PROJET ASIRI

Amélioration des sols par inclusions rigides.

1 – Justifications et objectifs du Projet

Le renforcement des sols par inclusions rigides verticales constitue une alternative particulièrement intéressante pour les fondations sur sols moyennement ou fortement compressibles. Cette technique est utilisée dans trois situations principales : renforcement des sols sous des dallages ou fondations de bâtiments industriels, sous des remblais, sous des réservoirs de stockage ou bassins et ouvrages des stations d’épuration.

La technique des inclusions rigides consiste à transférer la charge due à l’ouvrage renforcé vers une couche de sol plus dur. Ce transfert se fait par la combinaison d’inclusions rigides traversant le sol compressible et d’un matelas granulaire disposé entre le réseau d’inclusions et l’ouvrage. Ce matelas a pour vocation de répartir la charge sur les têtes d’inclusions. Pour augmenter la part de la charge reprise par les inclusions, des têtes peuvent être disposées sur les inclusions et des nappes géosynthétiques peuvent être intercalées dans le matelas granulaire.

Les mécanismes régissant le transfert de charge dans le matelas granulaire (effet de voûte, effet membrane si utilisation d’un géosynthétique) et le long des inclusions (effet d’accrochage) sont encore mal connus. Il existe plusieurs méthodes de dimensionnement et même deux normes (une britannique et une allemande), mais elles sont basées sur des modèles empiriques et sont très conservatrices. Pour illustrer les différences de dimensionnement, on rappelle que les méthodes étrangères recommandent d’intercaler un géosynthétique dans le matelas granulaire alors que la pratique en France est plutôt de ne pas en mettre.

A partir des connaissances et des expérimentations actuelles (synthèse bibliographique et enquête auprès des principales entreprises françaises travaillant dans ce domaine), nous proposons d’entreprendre une démarche de qualification. Pour cela nous proposons une approche expérimentale et numérique du problème. L’approche expérimentale sera composée d’un volet essais in situ, et d’un volet modélisation physique (essais à la centrifugeuse en modèles réduits). L’approche numérique s’appuiera sur une analyse tridimensionnelle par différences finies et/ou par éléments finis.

L’ensemble de cette démarche doit aboutir à la rédaction de Recommandations pour la conception, la mise en œuvre et le contrôle des remblais et dallages fondés sur sol renforcé par inclusions rigides verticales.

2 – Etudes préliminaires

Une étude de faisabilité sur les inclusions rigides commandée par l’Etat (DRAST) le 30 août 2000 a été réalisée au cours du second semestre 2000 par un groupe d’experts animé et coordonné par Bruno SIMON de TERRASOL.

Ont participé à cette étude : - P. BERTHELOT : Bureau VERITAS - O. COMBARIEU : LRPC de Rouen - G. HAIÜN SETRA - J. P. IORIO: BOUYGUES Offshore - C. MAUREL : SETRA - D. THIRIAT : BOTTE BTP - A. MORBOIS : SCETAUROUTE - Ph. LIAUSU : MENARD SOL TRAITEMENT - T. NAIDJI : KELLER Cette étude a été remise à la DRAST en février 2001. Après examen des résultats de cette étude de faisabilité, la mission Génie Civil et Urbain de la DRAST a jugé préférable, avant de démarrer le Projet National de Recherche et Développement sur ce sujet, de passer commande à l’IREX de l’établissement de : • Un état de l’art en France et à l’étranger • Une enquête sur les réalisations ayant déjà utilisées cette technique et le lancement d’une banque de données • et l’établissement d’un programme de recherche et d’expérimentation détaillé.

Pour exécuter ces prestations, l’IREX a fait appel à L. BRIANCON POST-DOC piloté par un groupe d’experts regroupant : - S. BOREL : LCPC - O. COMBARIEU : LRPC de Rouen - J. GARNIER : LCPC de Nantes - R. KASTNER : INSA de Lyon - A. MORBOIS : SCETAUROUTE - et B.SIMON qui en assure l’animation et la coordination.

