cours avec inclusions ouvrages maritimes procedes generaux de construction

B7 / chapitre 12 (version du 20/05/03) Cnam –Paris –Géotechnique C. Plumelle 1

1. DOMAINE DU RENFORCEMENTS DES SOLS 2

2. LES COLONNES BALLASTÉES 2

2.1 Méthode d’exécution 2

2.2 Domaines d’application 3

2.3 Mécanisme de renforcement 32.3.1 Comportement d’une colonne isolée 32.3.2 Paramètres du projet 32.3.3 Calculs du tassement d’un sol renforcé par des colonnes ballastées 3

3. LES TIRANTS D’ANCRAGE 4

3.1 Technologie et définitions 4


3.3 Différences de comportement des tirants passifs et des tirants actifs 5

3.4 Protection contre la corrosion 5

3.5 Mise en service des tirants précontraints et essais de contrôle 6

3.6 Dimensionnement de la longueur de scellement des tirants 6

4. COLONNES INJECTÉES PAR JET SOUS HAUTE PRESSION (JET GROUTING) 9

4.1 Principe et mise en œuvre des colonnes de « jet grouting » 9


4.3 Essais, contrôles, vérification 12


1. Domaine du renforcements des sols

Les renforcements de sol traités dans ce chapitre concernent l’amélioration des sols avec inclusions.On étudie successivement, sans que ce soit exhaustif, les colonnes ballastées, les tirants d’ancrageet le « jet grouting ».

2. Les colonnes ballastées

2.1 Méthode d’exécutionElle comprend une première phase de forage suivie d’une seconde phase de constitution et decompactage de la colonne (Fig.1). La formation de la colonne est effectuée à la remontée du tubeen compactant des agrégats calcaires ou silico-calcaires 15/30 à 20/40 ou plus.Les techniques par voie sèche, par vibro-refoulement, sont plus utilisées en France que lestechniques par voie humide, par vibro-substitution . Par voie sèche la profondeur du traitement estlimitée à 15m.Une couche de forme de 0,50m à 1m mise en place au-dessus des colonnes assure le transfert descharges superficielles vers les colonnes.

Fig.1 Phases d’exécution d’un colonne ballastée (doc. Keller)


2.2 Domaines d’applicationLe procédé s’applique aux sols fins de faible cohésion : vases , argiles, limons, mais on verra qu’ ilfaut que le terrain ait quand même une certaine résistance ; et la technique ne convient pas pour desépaisseurs importantes de tourbes ou d’ argiles trop compressibles, dans ce cas il est nécessaire derigidifier les colonnes en les injectant.Les objectifs sont d’améliorer la portance du sol, de limiter les tassements, sans les annulercomplètement, d’accélérer la consolidation, voir d’assurer la stabilité de versants.Les colonnes ballastées sont utilisées pour améliorer les plate formes des fondations superficielles,en particulier pour des entrepôts industriels, des soutènements en remblai, des stations d’épuration,pour rendre le sol non liquéfiable.

2.3 Mécanisme de renforcement

2.3.1 Comportement d’une colonne isoléeLa stabilité de la colonne composée de matériaux granulaires étant sans cohésion sa stabilité estassurée par l’effet triaxial du terrain encaissant. De plus la colonne peut se rompre par écrasementet par défaut de capacité portante.La colonne étant plus rigide que le sol encaissant le report des charges est plus important sur lescolonnes, d’où une augmentation de la portance du sol renforcé et une réduction du tassement.

2.3.2 Paramètres du projetLes paramètres du projet sont le diamètre de la colonne, le maillage, l’angle de frottement ϕ’ de lacolonne, la résistance du sol encaissant, le rapport entre la contrainte dans la colonne et le sol et lacompatibilité entre les déformations de la colonne et du sol. Le diamètre de la colonne varie suivantle matériel et le consistance du sol de 0,50m à 1m, avec des valeurs de projet souvent prises de0,70 à 0,80m. Le maillage est fonction des charges maximales apportées par le dallage, les semellesfilantes, les appuis isolés.La contrainte de rupture est égale à qu = σh . tan2 (π/4 + ϕ’col / 2 ), avec σh égal à la pression limitepressiométrique pl moyennée sur toute la hauteur de la colonne et ϕ’col pris généralement égal à38°. Le DTU 13.2 ( en révision) impose un coefficient de sécurité de 2 sur qu pour calculer lacontrainte « admissible » qa, elle – même limitée à 0,8 MPa.

