne constituant qu'une fraction de la quantité totale V-t prévue pour sceller le tirant. Il semble avantageux, pour les alluvions, de procéder en une ou deux phases. Il n'est pas rare que des conditions particulières obligent à sceller en trois ou quatre phases, mais un trop grand nombre de phases présente toujours l'inconvénient d'allonger la durée des opérations et aussi celui de diminuer considérablement les chances de passer dans le terrain la quantité totale de coulis souhaitée (difficulté de claquage). Dans les formations très compactes qui n'imposent pas de traitement de colmatage préalable (ce qui peut être le cas des grès et calcaires très faiblement fissurés), on pourra limiter le nombre de phases à deux, la seconde étant plutôt destinée à contrôler la qualité de l'exécution. La quantité totale de coulis injectée V-t au droit de la longueur scellée détermine incontestablement la capacité d'ancrage du scellement [8], [9], [10]. Son estimation reste encore toutefois très difficile. Dans le cas d'un sol meuble (argiles, sables et graves) où l'on envisage de sceller en trois phases (Nt = 3), par exemple, la bonne règle pourrait consister à passer lors de la première phase la moitié environ de Vj puis, lors des deuxième et troisième phases, successivement le quart de cette même quantité, en laissant s'écouler entre deux phases consécutives de 6 à 12 heures pour éviter tout phénomène de résurgence, mais moins de 48 heures pour faciliter la réouverture des manchettes (claquage). Dans un sol de nature rocheuse, très compact, dans lequel il semble raisonnable de se limiter à deux phases (Vj = 2), on préconiserait de passer la majeure partie de Vj lors de la première phase, réservant le reste pour parfaire simplement l'injection. Bien évidem- ment, dans des sols rocheux fracturés ou complexes, les quantités initialement prévues risquent d'être très largement dépassées. En ce qui concerne la pression d'injection pb il convient tout d'abord de faire remarquer que ce paramètre correspond à la pression mesurée en tête de forage, et non au niveau de la manchette. Pour cette raison primordiale, aggravée par beaucoup d'autres facteurs découlant des conditions de travail sur le chantier et des manipulations du ciment (décantations partielles dans les circuits, débits variables), des valeurs élevées de pt n'assurent pas systématiquement, comme on a pu parfois l'avancer, des scellements de qualité [3], [11]. Mais il n'en reste pas moins vrai que des pressions d'injection pt bien contrôlées *, au moins égales ou légèrement supé- rieures à la pression limite du terrain ph assurent aux tirants ou micropieux 1RS, tout au moins pour des sols meubles [11], [12], des tenues de scellement nettement meilleures que celles auxquelles conduisent des pressions pt quasi gravitaires ou ne représentant qu'une modeste fraction de p\. Cela est moins vrai pour les formations compactes et de nature rocheuse uploads/Finance/ abaques-de-bustamante-pour-tirants-et-micro-pieu-pdf.pdf