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Influence des chargements cycliques axiaux dans le comportement et la réponse de
pieux battus dans le sable
Influence of cyclic axial loads in the behaviour and response of driven piles in sand
Silva M., Foray P.
Laboratoire 3SR, Grenoble, France
Rimoy S., Jardine R.
Imperial College London, London, UK
Tsuha C.
University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil
Yang Z.
Zhejiang University, Zhejiang, China
RÉSUMÉ: Cet article présente un nouveau diagramme de stabilité cyclique pour le frottement latéral ainsi que l’effet sur la capacité
en traction des pieux modèle instrumentés soumis à des chargements cycliques axiaux suite à une large série d’essais en chambre
d’étalonnage dans du sable siliceux. Les mesures locales des contraintes dans le sol (verticales, radiales et orthoradiales) à différentes
distances de l’axe du pieu, ainsi que les mesures tangentielles et radiales à l'interface sol-pieu, permettent une analyse détaillée de
l’évolution des chemins de contraintes locaux autour du pieu et au sein du massif lors des chargements cycliques et post-cycliques.
ABSTRACT: This paper presents a new cyclic stability diagram for the lateral friction and the effect on the tensile capacity of
instrumented model piles subjected to axial cyclic loading across a wide range of calibration chamber testing in silica sand. Local
measurements of stresses in the soil mass (vertical, radial and orthoradial) at different distances from the axis of the pile, as well as
shear and radial stresses at the soil-pile interface, provide a detailed analysis of the evolution of local stress paths around the pile and
the soil mass during cyclic and post-cyclic loading.
MOTS-CLÉS: Chambre d’étalonnage, chargement cyclique axial, interaction sol-pieu, diagramme de stabilité cyclique.
1 INTRODUCTION
Des fondations sur pieux de plateformes de pétrole/gaz et des
turbines éolienne/marémotrice peuvent être soumises à des
chargements cycliques de très longue durée en raison des
conditions environnementales. Les longs pieux battus, installés
par des cycles de charge-décharge, subissent une dégradation
sévère du frottement lors de leur installation (Lehane et al.
1993, Kolk et al, 2005). Celle-ci peut être compensée par un
phénomène de « cicatrisation » avec le temps (« ageing »),
observé dans des expériences in-situ (Chow et al 1998, Jardine
et al. 2006). Selon leur finalité (fondation d’ouvrages offshore
ou d’éoliennes), ces pieux sont ensuite souvent soumis à des
sollicitations cycliques de service (houle, vibrations) qui
affectent également leur frottement. La réponse cyclique de
l’interface sol-pieu a été étudiée en laboratoire à l’aide de pieux
modèle dans des chambres d’étalonnage pressurisées (Chan &
Hanna 1980, Al-Douri & Poulos 1994, Chin and Poulos 1996,
Le Kouby et al. 2004). Ces essais ont montré que la contrainte
de cisaillement décroît d’autant plus que l’amplitude des
déplacements tangentiels augmente. Jardine et al. (2006) ont
montré à partir des essais in-situ réalisés à Dunkerque (Chow et
al. 1998) qu’alors que des cycles de grande amplitude
dégradaient la capacité du pieu en frottement, des cycles non
alternés de faible amplitude accéléraient les effets bénéfiques du
phénomène de “cicatrisation” (augmentation de la capacité avec
le temps). Le Kouby et al. (2004) donnent des résultats
similaires sur un pieu modèle de 20 mm de diamètre.
L’étude présentée ici a pour but de donner une meilleure
compréhension, à une échelle de laboratoire et dans un
environnement contrôlé, des résultats obtenus sur des pieux
réels à Dunkerque par Jardine & Standing (2000), en mesurant,
grâce à une instrumentation exceptionnelle de la chambre
d’étalonnage et du pieu, les chemins de contraintes locaux, le
long du pieu et au sein du massif lors des différentes phases
d’installation, de repos et de chargement statique et cyclique du
pieu. Ce travail fait partie d’un programme de recherche
commun entre le laboratoire 3SR et Imperial College London,
ainsi que du projet National SOLCYP.
2 DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL
2.1
La chambre d’étalonnage
La grande chambre d’étalonnage du Laboratoire 3S-R a été
adaptée de façon à maîtriser les conditions environnementales
(température, pression, alimentation électrique) sur des périodes
de longue durée (plusieurs mois), afin de pouvoir mesurer les
phénomènes de « cicatrisation » du frottement après cyclage et
après une longue période de repos. Une isolation complète de la
cuve ainsi qu’un système de chauffage/refroidissement des
parois ont été réalisés de façon à minimiser les variations de
température dans la cuve. La pressurisation des membranes a
été conçue pour fonctionner en cas de panne du réseau.
La chambre d’étalonnage de Grenoble est composée de trois
éléments cylindriques de 50 cm de hauteur et d’un diamètre
interne de 1.2 m. Le fond de la chambre et le couvercle
supérieur sont constitués de plaques rigides d'une épaisseur de
100 mm. Une pression verticale d’environ 150 kPa est imposée
par une membrane en caoutchouc remplie d’eau, qui est fixée
sous le couvercle supérieur et contrôlée par un système
d’interface eau/air. Une membrane en latex de 2 mm
d'épaisseur a été installée sur la paroi interne de la chambre afin
de mieux fournir des conditions K
0
au bord de la cuve. Une
couche de graisse de silicone entre cette membrane et la paroi
de la chambre permet de réduire le frottement entre le mur et la
masse de sable et d'assurer une meilleure homogénéité des
contraintes à l'intérieur du sol.
Un système d’isolation thermique formé de serpentins en
cuivre autour de la cuve permet de travailler avec une
température presque uniforme entre 18 et 19 degrés.
