Pont Du Languedoc

CETE Méditerrané e

Pont du Languedoc retour d’expérience «Jet Grouting»

D. Batista, J. Saliba.

Centre d'Études Techniques de l'Équipement Méditerranée www.cete-mediterranee.fr

CETE Méditerranée

SOMMAIRE

Pages

Le contexte géotechnique Conception et justification Les travaux Analyse de faisabilité Synthèse

Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée

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Le contexte


CETE Méditerranée

L'ouvrage Le pont du Languedoc ●

Ouvrage exceptionnel de 70m qui franchit l'Hérault

●

Géométrie en arc, avec un demi arc de 35,5m en rive gauche


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CETE Méditerranée

Le contexte géotechnique ●

Limons et sables limoneux peu compacts

●

Graves grossières à matrice sableuses compactes

●

Marnes compactes


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CETE Méditerranée

Le contexte géotechnique Les reconnaissances d'avant projet montrent : ●

La présence de galets de 80mm (SC de 116mm)

●

Des blocs de marnes flottantes dans les alluvions

●

Des éléments très abrasifs : éléments roulés siliceux, galets roulés de quartz, de gneiss

Absence d'analyses granulométriques en AVP ●

Faible vulnérabilité des solutions de fondations initialement envisagées

Aléa initialement identifiés : ●

Présence de galets et de blocs

●

Problèmes de pertes de fluides

●

Risques d'instabilité de forages

"la réalisation des micropieux inclinés est relativement délicate; on peut admettre que le forage sera exécuté au tricône avec une boue bentonitique additionnée de ciment (200kg/m3) pour limiter les pertes et assurer une préinjection du terrain dans les graves. Il semble préférable d'utiliser la technique du tubage définitif entraînant l'outil de perforation qui permet d'éviter une décompression du terrain"


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CETE Méditerranée

Le contexte géotechnique Des reconnaissances complémentaires (expertise) : ●

●

●

Une couche de graves sableuses homogène et exempte de passées crues (carottes de jet Keller et relevés caméras) Moins de 1% d'éléments supérieurs à 100mm Un taux de fines de 3%


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CETE Méditerranée

Le contexte géotechnique Les graves alluvionnaires ●

Contexte géotechnique contraignant (blocs, peu de fines)

●

Mais pas incompatible avec une solution jet

Marnes compactes ●

●

●

Caractérisées par une pression limite de 13 MPa et un module de 400 MPa Comportement rocheux incompatible avec le jet Extrémité de colonne en pointe de crayon se traduisant par une condition d'appui simple (pas d'encastrement)


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Le contexte hydrogéologique


CETE Méditerranée

Hydrogéologie (1) Contexte hydrogéologique général

nappe de coteaux qui alimente l'Hérault (32,5 m NGF)

pas de suivi piézométrique => mauvaise connaissance du niveau amont = >

mauvaise connaissance du gradient de nappe


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Hydrogéologie (2) Données acquises (essais micromoulinet)

●

pas d'écoulement naturel

●

perméabilité comprise entre 10-3 et 10-4 m/s

incertitude de méthode erreurs d'interprétation


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Hydrogéologie (3) Modélisation numérique

colonnes les plus exposées : V max = 0,12 =>0,2 mm/s à 4 m palplanche ΔV # 20%


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Conception et justification


CETE Méditerranée

Conception de l'appui A2 : L'avant projet ●

pieux de 800 à 1500mm encastrés de 3 D (portance verticale)

●

Associés à des micropieux inclinés de 45° (efforts horizontaux-béquille)

Également évoqué ●

barrettes

Le projet final ●

Deux massifs de fondation

●

Massif : 45 colonne de jet

●

Colonnes de 900mm inclinées de 0 à 40° et armées sur toute leur longueur

●

Encastrées de 1,5m dans les marnes et armées sur leur longueur

●

une résistance en compression du béton de sol supérieure à 6 MPa.

●

un module de 5GPa


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Justification de l'appui A2 : Justifications de type réseau de pieux : ●

Modèle à barres

●

Chaque colonne est modélisée comme un pieu

●

Courbe de mobilisation du frottement latéral, réaction en pointe, module de réaction

Vulnérabilité de la justification ●

Calcul de type OA optimisé supposant 90 colonnes de sol parfaites

●

sécurité mise à défaut dés ● ●

la moindre erreur d'inclinaison que l'intégrité d'une colonne est remise en cause

Intégrer dés la conception : ➔

un taux de non conformité dans les colonnes

➔

ou la possibilité d'ajouter des colonnes complémentaires


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Justification de l'appui A2 : Justifications de type renforcement et amélioration de sol : ●

●

●

●

Sans forcément de liaison rigide entre les colonnes et la semelle Évaluation des déformations et contraintes dans le massif via modélisation aux éléments finis Techniques simplifiées de type PRIEBE inadaptées (tassements homogènes, modèle élastique) Modélisation par inclusions 2D plutôt que technique d'homogénéisation (efforts erronés)


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Justification de l'appui A2 : Justifications de type renforcement / Plaxis (Terrasol) : ●

Enfoncement et rotation de semelle moindres

●

Efforts dans les colonnes moindres

●

Moindre vulnérabilité à la défaillance d'une colonne

●

Modélisation plus avantageuse en terme de sécurité


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CETE Méditerranée

Justification de l'appui A2 : Justifications de type renforcement / Plaxis (Terrasol) : ●

Meilleure prise en compte de la résistance du sol entre colonnes

●

Exigences mécaniques de type sol ( tercile ...)

