PROJET NATIONAL FOREVER

Renforcement des sols par micropieux

1 . Justification et objectif du projet

Le micropieu est un pieu de diamètre inférieur, par définition, à 250 mm, le plus souvent foré et comportant des armatures centrales scellées dans un mortier ou un coulis de ciment. Utilisé depuis de nombreuses années, les micropieux offrent un vaste champ d'applications en groupe (ensemble de micropieux verticaux) ou en réseaux (ensemble de micropieux verticaux et inclinés).

Le Projet National, grâce à un programme d'études, d'essais en laboratoire et de chantiers expérimentaux, a permis de fournir des règles de l'art et des méthodes de dimensionnement modernes qui permettront d'élargir le champ d'application de ces structures.

L'Administration Fédérale Américaine des Autoroutes (FHWA) et l'Université de Canterbury en Nouvelle Zélande ont participé au projet.

2 . Programme

Le programme porte à la fois sur le comportement élémentaire d'un micropieu isolé, et sur le comportement de groupes ou de réseaux de micropieux.

Il comprend, outre l'établissement d'un état des connaissances et une étude technico-économique, des essais en laboratoire (en chambre d'étalonnage et en centrifugeuse), des essais sur site expérimental et sur chantiers, des études de modélisations théoriques, et la mise au point de méthodes de calculs.

Pour le micropieu isolé, les études et recherches portent sur le comportement sous effort axial ou transversal, sur le comportement au flambement, ainsi que sur la durabilité et la corrosion.

L'interaction sol-micropieu sous séisme est également étudiée.

Pour les groupes de micropieux, les études et recherches portent sur la caractérisation expérimentale de l'effet de groupe sur le sol, et sur les interactions mécaniques des charges axiales ou transversales.

Pour les réseaux de micropieux, le comportement expérimental des réseaux est analysé et des études théoriques et de modélisations sont réalisées.

3 . Partenaires

ANTEA - BOUYGUES - BRGM - CAMPENON BERNARD - CEBTP - CERCSO - CERMES - COFIROUTE - ECOLE CENTRALE DE LILLE - FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION (FHWA - USA) - FOREZIENNE D' ENTREPRISES - ISCHEBECK - LABORATOIRE 3S/ Grenoble - LCPC - MENARD RENFORCEMENT - RATP - SCETAUROUTE - SETRA - SNCF - SOCASO - SOIL NAILING - SOLETANCHE BACHY - TERRASOL - Université de CANTERBURY (Nouvelle-Zélande).

4 . Budget et délais

Le budget total s'élève à 5,09 M€ HT (33,4 MF HT), dont 760.000 € HT (5,010 MF HT) financés par l'Etat.

Délais : 1993 - 2001, compte tenu d'une interruption de plus d'un an en 97/98, due à la nécessité de monter un financement complémentaire pour pallier à la défaillance de quelques partenaires.

5 . Organisation

Président : Henri CYNA,

Directeur scientifique : François SCHLOSSER,

Directeur technique : Roger FRANK

6 . Déroulement et résultats du projet

Tant pour les comportements élémentaires, que pour les groupes et les réseaux de micropieux, le projet a eu recours, comme prévu, à des études théoriques, à des essais sur modèles réduits de laboratoire (centrifugeuse et chambres d'étalonnage), et à des essais en vraie grandeur sur site expérimental ou à l'occasion de chantiers réels.

En ce qui concerne les études théoriques, les travaux consistent essentiellement en la mise en œuvre de moyens modernes d'analyse numérique. Ainsi, le programme Goupil-LCPC (basé sur les fonctions de transfert de charge) a été étendu aux grands déplacements (flambements), ainsi qu'à la prise en compte des effets de groupe (programme Goupeg). Des méthodes d'homogénéisation d'inclusions dans les sols ont été appliquées à des géométries typiques de renforcements par micropieux. La méthode des éléments finis, enfin, a permis d'étudier divers aspects liés au comportement des micropieux sous séisme, ainsi qu'à la mobilisation de la réaction transversale.

