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Séminaire Franco-Tunisien : Pathologie des sols et des fondations Hammamet, 7-8

Séminaire Franco-Tunisien : Pathologie des sols et des fondations Hammamet, 7-8 février 2002 Les colonnes de jet grouting : dimensionnement et contrôle Bearing capacity and integrity control of jet grout columns M. BUSTAMANTE, Dr. ing. Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris œuvre par des entreprises spécialisées, et instrumentées pour faire la part des différentes composantes de la portance. Les figu- res 1a,b,c illustrent les relations obtenues après la réalisation de l’un de ces essais par le LCPC sur une colonne isolée [4]. Il s’agissait d’une colonne installée par jet simple dans des limons argileux de la région parisienne, et instrumentée sur toute sa hau- teur avec un extensomètre amovible [5]. Les relations caractéris- tiques obtenues ont été les suivantes : 1. INTRODUCTION RÉSUMÉ: La technique du jet grouting a permis de résoudre différents problèmes liés à la réalisation des fondations ou de la reprise en sous-œuvre de bâtiments et ouvrages d’art, neufs ou anciens. C’est la colonne isolée, armée ou non qui a été à la base de solutions plus ou moins complexes. On propose une méthode simple pour l’estimation de sa capacité portante ou d’ancrage sous effort statique. La méthode repose sur des essais de chargement en vraie grandeur. Les abaques de calcul proposés ont été établis pour différentes ca- tégories de sols dont la compacité peut être caractérisée par les paramètres N, qc ou pl. On évalue aussi l’efficacité des différentes mé- thodes de contrôle de la géométrie des colonnes et notamment de l’une des toutes dernières dite du ‘cylindre électrique’. ABSTRACT: Jet grouting has been used in a number of diverse interesting applications to install new or strengthen existants founda- tions. The basic structural element of the jet grouting technique is the simple column, with a steel reinforcement or not, out of which the engineer can conceive a more sophisticated foundation system. This paper proposes a simple method to predict the bearing capac- ity of a jet grouting column subjected to axial compressive or tensile loads with respect to the soil resistance. The method is based on the findings of full scale tests on instrumented grout columns. Design charts are given to determine the total ultimate and allowable loads in correlation with the main categories of soils (clay, silt, sand, gravel, marl, chalk and weathered rock) and with the soil pa- rameters permitting to determine their compacity (pressuremeter pl, cone resistance qc and SPT N-number). The autor is briefly re- porting about the available methods allowing to control the geometry of the grout body. Le principe et les applications de l'injection par jet, désignée aussi sous l'appellation de jet grouting, ont fait l'objet de très nombreuses publications [1][2] et d’une norme européenne [3]. Il s'agit d'une technique qui permet de déstructurer le terrain en place, en extraire la presque totalité ou partie, pour lui substituer un mélange sol/ciment, ou soljet. Ces trois opérations s'effec- tuent in situ à partir d'un forage préalable permettant l'envoi d'un (ou deux) jet(s) de coulis de ciment à énergie cinétique très éle- vée et dont l'effet peut être amplifié en l'associant à un jet d'air et/ou d'eau. Il résulte des différentes combinaisons de ces jets, trois techniques de base: a) enfoncement de la tête et de la pointe/charge en tête, ou So-Qo et Sp-Qo (fig.1a), b) distribution de l’effort le long de la colonne pour chaque palier de charge (fig.1b), c) courbes de mobilisation des frottements unitaires pour différents niveaux de mesure i ou relations qsi-yo (fig.1c). a) jet simple, b) jet double (à l’air ou à l’eau (1)), c) jet triple. -20 -15 -10 -5 0 0 0.25 0.5 0.75 1. 1.25 1.5 Q o u o load (MN) settlement S (mm) a Q = a S = Q = c c S = 1.12 MN 6.12 mm 0.9 MN 4.01 mm Q ≥ 1.5 MN pile head point head pile failure On rappellera que la mise en œuvre d’une colonne donne lieu à la remontée en surface d’un mélange liquide de sol et de ci- ment, appelé rejet (ou spoil). Dans la présente communication, on ne considérera que le problème de la colonne isolée, utilisée uniquement comme élément porteur ou comme élément d’ancrage, au même titre qu’un pieu foré, un micropieu ou un ti- rant d’ancrage. L’élaboration d’une méthode de prévision des charges limites ou admissibles, exigeait d’avoir une idée précise du comportement général d’une colonne isolée sous charge axiale et statique et de la distribution et des lois de mobilisation des efforts sur la hauteur de la colonne. 