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L'INJECTION DE SERRAGE UNITAIRE : UNE NOUVELLE MÉTHODE D'INJECTION DE MICROPIEU
01/11/2018

L'INJECTION DE SERRAGE UNITAIRE : UNE NOUVELLE MÉTHODE D'INJECTION DE MICROPIEU


Paul Vidil, directeur adjointdu bureau d’études deSoletanche Bachy France.

Système d’acquisition des données Sirius.



La norme d’application nationale de l’Eurocode 7 pour
les fondations profondes, NF P94-262, définit quatre types
de micropieux : les micropieux type I et II, les micropieux
injectés mode IGU (type III) et mode IRS (type IV). Or,
les micropieux type III sont en réalité ceux qui donnent
les résultats les plus variables en matière de résistance
de frottement axial, car ils sont fortement tributaires du
temps d’attente entre le remplissage du coulis de gaine et
l’injection d’un deuxième coulis sous pression dans le forage.
Mais, dernièrement, un nouveau type de micropieu, l’ISU,
vient de voir le jour. Explications.

Le présent article traite d’un nouveau type de micropieu, sous « Injection de serrage unitaire », dit micropieu ISU, qui est l’aboutissement d’une démarche de Soletanche Bachy visant d’une part à améliorer la qualité d’exécution des micropieux injectés, et d’autre part à rendre plus efficace leur réalisation.
Ce procédé fait l’objet d’un cahier des charges particulier, initialement validé par Bureau Veritas, et
en cours d’évaluation et de validation par l’Ifsttar* et le Cerema**.

 

PRÉSENTATION DU PROCÉDÉ


La particularité du système d’injection, en lieu et place du tube à manchettes utilisé pour les micropieux de types III et IV, est une virole en tête de forage, venant chapeauter l’armature et permettant l’injection du micropieu (fig. 1).
L’amélioration de la qualité d’exécution se fait en supprimant le temps d’attente entre le remplissage
du coulis de gaine et l’injection du deuxième coulis sous pression dans le forage. Cela permet de s’affranchir du risque d’une prise excessive de la gaine, ne permettant plus sa traversée radiale
par le coulis injecté ensuite sous pression, et a contrario d’une prise insuffisante de la gaine, entraînant des fuites de coulis vers la surface.
L’efficacité se traduit par un gain global de temps. Le procédé permet ainsi d’optimiser chacune des phases nécessaires à la réalisation complète d’un micropieu :
1/ durant le forage, par le recours au forage Hi’Drill ;
2/ pendant l’équipement, avec la méthode autoforée ;
3/ et lors de l’injection, avec le système ISU.

 

DIFFÉRENTIANT TECHNIQUE


Le concept de micropieu autoforé Hi’Drill avec Injection de serrage unitaire est détaillé ci-dessous : la méthode de forage Hi’Drill : en plus de l’action traditionnelle de la tête sur les tiges de forages en translation et rotation, la pénétration dans le terrain peut être améliorée par l’entraînement des tiges de forage en vibration axiale, à une fréquence comprise entre 50 et 200 Hz. la méthode de mise en place de l’armature autoforée : l’outil de forage est perdu et les tubes ont pour fonction définitive l’armature du forage.
Or un micropieu dont le forage fait appel à la méthode Hi’Drill, ou un micropieu qui a été mis en place à l’outil perdu, se calcule usuellement en appliquant la norme NF 94-262. Le caractère innovant est clairement l’injection de serrage unitaire ; les procédés Hi’Drill et autoforé ont été ajoutés pour maximiser l’efficacité lors de la réalisation du micropieu.
Il arrive néanmoins que le Hi’Drill ne permette pas d’apporter un gain d’efficacité significatif dans la réalisation des micropieux ; il est alors remplacé par une autre méthode de forage plus adaptée.

 