La centrifugeuse du LCPC à Nantes, ainsi que les chambres d'étalonnage du Laboratoire 3S (Grenoble) et du CERMES (ENPC-LCPC) ont permis de mener des études "paramétriques" sur des modèles réduits de micropieux relativement peu coûteuses. Pour l'instant, l'on s'est surtout intéressé aux effets de groupes de micropieux verticaux sous chargement axial ou transversal. Dans les chambres d'étalonnage, des essais cycliques ont également été effectués. Dans la centrifugeuse des essais de flambement (sur éléments isolés) ont été poursuivis et l'on a également étudié, "en avant-première", des configurations pour le site expérimental de Saint-Rémy-lès-Chevreuse, afin de bien les préparer.

Le site expérimental du CEBTP à Saint Rémy-lès-Chevreuse a été construit afin d'étudier le comportement de micropieux en vraie grandeur. Il s'agit d'un massif de sable de Fontainebleau, de dimensions 10 m x 10 m et de 6 m de hauteur, mis en place à la densité ID = 0,5 - 0,6. Dans un premier temps, les essais ont porté sur des micropieux verticaux. Deux types différents de micropieux verticaux ont été testés, isolés et en groupe (2x2 micropieux), tant sous charges axiales que transversales. Puis des essais portant sur des paires de chevalets (groupes de 2x2 micropieux inclinés) ont été réalisés afin de simuler des réseaux simples.

Les observations sur chantiers ont également apportées leurs contributions au projet. Ainsi, sur le chantier de la déviation de Rueil-Malmaison on a pu tester un groupe de trois micropieux soumis à une traction axiale. Cette expérimentation a été l'occasion d'essayer, avec succès, une méthode de calcul d'effets de groupe implantée dans le logiciel Goupil-LCPC et fondée sur les résultats d'essais pressiométriques.

Un autre chantier expérimental d'un élément de fondations d'un mur antibruit le long de l'Autoroute A4, reposant sur 2 micropieux de 17 m de longueur, dont un incliné à 13,5° sur la verticale et ancrés dans le calcaire, a permis de réaliser des essais de chargements et d'interpréter les résultats. Enfin, l'étude du comportement sismique de micropieux a fait l'objet d'une collaboration entre le PN FOREVER et l'Université Polytechniques de New-York et la FHWA.

La synthèse des résultats de l'ensemble des recherches et essais menés en laboratoires et sur chantiers expérimentaux, ainsi que les conclusions et les recommandations qui ont pu en être tirées, ont fait font l'objet de la rédaction d'un livre par un groupe d'experts partenaires du projet, présidé par Henri CYNA et constitué de :

- François SCHLOSSER : CERMES,

- Roger FRANK : CERMES,

- Florence ALTMAYER : COPREC,

- Roger ESTEPHAN : CERMES,

- Ilan JURAN : Université Polytechniques de New-York,

- Nicolas GOULESCO : BOUYGUES,

- Cécile MAUREL : SETRA,

- Claude PLUMELLE : CNAM-CEBTP,

- Isam SHAHROUR : EUDIL,

- Pierre VEZOLE : EIFFAGE Constructions,

Ce livre s'intitule :

Synthèse des résultats et recommandations du projet national sur les micropieux édité par les presses de l'écoles nationales des Ponts et Chaussées.

Il a été présenté et commenté par ses rédacteurs lors d'une séance plénière publique qui a eu lieu le mardi 25 septembre 2002, à la FNTP - 3, rue de Berri - 75008 PARIS.

7 . Liste des rapports FOREVER

Programme 1993

PLUMELLE C. (janvier 1994) : Etude de faisabilité d'une expérimentation en vraie grandeur de groupes de micropieux, thème 2.4 Rapport interne N). FO/93/01.

BOULON M. et GARNICA P., (10 mars 1994), Modélisation du comportement des micropieux par équations intégrales : Développement d'un code 3D et validation sur des essais d'arrachement en chambre d'étalonnage, thème 1.6 Rapport interne N° FO/93/02.

SHAHROUR I. et ATA N. (25 avril 1994), Analyse du comportement d'un pieu isolé incliné, thème 1.6 Rapport interne N° FO/93/03.

SHAHROUR I., BENZENATI I. et OUSTA R. (25 avril 1994), Comportement de pieux sous chargement latéral dynamique, Analyse bibliographique, Rapport interne N° FO/93/04.

VEZOLE P. (21 avril 1994), Technologies de micropieux. Micropieux à armatures métalliques scellées dans le sol, thème 1.1. Rapport interne N° FO/93/05.