2. LE MECANISME DE REPRISE DES EFFORTS VIS-A-VIS DU SOL Celui-ci a été étudié expérimentalement, en soumettant à des essais statiques en vraie grandeur des colonnes réelles, mises en Figure 1a. Relation caractéristique Qo–So obtenue pour une co- lonne de jet instrumentée. Viaduc de Levallois, 1992. (1) appelé également méthode préjet 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 B C 0 depth (m) load (MN) Qo D 1. 1.5 0.5 A E F-G Q p = 0.21 MN Figure 1b. Distribution de l’effort. Viaduc de Levallois, 1992. 0 25 50 75 100 125 150 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 unit skin friction (KPa) displacement (mm) q s yi A B C D E F-G Figure 1c. Frottements unitaires. Viaduc de Levallois, 1992. L’examen de la distribution de l’effort le long de la colonne (fig.1b) montre bien que la charge appliquée en tête est reprise par la base (d’ailleurs encore très faiblement mobilisée en fin de chargement) et un frottement qui est lui prépondérant le long du fût. Cette constatation est bien la preuve que le mécanisme de reprise des efforts et de transfert au terrain encaissant est, pour une colonne de jet, parfaitement comparable à celui d’une fonda- tion profonde ‘classique’. Les conclusions tirées de l’étude expé- rimentale sur le comportement des colonnes semblent bien justi- fier, moyennant certaines adaptations techniques et considérations relatives au dimensionnement, de pouvoir utiliser celles-ci comme éléments porteurs ou d'ancrages, au même titre qu'une fondation profonde ‘courante’. Sans oublier la reprise des poteaux pré-fondés pour ouvrages neufs ou le confortement des fondations existantes dont il faut améliorer la portance. La réso- lution de la portance de la colonne isolée permet, par extrapola- tion et en fonction des impératifs du projet, d’apporter une solu- tion au problème des groupes de colonnes, mais également à celui des fondations mixtes [6]. 3. LA BASE EXPERIMENTALE ET LE CALAGE GEOTECHNIQUE Les éléments qui ont permis d’élaborer la méthode de calcul que l’on va décrire résultent de l’examen et de l’interprétation d’un total de 17 essais de chargement en vraie grandeur, dont 2 d’arrachement. Ces essais ont été effectués entre 1980 et 2000, sur 21 colonnes, réalisées par des entreprises spécialisées, dans le cadre de projets réels. Les considérations tirées de ces essais ont été également étayées par la prise en compte de résultats obtenus sur colonnes réelles et qui ont été rapportés par la littérature spécialisée. Le Tableau 1 récapitule l’origine des données en rapport avec les 21 colonnes essayées [4][7][8][9]. La totalité des essais de chargement était de type statique, la procédure d’essai consistant en l’application de paliers croissants et d’égale intensité. Seuls 9 essais ont été conduits jusqu’à la charge limite conventionnelle vis-à-vis du sol Qu, définie comme correspondant à un déplacement de la tête d’au moins 10% du diamètre. Sur 21 colonnes examinées, 17 ont été réalisées par jet simple et 4 par double jet. Tableau 1. Cas des colonnes examinées. Site Nb. colonne ∅ (m) L. (m) Inst. Jet Auteur sol Einbeck 1980 3 0.8 8.5 - S Rizkallah LA S & G Lonay 1988 1 0.6 24 J D Morey Jaubertou A lacustre Paris 1991 3 3x0.4 11.6 EA S Bustamante Gianeselli Thiriat G & S Ra Levallois 1992 1 3 0.8 3x0.8 8 8 EA S Bustamante Gianeselli Thiriat LA LA+S+G Ma Anvers 1998 1 1 1 1 1 0.51 0.62 0.54 0.58 0.62 7 9 6 4 4 - S Maertens Maeckelberg S glauco. Porto 1998 1 0.6 8.5 J S Falcao A. Pinto F. Pinto SA Ra Madère 1999 1 0.65 13 J S Falcao A. Pinto F. Pinto S+galets Ra Dunkerque 1999 1 3 5 T D Jullian Jardine S Chalons 2000 1 1 1.1 12 - D Sten L + S Cr instrumentation : EA – extensomètre amovible, J – jauges, T- telltale jet: S-simple, D-double A – argile, LA – limons argileux, SA – sable argileux, S – sable, G– grave, Ra – rocher, Cr-craie Les résultats obtenus correspondaient essentiellement à des matériaux, argileux, limoneux, argilo-sableux, sableux, grave- leux ou avec galets. Tous les sites d’essais ont fait l’objet d’une reconnaissance pouvant comporter des essais de laboratoires mais dans tous les cas des essais in situ de type CPT, SPT ou PMT. Le calage géotechnique de la méthode de calcul proposée a donc été fait en s’appuyant sur ces 3 types d’essais in situ. 4. LA METHODE DE CALCUL Comme pour toute fondation profonde courante, le problème de la détermination uploads/Management/ 2002-bustamante-les-colonnes-de-jet-grouting-dimensionnement-et-controle-pdf.pdf