●

Pb : Influence du maillage et de la ZIG

Zones de plasticité


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Travaux – plots d'essais


CETE Méditerranée

Les plots d'essais Objectifs ●

Définir les paramètres d'injection en phase production

Description des plots ●

2 plots en mono-jet, 2 plots en double-jet

●

L'injection principalement des limons, excavations < 1 m (nappe)

●

Pression de coulis de 450b, pression d'air 7b, débit 125l/min

●

vitesse d'injection variable (5 à 10s/palier de 4cm)


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Les plots d'essais Suivi de chantier ●

Nombreuses chutes et interruptions d'injection en cour de jet,

●

Absence fréquente de remontées de spoils

●

Volume injectés en mono jet > colonne de 900mm (double jet ?)


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Les plots d'essais Investigations ●

Carottages : inclusions de sables, discontinuités de colonnes

●

Excavation : zone angulaire exempte d'injection

●

Méthode par réflexion : hétérogénéité des colonnes et coupures


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Les plots d'essais Conclusions ●

Non remontées de spoils : mauvais fonctionnement du jet

●

discontinuités de colonnes déjà identifiées

●

Choix : mono jet paradoxalement


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Travaux – colonnes prototypes


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Colonnes prototype Synthèse

C95 : verticale, foration préjet coulis bentonitique, pertes spoils à 13,9 m (contact marnes/graves) => épuisement ciment C95bis : verticale, foration coulis tricône faible pressionpertes spoils à 13,4 et 13,3 m, blocage définitif rotation à 13,3 m


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Colonnes prototype Difficultés rencontrées


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Colonnes prototype difficultés rencontrées (3) ●

difficultés de foration

- galets siliceux grossiers - déstabilisation des parois du forage ●

remontées de spoils

- contact marnes/graves - pas de mesure correctrice (ramonage) ●

surconsommations Introduction armature


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Colonnes prototypes Contrôles par carottages ●

Venues d'eau lors des forages

●

Lacunes d'injections multiples


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Colonnes prototypes Essais mécaniques ●

Rc moyen de 11 MPa, 2/3 valeurs > 10 MPa,

●

Rc insuffisant dans 19% des cas (<7,5 MPa)

●

E >5 GPa profondeur γ (kN/m3) 0,55 17,4 0,6 17,6 0,65 17,5 3,14 19,5 3,3 18,3 3,48 17,8 4,4 23,5 4,5 23 5,4 22,4 5,5 22,5 5,6 20,9

colonne C91 Rc (Mpa) Eu (Gpa) 3,5 7,2 5,3

Rt (Mpa)

2 4,1 17,5 14,2 17,4 10,9 24,4 9,3

10,3 19,2 33,8 1,9

profondeur γ (kN/m3) 0,9 17,4 0,95 17,4 0,97 17,7 1,14 17,4 1,26 17,6 1,38 19,1 2,1 19 2,23 17,8 2,33 17,5 2,43 17,5 2,54 17,6 2,68 17,5


colonne C92 Rc (Mpa) Eu (Gpa) 9,32 6,8 10,1

Rt (Mpa)

1,6 7,1 11,3

9,3 1,4

11,1 11,7

9,4 2,1

11,1 11,4

8,2 2,3

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Colonnes prototypes Contrôles par réflexion

Quasi coupure de la colonne

Diminution de section


Fond de colonne

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Étude de faisabilité


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Étude faisabilité Réalisation colonnes « Keller »

2 colonnes K1 le 7 juin 2007

K2 le 8 juin 2007

(colonne prototype)

technologie différente

●

ramonage et injection gravitaire de silicates en cas de pertes de spoils

●

(26,4 NGF pour K1 ; 21,5, 26,1 et 28,6 NGF pour K2)

K2 : introduction armature jusqu'au toit des marnes

●


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Étude faisabilité Investigations complémentaires colonne K2 carottage 1 : - 3,30 à 4,25 m

2 carottages à 7 jours carottier simple – couronne diamant

- 7,40 m - 10,70 m carottage 2 : 5,45 à 5,75 m 8,70 à 9,70 m grave sans ciment (nids de cailloux)


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Étude faisabilité Investigations complémentaires colonne K2 carottage 1 : - 13,40 à 13,60 m

2 carottages à plus de 180 jours

carottage 2 :

carottier double – couronne diamant avec profil VV

11,60 à 11,70 m

11,10 à 11,20 m 11,80 m

enrobage par le ciment


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Étude faisabilité Investigations complémentaires colonne K2


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Étude faisabilité Investigations complémentaires colonne K1