MALEKI K. et FRANK R. (juin 1994), Groupes de pieux chargés axialement, thème 2.6. Rapport interne N° FO/93/06.

FORAY P. et MAIRE DU POSET A. (juillet 1994), Essais de micropieux isolés en chambre d'étalonnage, thème 1.3. Rapport interne N° FO/93/07.

BRITTSAN D. et SPEER D. (juillet 1994), Résultats des essais de chargement sur le site expérimental de la FHWA (Highway 280 Pile Uplift Test Site), thème 1.1. Rapport interne N° FO/93/08.

JURAN I. et ARNOULD R. (1er février 1994), Federal Highway Administration "State of Practice of Micropiles" Solicitations N°. DTFG 61-93-R-00128, Requisition N°. 41-303167, Rapport FO/93/09.

YOUSSEF E., DEGNY E. et FRANK R. (juillet 1994), Etude théorique du flambement des micropieux, thème 1.6. Rapport interne N° FO/93/10.

YOUSSE E., DEGNY E., GARNIER J. et FRANK R. (juillet 1994), Essais de flambement de modèles réduits de pieux sous charge axiale, thème 1.2. Rapport interne N° FO/93/11.

CANOU J., DUPLA J.C., FRANCIS R., de LAURE E., BELMONT G. (décembre 1994), Mise au point du dispositif d'essai en chambre d'étalonnage, thème 1.3. Rapport interne N° FO/93/12.

NORMAND P., BERRILL J., McMANUS K. (coordination : CANOU J., décembre 1994), Etude du comportement dynamique de pieux et de micropieux sur table vibrante, étude bibliographique, thème 1.3. Rapport interne N° FO/93/13.

SCHLOSSER F., FRANK R. et UNTERREINER P. (décembre 1994), "Rapport d'avancement et de synthèse des résultats 1993". Rapport interne N° FO/93/A&S.

Programme 1994

PLUMELLE C., PELLO T. et RAYNAUD D. (mars 1995), Expérimentation en vraie grandeur de groupes de micropieux. Construction du site d'essais, thème 2.4. Rapport interna N° FO/94/01.

MALEKI K., FRANK R. et MAUREL C. (avril 1995), Etude de l'effet de groupe sous charge axiale (Expérimentation de Rueil-Malmaison), thème 2.6. Rapport interne N° FO/94/02.

MALEKI K. et FRANK R. (avril 1995), Etude des effets latéraux sur les groupes de micropieux, thème 2.6. Rapport interne N° FO/94/03.

FOERSTER E. et MODARESSI H. (avril 1995), Modélisation en éléments finis des réseaux ou des groupes de micropieux, thème 3.6. Rapport interne N° FO/94/04.

PELLO T., PLUMELLE C. et RAYNAUD D. (juin 1995), Expérimentation en vraie grandeur de groupes de micropieux. Réalisation de micropieux. Rapport interne N° FO/94/05.

DUBREUCQ T., GARNIER J. et FAVRAUD C. (juillet 1995), Effet de groupe sous charge axiale, thème 2.2. Rapport interne N° FO/94/06.

YOUSSEF E., FRANK R. et DEGNY E. (juillet 1995), Analyse d'essais de flambement : confrontation entre théorie et expérience, thème 1.6. Rapport interne N° FO/94/07.

BRUCE D.A., and JURAN I. (july 1995), Drilled and Grouted Micropiles. State-of-Practice Review (Draft Final Report). Contract N° FHWA-DTFH61-93-C-00128. Final report : Publications N° FHWA-RD-96-016/7/8/9, July 1997.

SHAHROUR I. et OUSTA R. (octobre 1995), Comportement d'un micropieu sous chargement sismique, Rapport interne N° FO/94/08.

VEZOLE P. (octobre 1995), Essai de chargement d'un micropieu et éléments de modélisation. Ouvrage SNCF du "Pont du Soleil" à Saint-Etienne, Rapport interne N° FO/94/09.

SHAHROUR I. et ATA N. (octobre 1995), Calcul des groupes de micropieux à l'aide de la méthode des modules de réaction (p-y), Rapport interne N° FO/94/10.

FOERSTER E. et MODARESSI H. (avril 1995), Modélisation en éléments finis des réseaux ou des groupes de micropieux, thème 3.6. Rapport interne N° FO/94/04.

