2404
Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
9R
26R
46R
Verin electric
100 mm
60 mm
~990 mm
enfoncement
18
o
C Sable de Fontainebleau
Membrane supérieure
Niveau de référence
Cellule de
charge
±0.00 m
-0.33 m
-0.52 m
-1.50 m
Niveau supérieur de
capteurs, h/R=40
Niveau inférieur de capteurs,
h/R=14.4
Système de guidage
Serpentins en
cuivre autour de la
cuve pour contrôle
de la température
-1.05 m
Mini-ICP
-0.79 m
Niveau intermédiaire de
capteurs, h/R=29.4
Membrane en latex
-1.30 m
Membrane inférieure
(non pressurisée)
Figure 1: Modifications apportées à la chambre d’étalonnage du
laboratoire 3S-R.
Pour les essais présentés ici, la chambre d'étalonnage a été
remplie avec du sable siliceux de Fontainebleau NE34
commercialisé par l’entreprise Sibelco. En utilisant une
technique de remplissage par pluviation, nous obtenons une
densité du massif moyennement dense à dense, Dr=72%. Le
tableau 1 montre les propriétés mécaniques du sable.
Tableau 1: Propriétés mécaniques du sable NE34
Gs
D
10
(mm)
D
50
(mm)
D
60
(mm)
e
max
e
min
max
(kN/m
3
)
min
(kN/m
3
)
2.65
0.150
0.210
0.230
0.90 0.51
17.2
14.2
Plusieurs essais pénétrométriques ont été effectués sur des
échantillons de sable NE34 sous 150 kPa avec une résistance en
pointe quasi-constante de 21 ± 2 MPa. Des détails
supplémentaires sur les propriétés mécaniques du sable sont
décrits dans Yang et al. (2010).
2.2
Le pieu d’essai Mini-ICP
Le pieu utilisé correspond au pieu modèle Mini-ICP développé
par l’Imperial College London et décrit par Jardine et al. 2009.
C’est un pieu tubulaire en acier à base fermée de 36mm de
diamètre avec un cône solide de 60° à sa pointe. Il est composé
de trois niveaux d'instrumentation (ou clusters) identifiés selon
leur distance à la pointe en: A (9R), B (24) et C(44), R étant le
diamètre du pieu. Chacun de ces clusters contient une cellule de
charge axiale, qui peut être utilisée pour calculer la moyenne de
frottement dans le fût du pieu; un capteur de contraintes en
surface (SST: surface stress transducer) pour mesurer la
contrainte totale radiale et la contrainte de cisaillement; un
capteur de température MEMS et un inclinomètre. À partir de
l'essai ICP03, une cellule de charge axiale a été ajoutée près de
la pointe du pieu pour mieux séparer les contributions de la
pointe et du frottement latéral dans la capacité totale du pieu.
Le pieu a été installé jusqu’à une profondeur finale de 0.98m
par fonçage avec des cycles de charge-décharge en simulant la
dégradation des efforts radiaux comme dans une installation par
battage. La vitesse de pénétration varie entre 0.5 et 2 mm/s et
l’amplitude des cycles d’enfoncement successifs est de 5, 10 ou
20 mm. La décharge de chaque cycle a été menée jusqu’à
obtenir une charge en tête du pieu nulle.
2.3
Mesure des contraintes dans le massif
36 mini-capteurs Kyowa et TML de capacités variant de 500
kPa à 7 MPa selon leur distance au pieu, ont été mis en place
sur trois niveaux comportant chacun douze capteurs, de façon à
mesurer les contraintes verticales, radiales et orthoradiales sur
des rayons concentriques à des distances de 2R à 16R. Leur
étalonnage sous chargement cyclique a été effectué à Imperial
College en suivant le protocole établi par Zhu et al 2009. La
réponse de chaque capteur est représentée par une série de
courbes d’hystérésis selon l’histoire de charge précédente.
