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Technologie Micropieux - Présentation R&D

Micropieux

Federico Pagliacci Soilmec Développment vice-président

Journées du forage Alger, Hotel Sheraton 17 et 18 Juin 2014


Une technologie "polyvalente" pour les travaux de fondations. Des éléments structuraux (100 ÷ 350 mm de diamètre, 30 ÷ 35 m de longueur moyenne) pour : ü  Fondations profondes ü  Reprises en sous-œuvre ü  Clouage de sol ü  Murs de soutènement ü  Construction de tunnels Principaux avantages : ü  Tous sols et toutes roches ü  Capacité portante élevée par rapport au diamètre du trou de forage ü  Capacité de dépassement des fondations préexistantes ü  Utilisation de matériel de forage de dimensions et poids réduits dans les zones de travail restreintes


En fonction de la technique d’injection choisi, les micropieux peuvent être divisés en deux catégories : a) Scellement par gravité b) Scellement par injection haute pression ü  Les micropieux scellés par gravité sont exécutés en reproduisant la technique des pieux forés de grand diamètre. ü  Les micropieux scellés par injection haute pression peuvent être conçus pour une capacité portante très élevée. Méthode de construction: ü  Forage ü  Armature métallique ü  Injection


Forage par rotation Diamètre de forage standard: 70 ÷ 350 mm Profondeur maximum: 50 ÷ 70 m Forage en rotopercussion (fond de trou) Diamètre de forage standard: 80 ÷ 230 mm Profondeur maximum: 60 ÷150 m Forage en rotopercussion (en tête) Diamètre de forage standard: 50 ÷ 250 mm Profondeur maximum: 15 ÷ 30 m Vibroforage Diamètre de forage standard: 50 ÷ 250 mm Profondeur maximum: 100 ÷ 150 m


Les appareils de forage ont été conçus comme des machines multifonctions : il est possible d'exécuter toutes les techniques de forage à partir de la même machine


Armature métallique ü  Pour les micropieux scellés par gravité, il est possible d'utiliser un tube d'acier ou une cage pré-assemblée (barres longitudinales principales plus étrier). ü  Pour les micropieux scellés par injection à haute pression, un tube équipé de manchettes anti-retour adéquats est adopté. Ces clapets sont situés dans la section la plus profonde du tube ; on compte en général 2 à 3 clapets par mètre. ü  Les clapets peuvent être montés à l'intérieur de l'épaisseur du tube en acier notamment lorsque le train de tiges est utilisé comme armature métallique du micropieu.

Détail manchette “Velanor”

Section A-A

Section B- B

Vue de face


Injection Pour les microp ieux de remblayage par gravité, l'injection est réalisée à l'aide du même système "tube plongeur" utilisé pour les p i e u x f o r é s . U n t u b e d'injection est amené à la base du forage et le mélange est pompé jusqu'à ce qu'il s'écoule à la surface.

Pour les pieux scellés par injection à haute pression, l'injection est réalisée en deux phases: ü  Injection du coulis de gaine: p o u r s c e l l e r l ' e s p a c e annulaire entre la paroi du trou de forage et la surface extérieure du tube en acier. ü  Injection de scellement: pour cimenter le sol et obtenir ainsi une capacité portante très élevée.

Cement kg 750÷1200

Water lt 600÷750

Admixtures kg 0÷14

Density gr/cc 1,5÷1,8

Marsh Viscosity sec 30÷55

Bleeding % <5U.C.S. (28 days aging) *

MPa 30÷45

Standard Grout Composition ( for 1 cum)

Standard Grout parameters


Injection

ü  L’injection du coulis de gaine (ou injection primaire) est réalisée pour éviter une remontée du coulis à la surface pendant la seconde phase d'injection qui est effectuée sous pression. ü  L'injection de scellement (ou injection secondaire) est réalisée à l'aide d'un obturateur double permettant d’isoler chaque manchette.