ALTMAYER F. (octobre 1995), Evaluation des règles existantes, Rapport interne N° FO/94/11.

McMANUS K.F. et BERRIL J.B. (décembre 1995), Etude du comportement du micropieu sur table vibrante, thème 1.3. Rapport interne N° FO/94/12.

FORAY P., BRANQUE D., MAIRE du POSET A. et NGUYEN T. (décembre 1995), Etude des groupes de micropieux sous charge axiale en chambre d'étalonnage, Rapport interne N° FO/94/13.

FRANCIS R., CANOU J. et DUPLA J.C. (mai 1996), Essais de chargement de micropieux modèles isolés et en groupe en mini-chambre d'étalonnage, thème 1.3 et 2.3. Rapport interne N° FO/94/14.

BROWN D.A. and CHANCELLOR K. (january 1997), Instrumentation, Monitoring and Analysis of the Performance of a Type-A INSERT Wall, Littleville, Alabama, thème 3.5, Auburn University, Alabama. Final Report RP-930-335, 105 p.

SCHLOSSER F. et FRANK R. (décembre 1995), "Rapport d'avancement et de synthèse du programme 1994", Rapport interne N° FO/94/A&S.

Programme 1995

FRANK R. et MALEKI K. (décembre 1995), Analyse des groupes de micropieux par approche semi-analytique, thème 2.6. Rapport interne N° FO/95/01.

HO C.L. et COYNE A.G. (mars 1996), Essais de modèles de micropieux en boîte de cisaillement direct, thème 3.3. Rapport interne N° FO/95/02.

PLUMELLE C. et RAYNAUD D. (mars 1996), Essais de chargement des micropieux isolés et des groupes, thème 3.4. Rapport interne N° FO/95/03.

FOERSTER E. et MODARESSI H. (juin 1996), Modélisation par éléments finis des réseaux ou des groupes de micropieux, thème 3.6. Rapport interne N° FO/95/04 et FO/96/01.

OUSTA R. et SHAHROUR I. (juin 1996), Etude du comportement des groupes de micropieux sous changement sismique, thème 2.6. Rapport interne N° FO/95/05.

De BUHAN P. et MAGHOUS S. (juin 1996), Application d'une méthode d'homogénéisation au calcul des ouvrages renforcés par réseaux micropieux 1ère phase : cas élastique, thème 3.6. Rapport interne N° FO/95/06.

SHAHROUR I. et ATA N. (octobre 1996), Construction numérique des courbes de réaction (p-y) pour les groupes de micropieux : vérificatio sur les calculs tridimensionnels, thème 2.6. Rapport interne N° FO/95/07.

FRANK R., MALEKI K. et ALTMAYER F. (juillet 1997), Corrosion des micropieux - Bibliographie, thème 1.1. Rapport interne N° FO/95/08.

SCHLOSSER F. et FRANK R. (décembre 1996), "Rapport d'avancement et de synthèse du programme 1995", Rapport interne N° FO/95/A&S.

Programme 1996

FOERSTER E. et MODARESSI H., (Juin 1996), Modélisation par éléments finis des réseaux ou des groupes de micropieux, thème 3.6. Rapport interne N° FO/95/04 et FO/96/01.

DUROT D. et PLUMELLE C. (octobre 1996), Expérimentation en vraie grandeur de réseaux de micropieux. Etude de faisabilité, thème 3.4. Rapport interne N° FO/96/02.

CHAMBERS A.M., BERRILL J.B., McMANUS K. (avril 1997), Etude du comportement dynamique de micropieux modèles sur table vibrante, thème 1.3. Rapport interne N° FO/96/03.

FRANCIS R., CANOU J., DUPLA J.C., LE KOUBY A. (juin 1997), Essais de chargement de micropieux modèles instrumentés en chambre d'étalonnage : mise en évidence des effets de groupe, thème 2.3. Rapport interne N° FO/96/04.

PERLO S. et FRANK R. (juillet 1997), Analyse du comportement de micropieux isolés et en groupe : Site expérimental de Saint-Rémy-lès-Chevreuse (Essais réalisés en 1995), thème 3.6. Rapport interne N° FO/96/05.

SHAHROUR I. et ATA N. (octobre 1997), Etude du comportement des micropieux sous chargement latéral avec prise en compte du couplage fluide-squelette, Rapport interne N° FO/96/06.