2.3.3 Calculs du tassement d’un sol renforcé par des colonnes ballastées

Le calcul des tassements peut se faire suivant plusieurs méthodes, la méthode souvent utilisée enFrance est la méthode de Priebe. Dans le cas d’un maillage infini, on définit, avec les notations dePriebe, un facteur d’amélioration n qui est fonction de ϕ’col , du rapport entre la surface de lamaille et la section de la colonne F/Fs et du rapport entre les modules d’élasticité de la colonne etdu sol Es /EB. Le tassement du sol renforcé est alors égal au rapport du tassement du sol vierge parn, affecté d’un coefficient correcteur de profondeur. Une méthode plus moderne de calcul destassements est l’utilisation de la méthode des éléments finis en axisymétrique (2D) qui permet defaire un couplage hydromécanique en tenant compte de la consolidation radiale apportée par lescolonnes.Pour les cas de semelles filantes et carrées Priebe a proposé des abaques permettant de passer de lavaleur du tassement dans le cas du maillage infini aux tassements sous des semelles filantes oucarrées.


3. Les tirants d’ancrage

3.1 Technologie et définitionsOn distingue 2 types de tirants d’ancrage. Les tirants à plaque qui sont mis en place à la construction des remblais, généralement derrièreles rideaux de palplanches. Ils sont constitués de plaques isolées ou filantes qui travaillent par butéeet nécessitent donc un déplacement important.Les tirants à bulbe de coulis de ciment injecté dans le sol en place ( Fig.2). Leurs techniquesd’exécution ont été décrites au chapitre 2, paragraphe 3.

Fig.2 Chantier de tirants d’ancrage (doc. Soletanche- Bachy)

Pour les tirants à bulbe on distingue la partie libre sans liaison avec le terrain et la partie scellée quitransfert l’effort au terrain par frottement latéral tout le long du bulbe ( Fig.3).

Fig.3 Schéma d’un tirant


3.2 Domaines d’applicationLes tirants à plaque sont généralement utilisés pour les rideaux de palplanches. Les tirants à bulbescellé dans le terrain en place sont généralement précontraints. Ils sont associés le plus souvent à lastabilité des parois : parois moulées, parois berlinoises. Ils sont également employés pour équilibrerles sous pressions sous un radier. Enfin ils s’appliquent au renforcement de stabilité de pentes et àdes reprises en sous –œuvre.

3.3 Différences de comportement des tirants passifs et des tirants actifsUn tirant passif, sans précontrainte initiale, nécessite des déplacements importants pour équilibrerles efforts transmis par la structure.Un tirant, avec précontrainte initiale, est immédiatement actif et permet de limiter les déplacementsde l’ouvrage, sans pouvoir évidemment les supprimer.

3.4 Protection contre la corrosionLes tirants d’ancrage doivent être protégés contre la corrosion, pour les tirants à plaque on prendragénéralement une épaisseur sacrifiée à la corrosion, pour les tirants d’ancrage à bulbe,précontraints, la protection sera d’autant plus sévère (Fig.4) que le sol est agressif et la durée de viede l’ancrage longue (chapitre 2, paragraphe 3)

Fig.4 Dispositif de la protection de classe P2 (TA 95)


3.5 Mise en service des tirants précontraints et essais de contrôleLa mise en service de chaque tirant comporte une traction d’épreuve Te, avec un essai de fluage,préalablement à l’opération de blocage.Tous les tirants d’ancrage sont soumis à cette traction d’épreuve (TA 95)Le tableau 1 indique les procédures d’essai et les critères de réception.

Tableau 1. Essais à la mise en tension (d’après le TA 95)

ESSAIS à la MISE en TENSIONTirant provisoire Te = 1,15 TsTension d’essai Te

Ts : traction de service Tirant permanent Te = 1,25 TsTerrain non fluant 12 minDurée

Terrain fluant 22 minCritères de réception Terrain non fluant Allongement < 1,5mm entre

2 et 12 minTerrain fluant Allongement < 1mm entre

6 et 22 min

Les essais de contrôle sont obligatoires, ils permettent de vérifier statistiquement la qualité del’exécution des tirants du chantier (TA 95)