ü  Le coulis sous pression claque la gaine et pénètre dans le sol. Pression d’injection du coulis de scellement: 2 ÷ 3 MPa Débit du coulis: 10 ÷ 50 l/min


Critères de conception ü  Les micropieux scellés par gravité sont exécutés en reproduisant la technique des pieux forés de grand diamètre; par conséquent, la capacité portante doit être évaluée en adoptant les mêmes critères que ceux utilisés pour les pieux forés. ü  Les micropieux scellés par injection à haute pression sont conçus en tenant compte seulement de la couche portante, c'est-à-dire le niveau où le "bulbe" est injecté. Les micropieux sont supposés être formés d'une longueur libre "Lf" où aucune charge n'est transmise au sol, et d’une longueur scellée "Lc" qui transfert l’effort au terrain. Dans cette section, grâce à l'injection réalisée au niveau de toutes les manchettes, le coulis d’injection pénètre en force dans le sol en augmentant ainsi le volume du bulbe et, en conséquence, la surface latérale et la capacité de scellement.


Capacité portante limite “Qu” de micropieux injectés à haute pression (Bustamante/Doix-1985)

Micropile use Safety Factor

Tension Load

Compression Load

Temporary 2 1,8

Permanent 2,2 2

Critères de conception

Db =diamètre effectif moyen du bulbe Lc = longueur scellée Qa = adhérence limite bulbe – sol Dp = diamètre de forage α = coefficient sans dimension dépendant de la nature du sol, de la méthode d’injection et du volume de coulis injecté


Vp = Volume de forage


Repeated grouting

Simple grouting

Gravel 1,8 1,3÷1,4 1,5 Vp

Sandy gravel 1,6÷1,8 1,2÷1,4 1,5 Vp

Gravelly sand 1,5÷1,6 1,2÷1,3 1,5 Vp

Sand (rough to fine) 1,4÷1,5 1,1÷1,2 1,5 Vp

Silty sand 1,4÷1,5 1,1÷1,2 1,5÷2 Vp for repeated grouting 1,5 Vp for simple grouting

Silt 1,4÷1,6 1,1÷1,2 2,5÷3 Vp for repeated grouting 1,5÷2 Vp for simple grouting

Clay 1,8÷2,0 1,2 2,5÷3 Vp for repeated grouting 1,5÷2 Vp for simple grouting

Marl, Calcareous marl, Weathered or fractured sandstone

1,8 1,1÷1,2 1,5÷2,0 Vp for hard stratum 2÷6 Vp for fractured stratum

Weathered or fractured rock

1,2 1,1 1,1÷1,5 Vp for low fissured rock 2 Vp for fractured rock

Soil natureMinimum quantity

of grout

α Coefficient


Diagramme pour l'évaluation de "qa"

Argile et limon

Roches décomposées et fracturées

Sable et gravier

Marne et grès décomposé ou fracturé



Micropieu permanent, injecté à haute pression (injection répétitive): Dp = 0,2 m α = 1,6 (injection répétitive) Db = α x Dp = 1,6 x 0,2 = 0,32 m Lc = 10,0 m qa = 0,3 MPa (30 t/m2) Qu = π x Db x Lc x Qa = 3,14 x 0,32 x 10 x 30 = 301,4 t Wl = Qu/2 = 150,7 t

Limon

Sable Ndpt = 50

10 m

14 m



Murs de soutènement Les micropieux peuvent être utilisés en présence de matériau brut, avec des roches. Les micropieux scellés par gravité sont préférables car les principales contraintes sont une combinaison des moments de flexion et de cisaillement. Les micropieux peuvent être utilisés à proximité de bâtiments existants dans des espaces restreints. Dans cette application, des dalles en béton ont été utilisées comme étais. Les micropieux ont aussi été utilisés comme piliers de soutènement pour les dalles. Ils ont été réalisés depuis la surface et, pendant l'excavation du sol, une armature métallique a été ajoutée pour élargir la coupe transversale du pilier.