De BUHAN P. et MAGHOUS S. (novembre 1997), Application d'un modèle de plasticité homogénéisée au calcul des ouvrages renforcés par réseaux de micropieux, Rapport interne N° FO/96/07.

SHAHROUR I. et OUSTA R. (novembre 1997), Comportement des micropieux sous chargement sismique : prise en compte du couplage fluide-squelette, Rapport interne N° FO/96/08.

GANGNEUX P., PLUMELLE C. (décembre 1997), Expérimentation en vraie grandeur de réseaux de micropieux. Exécution des micropieux, Rapport interne N° FO/96/09.

SCHLOSSER F. et FRANK R. (décembre 1997), Rapport d'avancement et de synthèse du programme 1996, Rapport interne N° FO/96/A&S.

DUBREUCQ T. (avril 1998), Renforcement du sol par micropieux. Chargement vertical de réseaux de micropieux en centrifugeuse, thème 3.3. Rapport interne N° FO/96/10.

BONNET G., FLIS P.O., GANGNEUX P., PLUMELLE C. et SERRAI K. (juin 1998), Expérimentation en vraie grandeur sur réseaux de micropieux. Essais de chargements verticaux et horizontaux, thème 3.4. Rapport interne N° FO/96/11.

GANGNEUX P. et PLUMELLE C. (mars 1999), Expérimentations en vraie grandeur sur des micropieux isolés, en groupes et en réseaux sur le site de St-Rémy-lès-Chevreuse. Excavation du massif après la réalisation des essais de chargement, thème 3.4. Rapport interne N° FO/96/12.

Programme 1997 - 1998

SHAHROUR I. et OUSTA R. (mars 1998), Méthodes simplifiées pour le calcul des groupes de micropieux sous chargement sismique : présentation et domaine de validité, thème 2.6. Rapport interne N° FO/97/01.

BONNET G., FLIS P.O. et GANGNEUX P. (mai 1998), Expérimentation en vraie grandeur de micropieux isolés type Ischebeck. Exécution des micropieux, essais de chargement (traction-compression), thème 1.4. Rapport interne N° FO/97/02.

SUDRET B. et de BUHAN P. (octobre 1998), Modèle multiphasique de matériau renforcé. Application aux réseaux de micropieux, thème 3.6. Rapport interne N° FO/97/03.

PERLO S., DEGNY E. et FRANK R. (décembre 1998), Analyse du comportement des groupes de micropieux sous charge transversale - application au site expérimental de Saint-Rémy-lès-Chevreuse (essais réalisés en 1995), thème 3.6. Rapport interne N° FO/97/04.

CHAMBERS A.M., McMANUS K.J., YANG J. and BERRILL J.B. (février 1999), The dynamic behaviour of drilled shaft micropiles, Rapport interne N° FO/97/05.

FRANCIS R., CANOU J., DUPLA J.C. et LE KOUBY A. (novembre 1999), Comportement de micropieux modèles en chambre d'étalonnage sous chargement vertical monotone et cyclique : application aux effets de groupe, Rapport interne N° FO/97/06.

JURAN I., BENSLIMANE A., DRABKIN S. et HANNA S. (mars 1998), Centrifuge model tests on single, groups and networks of micropiles, Rapport interne N° FO/98/01.

SCHLOSSER F. et FRANK R. (novembre 2000), "Rapport d'avancement et de synthèse du programme 1997-1998",Rapport interne N° FO/97/A&S.

GANGNEUX P. et VIE D. (juin 2000), "Expérimentation en vraie grandeur sur micropieu - Essai de chargement dynamique SIMBAT", Rapport interne N° FO/97/07.

RAUSCHE F. and THENDEAN G. (june 1998), "Full scale experimental on a micropile - GRL-CAPWAP dynamic load test", Rapport interne N° FO/97/08.

Programme 1999 - 2000

BOREL S. (juin 2000), "Validation du dimensionnement d'un groupe de deux micropieux sous chargement latéral. Etude expérimentale et calcul du comportement d'une fondation antibruit". Rapport interne N° FO/98-99/02.

8 . Publication

Synthèse des résultats et recommandations du projet nationale sur les micropieux «FOREVER»

Edité par les presses de l'école nationale des ponts et chaussées.

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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