●

2 carottages

●

essais mécaniques de laboratoire

●

imagerie de paroi

●

essais par réflexion

●

sonique transparence


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Étude faisabilité (6) Investigations complémentaires colonne K1


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Colonnes Keller Essais mécaniques ●

Seul 16% des Rc insuffisants (<7,5 MPa)

●

Zones de Rc faible (4MPa) ●

zone de béton de sol avec gros galets

essais non représentatif compte tenu de la taille de l'éprouvette (125mm) et du diamètre des galets (40 à 60mm) Module moyen de 4,9 GPa (<5GPa) ●

●

●

Améliorations possibles pour c/e >>1

●

Exigence de 7,5MPa en tout point non nécessaire/ optique renforcement profondeur γ (kN/m3) 5,1 à 5,8 23,11 10,2 à 10,4 24,08 10,9 à 11,1 27,76 4,3 à 4,5 23,96 7,5 à 7,7 19,78 8,2 à 8,7 25,29 ? 24 ? 24,03 7,3 à 7,7 23,25 3 à 3,35 18,11 5,7 à 6,1 23,8 8,0 à 8,5 24,13

Rc (Mpa) 11,8 13,4 10,3

Eu (Gpa) 1,6 2,7 0,32

Rt (Mpa)

4,3 2,6 1,8 11,5 14,1 15,1

0,51 5,8 4,2 1,5 2,8 2,3


3,2 3,6 8,3 8,6 10,6 10,8 0,3 0,5 2,2 2,4 4,5 4,7

17,55 17,57 23,04 22,65 22,88 23,39 14,67 17,39 16,25 16,95 15,01 16,24

carottage n°1 10,5 8,1 4,8 8,1 15,3

6,8 4,5

6,7 carottage n°2 9,5 4,1 9,9 14,1 9,7 8,6

2,9 6,8 4,0

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Colonnes Keller Inspections caméras sur K1 ●

Parois exemptes de vides

●

Structure de béton de sol intègre

●

Matrice sablo-limoneuse/matrice sablo-graveleuse


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Colonnes Keller Auscultations par transparence sur K1 ●

Temps

Amplitude

Continuité du béton de sol entre les deux carottages


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Colonnes Keller Contrôles par réflexion

Toit des marnes


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Étude faisabilité Synthèse


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Comparaison des procédés mis en œuvre outil foration

Ménard

Keller

trilame ou tricône 146

trilame 110 et aléseur 146

ciment, ciment bentonite pour C93, adjuvantation pour C95 ciment+bentonite sans pression

fluide foration prejet : pression 100 b (hormis C92) porte buse (2 buses décalées)

épaulement et porte buses en visà-vis

injection par pas de 4 cm

mouvement hélicoïdal continu

monojet

double jet

technique et outil de jet

paramètres de jet

débit : 140 à 170l/mn : 450 bars

débit coulis : 310 l/mn pression coulis : 450 bars ramonage avec débit de 100l/min, pression quasi gravitaire pression 3

débit air : 10 m /mn pression air : 2 à 7 bars

12 s / 4 cm (#20 cm/mn)

50 cm/mn

c/e=2

c/e=1


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Synthèse


CETE Méditerranée

Synthèse : AVP : identification des principaux aléas de sol – pas d'incompatibilité avec le jet ●

La présence de blocs (effet de masque +instabilités)

●

L’estimation du diamètre des alluvions

●

usure des outils de forage

●

Les pertes de coulis et les problèmes d'instabilité de forage

Reconnaissances complémentaires : ●

problèmes d'écoulement négligeables

●

graves homogènes exemptes de passées crues

●

Graves conformes mais 3% de fines, 1% de 100mm

●

Inadaptation reconnaissances initiales / jet

Importance du suivi de réalisation : ●

Suivi des enregistrements de paramètres

●

Remontée et analyse des spoils

●

Contrôle par carottages, réflexion, transparence ...


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CETE Méditerranée

Synthèse : Conception et justification ●

90 colonnes parfaites dans un contexte difficile

●

Vulnérabilité de la justification pieux

●

Colonnes surabondantes

●

amélioration et confortement de sol : plus favorable et plus robuste

Constat sur les colonnes Ménard ●

Pathologies (lacunes et impossibilité de réalisation)

●

problèmes de réalisation discontinuité de l'injection, ● pb potentiels technologiques, ● problèmes de remontées de spoils ● procédures de ramonage tardive et complexe Difficulté de carottages sur colonnes de béton de sol. ●

●

●

un contexte géotechnique délicat (stabilité précaire de l'espace annulaire)


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CETE Méditerranée

Synthèse : Constat sur les colonnes Keller ●

les colonnes Keller K1 et K2 sont vraisemblablement intègres

●

Efficacité de la procédure de ramonage

●

Surconsommations et contexte géotechnique difficile (pertes de spoils)

●

Résistance des colonnes un peu justes (c/e=1)

Mise en oeuvre de l'armature statistiquement incertaine sur 16m d'alluvions (1.6 rencontres probables) et quasi impossible au contact des marnes


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