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Modélisation numérique du comportement d’une colonne de soil-mixing
et confrontation à un essai de chargement en vraie grandeur
Numerical modeling of a soil-mixing column behavior and comparison with a full-size load test
Cuira F.
TERRASOL, Paris, France
Costa d’Aguiar S.
SNCF I&R, Paris, France
Grzyb A., Pellet F.
INSA, Lyon, France
Mosser J.-F.
SOLETANCHE BACHY, Rueil-Malmaison, France
Guimond-Barrett A., Le Kouby A.
IFSTTAR, Paris, France
RÉSUMÉ : Cet article présente les résultats d’un travail de modélisation numérique visant à simuler un essai de chargement axial sur
une colonne de sol-ciment, réalisée par soil-mixing en voie humide. Quatre modèles ont été bâtis dans le cadre de ce travail : trois
modèles en éléments finis, et un modèle semi-analytique simplifié. Les résultats des quatre modèles sont confrontés à ceux obtenus
par un essai de chargement monotone en vraie grandeur, réalisé sur une colonne de soil – mixing de 400 mm de diamètre et 5 m de
hauteur, mise en œuvre dans un sol limoneux à sablo-graveleux. Ces résultats permettent notamment de reproduire le mode de rupture
observé lors de l’excavation de la colonne, et mettent en évidence la nécessité de modéliser correctement le comportement non
linéaire du matériau sol-ciment qui influe significativement sur le comportement global, à la différence des pieux « rigides ».
ABSTRACT: This article shows the results of a numerical modelling study aiming at simulating an axial load test on a soil-cement
column, carried out using the wet soil-mixing method. Four models were built as part of this study: three finite element models and
one simplified semi-analytical model. The results from the four models were compared with those from a full-size monotonic load
test, performed on a
400 mm diameter and 5m high soil-mixing column, installed in silty to sandy-gravelly soils. These results
allow to reproduce the failure mode observed during the column excavation, by emphasizing the need of an accurate modelling of the
non-linear soil-cement material which has a significant influence on the general behaviour, unlike with “rigid” piles.
KEYWORDS: Numerical modelling, soil reinforcement, Soil-mixing, load test.
1
INTRODUCTION
La technique du soil mixing permet d’améliorer les
caractéristiques d’un sol meuble par mélange mécanique
in situ
avec un liant hydraulique. Le sol initialement présent sur le
chantier est alors valorisé comme un matériau de construction,
avec le double intérêt de diminuer les déchets (sols excavés) et
de réduire la consommation de matériaux et d’énergie.
Le procédé Springsol® utilise un outil ouvrant, pour réaliser des
colonnes de sol-ciment de diamètre variable, ce qui limite au
maximum l’impact des travaux sur les existants. Ce procédé
offre des perspectives aussi bien dans le domaine de la
maintenance des plateformes ferroviaires (possibilité de
renforcer les structures ferroviaires sans avoir à déposer les
voies), que dans celui du renforcement des fondations existantes
(empreinte des forages sur les structures limitée au diamètre de
l’outil fermé).
Cette souplesse et le caractère économe en déchets et en
matériaux permettent au procédé Springsol de répondre aux
nouvelles exigences environnementales et économiques des
projets. C’est donc dans le but de développer ces solutions que
Soletanche Bachy, la SNCF et Terrasol collaborent au sein du
projet de recherche RUFEX (Renforcement et réUtilisation des
plateformes et Fondation Existantes) avec l’IFSTTAR, l’INSA
de Lyon et l’Ecole des Ponts ParisTech.
Cet article présente les résultats d’un travail de modélisation
numérique d’un essai de chargement monotone conduit jusqu’à
la rupture sur une colonne de soil mixing réalisée sur un
chantier de validation du projet RUFEX.
2
ESSAI DE CHARGEMENT EN VRAI GRANDEUR
Un essai de chargement sur une colonne de soil-mixing de 400
mm de diamètre et 5 m de hauteur a été réalisé sur le site
expérimental du projet Rufex situé sur la commune de
Vernouillet (78). Le contexte géotechnique est caractérisé par
des remblais en surface suivis d’une couche de limon sableux
reposant sur un sable graveleux. Aucune nappe phréatique n’a
été rencontrée lors des reconnaissances. Le Tableau 1 récapitule
les caractéristiques géo-mécaniques issues des essais réalisés.
Tableau 1. Caractéristiques géotechniques des sols du site.
Nature
Limon
sableux
Sable
graveleux
Profondeur du toit (m)
0,5
3,5
Pression limite nette pl* (MPa)
1
2,5
Module pressiométrique E
m
(MPa)
10
20
Cohésion c’ (kPa)
2
0
Angle de frottement (°)
27
37
La colonne testée a été forée avec l’outil Springsol®. Le
malaxage du sol avec le liant hydraulique (ciment de type CEM
III) a été effectué
in situ
par voie humide. La quantité de ciment
injectée dans la colonne sous forme de coulis était d’environ
230 kg / m
3
.
