Méthodologie de contrôle en place des micropieux à partir d'essais dynamiques

In situ control methodology for micropiles based on dynamic load testing

• Auteur / Autrice : René Matias Calvente
• Direction : Pierre Breul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 30/06/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Breul, Claude Bacconnet, Philippe Gotteland, Sofia Costa d'Aguiar
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Roger Frank

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fondations (construction)

Pieux

Mots clés libres

Micropieux

Contrôle de fondations profondes

Essai de chargement dynamique

Essai d’arrachement

Faible déformation

Résistance en service

Résistance limite

Micropiles

Deep foundations quality control

Dynamic load test

Service axial capacity

Ultimate axial resistance

Micropilotes

Control de fundaciones profundas

Ensayo de carga dinámica

Ensayo de carga estática

Bajas deformaciones

Resistencia en servicio

Resistencia límite

Résumé

L’état de l’art réalisé dans le cadre de ce travail a permis d’identifier une grande variété de techniques de réalisation de micropieux avec des comportements effort-déformation difficiles à prédire. Quant aux méthodes de contrôle, du point de vue de l’intégrité il existe deux méthodes développées pour les pieux lesquelles ne sont pas toujours applicables aux cas de micropieux ; et du point de vue du contrôle du comportement mécanique, il existe un essai assez utilisé pour le contrôle de micropieux : l’essai d’arrachement. Cet essai est facile à réaliser et à interpréter, cependant il est onéreux (long temps d’essai) et difficile à mettre en place. Un autre type d’essai, utilisé dans le contrôle de fondations profondes, est l’essai de chargement dynamique. La recherche bibliographique a permis d’identifier les avantages et inconvénients de ce type d’essai adaptés et déjà validés dans le contrôle de pieux. Nous avons donc proposé une nouvelle méthodologie basée sur des essais de chargement dynamique à faible contrainte nécessitant des énergies de battage beaucoup moins importantes que dans les essais de chargement dynamique classiques. Le protocole et dispositif d’essai de la méthodologie ont été calibrés et validés à partir de simulations numériques afin notamment de justifier les choix de l’énergie d’impact, de la masse du marteau et de l’amortisseur à utiliser. Les observations numériques sont ensuite vérifiées expérimentalement sur des micropieux à échelle réelle mis en place dans un site expérimental développé dans le cadre de ce projet. La méthodologie de contrôle en place de la résistance en service de micropieux développée, c’est une méthode originale simple à réaliser, facile à mettre en oeuvre et d’interprétation immédiate. Elle a été validée aussi dans le cas de micropieux à échelle réelle en conditions maitrisées dans le site expérimental et non maitrisées dans trois chantiers réels de micropieux. Finalement, le progrès dans les recherches, a permis le développement d’une méthodologie de contrôle de la résistance limite de micropieux. Pour cela nous proposons d’utiliser un modèle analytique de prédiction du comportement effort-déformation alimenté par les résultats de l’essai de chargement dynamique à faible déformation et d’un essai complémentaire de reconnaissance des paramètres à la rupture du sol. L´objectif de ce développement est de proposer une prédiction de la résistance limite du micropieux testé sans compromettre son intégrité. L’application de la méthodologie a montré qu’elle donne des résultats très proches de ceux observés dans les essais statiques.

The review of the state-of-the-art of micropiles produced as part of this work allows to identify a wide variety of construction methodologies which have a stress-strain behavior difficult to predict. As for the testing methods, there are methods for assessing the condition of piles or shafts but they are not always applicable to the micropiles; and in terms of the control of mechanical behavior, the most used load testing micropile is the uplift static load test. The static load test is easy to perform and interpret, however the reaction system is cumbersome and slow to erect, therefore this test is time and cost consuming. Another type of test that can be used in the control of deep foundations is the dynamic load testing. The literature review helped to identify the advantages and disadvantages of this type of test that has been adapted and validated in control of pile behavior. The new methodology proposed in this work is based on low-strain dynamic test requiring a smaller impact energy than a high-strain dynamic test. The testing protocol and loading device of the methodology have been calibrated and validated by numerical simulations in order to justify the choice of the impact energy, the weight of hammer and the cushion that will be used. The numerical observations are then verified by experiences in full-scale micropiles installed in an experimental site developed as part of this project. The developed in situ control methodology of the resistance in service of micropiles is an original method, easy to carry out, simple to execute and with an immediate interpretation. This methodology has been validated on full-scale micropiles in contained conditions and also in uncontained conditions in three real projects of micropiles. Finally, the advances in the investigations have led to develop a methodology for control the micropile’s ultimate resistance. We propose to use an analytical model for predicting the stress-strain behavior, which must be supplied with the results of the low-strain dynamic micropile test and of a complementary geotechnical test in order to examine the parameter of soil failure. The goal of this development is to provide a method for predict the micropile’s ultimate resistance without compromising its integrity. The results of the application of the new method to the experimental micropiles are in close agreement with the results observed in the static load test.

La revisión del estado del arte en relación a micropilotes, realizada en este trabajo, ha permitido identificar una gran variedad de técnicas de construcción, donde la predicción de sus comportamientos mecánicos, es una tarea difícil de realizar. Con respecto a los métodos de control, desde el punto de vista de la integridad, existen actualmente métodos no siempre aplicables a los micropilotes, y desde el punto de vista del control del comportamiento mecánico, el ensayo más utilizado es el ensayo de arrancamiento. El ensayo de arrancamiento es de fácil realización e interpretación, sin embargo es oneroso, por su larga duración y la necesidad de disponer de equipos muy pesados.Otro tipo de ensayo, que es utilizado para el control de fundaciones profundas en general, es el ensayo de carga dinámica, cuyas ventajas y desventajas han sido identificadas en la investigación bibliográfica.La nueva metodología propuesta, motivo de este trabajo, está basada en los ensayos de carga dinámica a baja deformación, donde se necesita una energía de impacto mucho menos importante que en el caso de los ensayos clásicos de carga dinámica.El protocolo de la metodología y su dispositivo de ensayo han sido calibrados y validados a partir de simulaciones numéricas con el fin de, principalmente, justificar la elección de la energía de impacto, de la masa del martillo y del amortiguador a utilizar. Las observaciones numéricas han sido, luego, verificadas experimentalmente sobre micropilotes a escala real, instalados en un sitio experimental desarrollado en el marco de este proyecto.La metodología de control in situ, de la resistencia en servicio de micropilotes, desarrollada en este trabajo, es un método original, simple de realizar, con un sistema fácil de instalar y de interpretación inmediata. Ella ha sido validada, en el caso de micropilotes a escala real en condiciones controladas en el sitio experimental, y no controladas en el caso de tres proyectos reales.Además, el avance en las investigaciones, dio lugar al desarrollo de una metodología de control de la resistencia límite de micropilotes. Para ello proponemos utilizar un modelo analítico de predicción del comportamiento esfuerzo-deformación alimentado por resultados del ensayo de carga dinámica a baja deformación y de un ensayo complementario de reconocimiento de los parámetros de ruptura del suelo. El objetivo de este desarrollo es de proponer un método de predicción de la resistencia límite de micropilotes sin comprometer su integridad. La aplicación de la metodología ha mostrado que los resultados son muy cercanos a los observados en los ensayos de carga estática.