Reprise en sous-œuvre Les micropieux peuvent être utilisés pour ren forcer des fondat ions existantes ou pour augmenter leur capacité portante. Les micropieux avec une faible capacité portante doivent être utilisés en cas de faible résistance de la maçonnerie. Les micropieux présentant une capacité portante élevée peuvent être adoptés pour reprendre en sous-œuvre des fondations superficielles en béton armé. Lingotto-Turin, Italie Les micropieux ont été adoptés pour soutenir d e s f o n d a t i o n s existantes pendant la construction d'un nouvel a u d i t o r i u m s o u s l e niveau du sol.


Construction de tunnels Lors de la construction de tunnels, les micropieux sont utilisés pour la construction de la tête de galerie et, dans l'application RPUM, comme renfort latéral pour l'excavation de la voûte (afin d'éviter les déplacements internes des cintres dus à la pression latérale provoquée par l'excavation).


Dealer Meeting 2010

Combinés aux ancrages, les micropieux ont été adoptés afin de bloquer un élément rocheux (200 m de haut, 50 ÷ 60 m de large et 20 ÷ 50 m d'épaisseur p ou r u n v o l u m e d ' e n v i r on 300 000 m3) qui présentait des risques d'écroulement sur la petite ville de Zambana Vecchia, située sur la rive ouest du fleuve Adige, dans le nord-est de l'Italie. Toutes les opérations ont été réalisées à partir d'échafaudages assemblés à l'aide de plus de 30 km de tubes d'acier et en utilisant des unités de forage légères spécifiques, déplacées à la main sur les plates-formes de forage. Le camp de base était situé en haut de la montagne et tout le matériel était acheminé sur la plate-forme de forage par un blondin.


Dealer Meeting 2010

Le projet prévoyait la réalisation de : ü  Ancrages d'une capacité de 90 tonnes, d'une longueur de 60 ÷ 70 m, avec une longueur d'adhérence de 10 ÷ 15 m dans de la roche saine. ü  Micropieux d'une longueur de 20 ÷ 40 m, exécutés à la base du bloc. ü  Micropieux d'une longueur de 100 ÷ 150 m, exécutés près de la surface extérieure du bloc, comme armature métallique du bloc lui-même. ü  Tuyaux de drainage d'une longueur de 40 m, à la base du bloc.


École S.Beatrice (Rome - Italie)

Du fait de la présence de cavités remontant au XVIe siècle, un effondrement superficiel s’est produit dans la cour d’une école primaire de Rome. Les cavités, ouvertes par l’ancienne technique des chambres et piliers rocheux, se trouvaient dans une couche de matière pyroclastique utilisée jadis pour la construction urbaine.


A B C

Width (m)

Height (m)

A Lower 2,0 ÷ 2,2 1,8 ÷ 2,0

B Medium 2,5 ÷ 3,0 2,5 ÷ 3,5

C High 2,5 ÷ 3,0 3,0 ÷ 5,0

D Zero

AREASRisk of

collapse

Tunnels dimensionsLa zone autour de l’école a été étudiée, moyennant l’exécution de puits de forage dans lesquels on a ensuite introduit une caméra spécifique. La zone entière a été subdivisée par classes en fonction de l’état des galer ies et donc des r isques d’effondrement.



Coupes transversales des galeries



Les galeries des zones B et C (risque d’effondrement moyen à fort) ont été comblées depuis la surface du sol avec un mortier spécial.



Des micropieux munis de “sacs” plastiques ont été utilisés pour i s o l e r l e s s e c t i o n s d e g a l e r i e à combler.



Écran de micropieux



GEOMIX

Les galeries ont été remplies de GEOMIX, un coulis à base de ciment. Le GEOMIX a été choisi pour: ü  sa densité proche de celle du terrain alentour; ü  sa capacité d’injection et sa basse viscosité, sans aucune exsudation (pas de perte d’eau au contact des voûtes de galeries).


Caractéristiques de GEOMIX après maturation: ü  Densité: 1400 ÷ 1800 kg/m3

ü  Résistance à la compression: 1÷2 MPa ü  Perméabilité: 10 -1÷ 10 -3 cm / sec



Film


Nous consacrons notre savoir-faire et notre passion

à la mise en place de bases solides pour le développement économique et

social, en respectant toujours les différences entre

les cultures et l’environnement.

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