L’exécution de cette phase a eu lieu en 2003, et a permis d’établir le programme du Projet National.

3 – Programme

3.1. Essais sur site

Deux campagnes systématiques d’essais en grandeur réelle sont programmées en vue d’étudier les mécanismes de transfert de charges dans les cas de renforcement des sols par inclusions rigides, sous remblais, et sous dallages ; les mécanismes pourraient être différents des voûtes se formant plus facilement dans le matelas dans le cas des remblais à la différence du dallage où la charge a une répartition uniforme.

La série des essais sous remblai est la suivante : 1R. Plot de référence ; remblai sur sol compressible 2R. Plot avec inclusions sans plateforme de transfert de charge 3R. Plots avec inclusions et plateforme de transfert de charge renforcée par un géotextile 4R. Plots avec inclusions et plateforme de transfert de charge renforcée par deux géogrille

La série des essais sous dallage sera la suivante : 1D. Plot de référence : remblai de 2 hauteurs croissantes sur dalle posée sur le matériau granulaire 2D. Plot renforcé par IR refoulante, mais sans interposition de dalle 3D. Plot renforcé par IR refoulante sous dallage 4D. Plot renforcé par IR non refoulante sous dallage

Tous ces essais seront instrumentés

Les paramètres étudiés lors de la comparaison des différents plots expérimentaux sont les suivants : 1 : comparaison avec et sans inclusions 3 : comparaison avec et sans géotextile disposée sur les têtes d’inclusions 4 : comparaison avec et sans géogrilles noyées dans le matelas granulaire 5 : confrontation des deux méthodes de renforcement par géosynthétiques 6 : influence de la nature du sol compressible 7 : comparaison avec et sans dallage 8 : influence de la mise en œuvre des inclusions 9 : influence de la nature du matelas granulaire et de son renforcement.

3.2. Essais menés à l’occasion de chantiers réels

Des plots d’essais menés à l’occasion de chantiers pourront être réalisés. Ils permettront de qualifier et comparer les performances des différentes techniques d’inclusions rigides. Ces plots comprendront un complément d’investigation géotechnique, si nécessaire pour disposer des mêmes paramètres sur l’ensemble des sites, un essai de chargement de colonne isolée et le dégagement de la colonne en fin d’essai.

3.3. Essais de laboratoire

Une première série d’essais permettra une caractérisation des matériaux constitutifs du matelas, puis des essais en chambre d’étalonnage permettront d’examiner les mécanismes de transfert de charges, et d’étudier l’influence de l’épaisseur du matelas, de la nature de ses matériaux constitutifs, et celle du diamètre de l’inclusion ; 2 essais seront destinés à déterminer l’intérêt des dallettes en tête des inclusions.

Deux séries d’essais auront lieu sur le modèle réduit centrifugé : La première permettra d’examiner les effets de l’épaisseur du matelas, du taux de recouvrements d’inclusions avec sous sans dallettes, du niveau de la surcharge, et de sa forme (remblai ou charge répartie par une dalle).

La deuxième série sera consacrée à étudier la formation de voûte dans le matériau granulaire.

3.4. Modélisation numérique

Une thèse sera engagée avec à l’INSA de Lyon avec la construction d’un modèle bidimensionnel –le sol du matelas es constitué de petits cylindres métalliques de 3 à 5 mm de diamètre- l’expérimentation visera à établir les conditions de la formation de voûtes. Des modèles numériques existent et seront confrontés aux résultats expérimentaux ; on testera aussi les possibilités de modèles simplifiés.

3.5. Synthèse des résultats et recommandations

L’objectif du Projet National « Inclusions Rigides » est le développement et la promotion de la technique du renforcement des sols compressibles par des inclusions rigides verticales ; un guide sera rédigé. Il devra traiter de la conception et du dimensionnement de ces ouvrages, de la mise en œuvre des différents éléments et des procédures de contrôle. Il devrait notamment dégager une doctrine en référence à des points spécifiques particuliers tels que :

- Critères d’optimisation entre maillage et épaisseur du matelas, utilisation ou non de dallettes, mise en place ou non de nappes de renforcement dans le matelas, - Critères relatifs au choix du matelas granulaire (matériau naturel ou grave traitée), son mode de mise en place et les procédures adaptées de contrôle, - Exigences fondamentales et précautions pour une bonne mise en œuvre, - Choix des procédures d’essai et de contrôle les mieux adaptées au mode de fonctionnement de ces ouvrages.