3 PROGRAMME EXPÉRIMENTAL
Après une certaine période de cicatrisation post-installation, un
premier essai en compression et un essai en traction ont été
effectués pour définir la capacité du pieu avant les chargements
cycliques. Plusieurs séries d’essais de faible et de haut niveau
de chargement cyclique ont ensuite été effectuées, ainsi que des
essais de traction pour évaluer l'effet des charges dans la
réponse du pieu à l'arrachement.
Les essais cycliques ont été caractérisés selon deux
paramètres de charge; Q
cyclic
et Q
mean
correspondant
respectivement à la moitié de l’amplitude de chaque cycle et à
la valeur moyenne de charge. Les essais de faible niveau en
charge ont été effectués sous chargement contrôlé (FC),
uniquement en traction (non alterné). Ces essais ont mobilisé
jusqu'à 60% de la capacité totale du pieu en tension, Qt. Les
cycles de charge de haut niveau alternés (compression et
traction) ont été conduits en déplacement contrôlé (DC). Les
cycles ont été appliqués à une fréquence relativement basse,
allant de moins de 0,5 cycles par minute pour les essais alternés,
à presque 2,5 cycles par minute pour les essais de faible charge.
Des essais de traction statique post-cyclique ont été réalisés,
avec un taux de déplacement de 0,01 mm/s, afin de vérifier les
capacités à l'arrachement disponibles après chaque chargement
cyclique. Comme indiqué par Jardine et al (2006), les essais
préalables peuvent influer sur les capacités développées lors des
essais ultérieurs. Le tableau 2 résume les différentes séries
d’essais cycliques réalisées.
Tableau 2: Programme d’essais de chargement cyclique
ID
N of
cycles
Description
Q
cyclic
/Q
T
Q
mean
/ Q
T
ICP1-OW1 (FC)
1000
0 à -4,0 kN
0,22
0,22
ICP1-TW1 (DC)
100
-4~5 mm
0,41
0,06
ICP2-OW1 (FC)
1000
0 à -3,0kN
0,12
0,12
ICP2-OW2 (FC)
1000
0 à -4,8 kN
0,20
0,20
ICP2-OW3 (FC)
500
0 à -6,8 kN
0,28
0,28
ICP2-TW1 (DC)
100
-2,0 ~ 3,0 mm
0,48
0,15
ICP3-OW1 (FC)
100
0 à -9,6 kN
0,38
0,38
ICP3-TW1 (FC)
287
-5,0 à +8,0kN
0,54
0,08
ICP3-TW2 (FC)
199
-5,0 à +5,0kN
0,40
0,06
ICP3-TW3 (FC)
50
-5,0 à +7,0 kN
0,44
0,02
ICP3-TW4 (FC)
37
-5,0 à +10,0kN
0,44
0,02
ICP4-OW1 (FC)
7000
0 à -3,5 kN
0,15
0,15
ICP4-TW1(FC)
600
-4,0 à +4,0kN
0,23
0,06
ICP4-OW2 (FC)
50
-2,3 à -4,6 kN
0,21
0,63
OC = cycles non alternés, et TC = cycles alternés
4 RÉSULTATS DES ESSAIS CYCLIQUES NON
ALTERNÉS À FAIBLE AMPLITUDE
4.1
Evolution des contraintes le long du pieu et au sein du
massif
Les mesures de contrainte effectuées au sein du massif et le
long du pieu permettent de préciser les mécanismes conduisant
à l’amélioration ou à la dégradation du frottement. La Figure 2
montre l’évolution des contraintes radiales dans le sol à
différentes distances du pieu. On constate une décroissance de
ces contraintes radiales avec le nombre de cycles, plus
accentuée lors de cycles alternés. La même situation est vérifiée
avec les contraintes radiales le long du pieu, accentuée lors des
grands cycles mais avec des amplitudes plus grandes. On
remarque également dans la Figure 2, que le chargement
statique effectué entre les deux séries de cycles entraîne une
nette augmentation des contraintes près du pieu après les petits
cycles (effet de la dilatance).
La distribution des contraintes dans le massif du sol à
différentes distances de l’axe du pieu a été interprétée par
Jardine et al. 2012 en utilisant l’information des capteurs.