MISE EN OEUVRE


Les tubes d’armatures du micropieu sont utilisés comme tiges de forage, avec, à leur extrémité, un outil de forage débordant, de diamètre correspondant à celui du forage et adapté au terrain.
La circulation du fluide de forage se fait au travers des tiges de forage jusqu’à l’ouverture au niveau de l’outil de forage, puis remonte via l’espace annulaire entre les parois du forage et les tiges. Cette circulation permet l’évacuation des déblais générés par le forage. Le fluide utilisé peut également permettre, si nécessaire, de stabiliser les parois du forage et de maintenir le niveau hydrostatique.
L’avancement du forage jusqu’à la profondeur requise est permis par l’action de la tête de la foreuse sur les tiges de forage.
Au fur et à mesure de l’avancement du forage, des tiges de forage sont raboutées par vissage entre le train de tige déjà en place dans le forage et la tête de la foreuse. La longueur des tiges est déterminée en fonction de la longueur totale du forage et des limitations imposées par la foreuse ou par la configuration du site.
En cours de forage, le système d’acquisition de données permet de visualiser les valeurs des paramètres de forage (circulation du fluide, translation, rotation,
vibration).
La profondeur requise atteinte, il est procédé à la substitution de fluide de forage par le coulis de scellement avec un C/E variant de 1,8 à 2,4. Ce coulis suit la même circulation que le fluide de forage au travers des tiges de forage jusqu’à l’ouverture au niveau de l’outil de forage, puis il remonte via
l’espace annulaire entre les parois du forage et les tiges. L’opération est terminée lorsque le coulis de scellement s’est substitué au fluide de forage et a complètement rempli le forage jusqu’à la surface, jusqu’à déborder.
La tête de la foreuse est ensuite déconnectée du train de tige de forage. Le train de tige est laissé en place dans le forage et prend alors sa fonction définitive de tube
d’armature du micropieu.
Juste après l’opération précédente, et avant le début de la prise du coulis, le système de virole d’injection est mis en place entre les guillotines de la foreuse avec les moyens adaptés de levage disponibles sur site.
Le système est alors raccordé à la tête de rotation via le train de tige.
Une fois les guillotines ouvertes, le système vient coiffer le micropieu, et est entraîné en rotation (fig. 2) jusqu’à s’ancrer dans le terrain sur une profondeur de 1 m minimum, afin d’éviter la résurgence du
coulis lors de l’injection.
La conduite d’injection (fig. 3) est ensuite raccordée à la tête de ce système, ce dernier étant toujours liaisonné à la tête de rotation, afin d’empêcher sa remontée du fait des sous-pressions liées à
l’injection.
L’injection au coulis C/E de 1,8 à 2,4 est poursuivie jusqu’à l’obtention d’au moins l’un des deux critères suivants : la pression d’arrêt : 1 MPa ; le volume d’arrêt : max (1,5 fois le volume théorique de la partie scellée définie par le calcul ; 0,5 fois le volume théorique du micropieu).
Une fois l’un des deux critères d’arrêt atteint, le micropieu ISU est terminé, la conduite d’injection peut être enlevée, et le système dévissé du terrain et de la foreuse afin de réaliser le micropieu suivant.

 

ESSAIS RÉALISÉS


Différents essais de traction de ce procédé ISU ont été menés dans plusieurs types de terrains, sur
4 chantiers différents, et ont été comparés à des essais menés sur les mêmes sites, sur des micropieux traditionnels de type III.
À ce jour, des essais à la rupture ont ainsi été menés avec le système Hi’Drill ISU dans les terrains suivants :

  • type de sol « sable grave » (dénomination géologique « alluvions anciennes »),
  • type de sol « craie » (dénomination géologique « craie »),
  • type de sol « marne » et « calcaire marneux » (dénomination géologique « calcaire » et « marnes et caillasses »). (cf tableau ci-dessous)

Sur le graphe (fig. 4) sont superposés, pour chaque terrain d’ancrage, les frottements latéraux issus de la norme NF P 94-262 pour des micropieux de type III (qs et qs;max), et les qs issus des essais (type III et ISU).
Les enseignements à tirer des 18 essais dans les alluvions anciennes, la craie, le calcaire, et les marnes et caillasses, sont les suivants :

  • les charges obtenues de fluage ou à la rupture sont comparables entre les micropieux type III et les micropieux ISU ;
  • les valeurs de frottement latéral sont quasiment les mêmes entre des micropieux type III et des micropieux Hi’Drill ISU ;
  • les frottements latéraux limites qs obtenus peuvent être d’ailleurs supérieurs pour certains terrains aux valeurs de qs;max de la norme NF P94-262.

Le procédé Hi’Drill autoforé ISU est par conséquent équivalent, en matière de frottement latéral, à des micropieux injectés mode IGU (type III).
Il est donc possible, dans les terrains cités ci-dessus, de ranger la technique de mise en oeuvre
« Micropieu Hi’Drill autoforé ISU », en classe 8 et en catégorie 19 (au sens de l’annexe A de la norme
NF P94-262), comme les micropieux type III.
D’autres essais vont être menés prochainement. Cela permettra, au fur et à mesure, de constituer une base d’essais avec ce procédé, dans le but, à terme, de définir des abaques associés à un nouveau jeu de coefficients de modèle.
D’ores et déjà, on constate que le procédé ISU de Soletanche Bachy offre une fiabilité supérieure à celle de la norme NF P94-262.

 

Paul Vidil, directeur adjoint
du bureau d’études de Soletanche Bachy France

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