4 - Partenaires du Budget

Ce projet regroupe : - des maîtres d’ouvrage : SNCF,RFF, EDF Septen, Le Port Autonome du Havre - des entreprises : Durmeyer, Ménard Soltraitement, Keller, Fondations Spéciales, Pinto, Botte Fondations, GTS, Spie Fondations, Balineau, Pieux Ouest, Soletanche Bachy,Eiffage Construction, Saipem, GTM, Bouygues T.P., le groupe Fayat, Quille, Inclusol - des Ingénieries, Bureaux d’études : Terrasol, Rincent BTP, Scetauroute, Fondasol, Botte Sondage, Inéris, Antéa - des Organismes de recherche : LCPC, ENPC, CNAM, INSA de Lyon, CERMES, LIRIGM (univ Joseph Fourier de Grenoble), ESTP - des Industriels : ICE, Tencate - les Fédérations d’entreprises F.N.T.P. et F.F.B

5 - Budget et délais

Le budget total prévu est de 2 389 K€ HT financé à hauteur de 480K€HT par une subvention de l’Etat (MEEDDAT) La réalisation des études se déroulera en 4 tranches sur 4 à 5 ans.

6 - Organisation

Président du Comité Directeur M. François SCHLOSSER, assisté de M. Olivier COMBARIEU, Vice-président. La direction technique du projet est assurée par M. Bruno SIMON avec M. Richard KASTNER comme co-animateur.

Les deux premières tranches de ce projet sont terminées. Elles ont permis de réaliser 2 chantiers expérimentaux :

- le premier à Saint Ouen l’Aumône sur des terrains mis à la disposition du projet par le Port Autonome de Paris a porté sur l’utilisation des inclusions rigides sous dallage - le second à Chelles sur un terrain mis à la disposition par le Conseil Général de Seine et Marne a porté sur l’utilisation des inclusions sous remblai de 5mm d’épaisseur.

Ces chantiers expérimentaux ont bénéficiés d’une instrumentation importante et variée et ont fait l’objet de benchmarks pour tester la validation des différentes méthodes de calculs utilisées par la profession et des essais de chargement des inclusions. Parallèlement, au cours de ces 2 premières tranches ont été menées et se poursuivront en 3ème tranche des études de modélisation et des essais de laboratoire en chambre d’étalonnage et en centrifugeuse. En fin, il faut noter l’instrumentation et le suivi de plusieurs chantiers réels déjà réalisés ou en cours. Il faut noter que ces chantiers sont des supports (et c’est exceptionnel) à 9 thèses de MME et M. - Oriane JENCK – INSA de Lyon, MENARD Soltraitement - Juan ANDROMEDA – CNAM - Miguel-Angel NUNAZ – INSA de Lyon, GTS - Aha HATEM – Polytech’Lille, Keller - Gaëlle BEAUDOUIN – LCPC de Nantes - Umuz Salih OKYAY – INSA de Lyon, LCPC de Nantes, PINTO - Thaï SON Quang – ENPC - Bastien CHEVALIER - 3SR

7 - Valorisation

 Dès la 1ère tranche, un comité de rédaction a été créé sous le pilotage de M. Olivier Combarieu pour rédiger le futur guide technique sur l’amélioration des sols par inclusions rigides. Ce comité se réunit périodiquement, la table des matières du guide a été arrêtée et plusieurs chapitres sont en cours de rédaction. Ce guide sera édité en français et en anglais à la clôture du projet fin 2009 début 2010.

Institut pour la Recherche appliquée et l'EXpérimentation en génie civil

IREX  9, rue de Berri - 75008 Paris - Tél. : 01 44 13 32 79 - Fax. : 01 43 59 41 93

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