3.6 Dimensionnement de la longueur de scellement des tirantsLa capacité portante des tirants d’ancrage à bulbe est généralement déterminée grâce à l’expériencede l’entreprise. Dans le cas de nouveaux types de tirants ou de terrains difficiles à injecter il estobligatoire de procéder à des essais préalables qui permettent de déterminer, comme pour lesessais de pieux, la charge de rupture Tu et la charge critique de fluage Tc. On en déduit la tractionde service Ts.Pour les tirants permanents : Ts = min {0,66 Tu , 0,8 Tc}Pour les tirants provisoires : Ts = min {0,66 Tu , 0,9 Tc}A défaut d’essais préalables, il est obligatoire de faire des essais de conformité, en début dechantier dans le but de vérifier la validité des hypothèses de dimensionnement.Pour ces 2 types d’essai les tirants ne sont pas réutilisables.Enfin, on utilisera avec prudence les abaques de pré dimensionnement qui sont annexés au TA 95Tableaux 2 et Fig.5)


Tableau 2 .Valeur du coefficient α pour le calcul du diamètre du bulbe (TA 95)


L’utilisation des abaquesest particulièrementsimple.Le diamètre moyen dubulbe Ds est égal audiamètre de l’outil deforage multiplié par lecoefficient α qui estfonction du typed’injection et de la naturedu sol. Connaissant lalongueur du bulbe Ls onen déduit la surfacelatérale sur laquelles’applique le frottementlatéral moyen qs indiquépar les abaques (ex : sableet gravier). On peut doncdéterminer la capacitéportant ultime Tu du tirantd’ancrage.

Fig 5. Abaque pour la détermination de qs


4. Colonnes injectées par jet sous haute pression (jet grouting)

4.1 Principe et mise en œuvre des colonnes de « jet grouting »Le jet grouting consiste à exécuter in situ des colonnes de béton de sol (Fig.6) par un procédéhydrodynamique qui combine :

la déstructuration du terrain par un jet à très grande vitesse ; l’extraction d’une partie du terrain jusqu’à la surface par les fluides du jet ; l’incorporation au reste du terrain déstructuré d’un coulis sous pression.


La mise en œuvre comprend les 2 phases suivantes (Fig.7): forage en petit diamètre (100 à 200mm) sur la hauteur du sol à traiter ; remontée du train de tiges avec mise en rotation totale (colonnes) ou avec une petite rotation

( panneau), en déstructurant le terrain par un jet à haute pression et en incorporant un coulis deciment ; les volumes en excès de sol et de coulis (spoil) doivent ressortir librement à la surfacedu sol.

Fig.7 Phases d’exécution d’une colonne de « jet grouting »(doc. Sefi)


On utilise des jets simples, doubles ou triples (Fig.8)

Fig.8 Schémas des différents types de jets

Pour le jet simple, le coulis assure les 3 fonctions de déstructuration, extraction et incorporation.Pour le jet double le coulis est entouré par un jet d’air coaxial qui permet de mieux déstructurer etextraire le sol. Enfin pour le jet triple la fonction de déstructuration est assurée par un jet d’eauentourée d’un jet d’air et la fonction d’ incorporation par un jet de coulis.Le diamètre des colonnes dépend du type de terrain, du nombre de jets et de la puissance despompes, elle varie de 0,80 à 2m. L’épaisseur des panneaux est compris entre 5 et 30cm.


4.2 Domaines d’applicationLe procédé s’applique à des terrains difficilement injectables par des injections d’imprégnationclassiques. Il convient pour des sols granulaires jusqu’aux argiles.Les domaines d’application principaux sont :

reprises en sous œuvre de fondations existantes ; fondations d’appuis isolés sur sols compressibles ; soutènement par colonnes sécantes ; pré soutènement de tunnel à l’avancement par voûte parapluie; enceinte pour excavation de puits ; radier injecté ; renforcement du terrain dans la masse par inclusion de colonnes de « jet grouting »….

4.3 Essais, contrôles, vérificationIl existe actuellement une norme européenne d’exécution NF EN 12716 concernant le « jetgrouting ». On réalise généralement des plots d’essai (Fig.6) pour caler les paramètres de laméthode On peut alors mesurer sur carotte la résistance et le module du béton de sol de la colonne,qui dépend du dosage en ciment et du type de sol. La détermination de la capacité de la colonne estréalisé par un essai de chargement qui peut être instrumenté.En cours d’exécution les paramètres de perforation et d’injection sont enregistrés en continu. Ondoit vérifier que le « spoil » remonte librement à la surface. On suit obligatoirement lesdéplacements éventuels des structures existantes proches des travaux de « jet grouting ».Les contrôles après exécution ont pour objectifs de vérifier la continuité des colonnes et leurscaractéristiques mécaniques.

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