demi - journée scientifique et technique - 18 octobre 2019 ...€¦ · le platelage reprend plus...

DIFFUSION LIMITÉE –

Demi - journée Scientifique et Technique - 18 octobre 2019

Histoire et Géotechnique

Tianyu WANG (MASTER MSROE ECOLE DES PONTS PARISTECH)

Julien GABRIELLI (SNCF RÉSEAU)

Chi-Wei CHEN encadrant (SNCF RÉSEAU)

Philippe REIFFSTECK (IFSTTAR - DEPT GERS - LAB SRO)

1

DIFFUSION LIMITÉE –

➢ Patrimoine SNCF

➢ Etat des connaissances et projet Pieux Bois

➢ Maintenance : Pathologie et régénération

➢ Méthodologie possible

➢ Conclusion, perspectives et discussions

Vendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK 2

Sommaire :

–

• En quelques chiffres…

– 30 000km de ligne exploitée

– 100 000 ouvrages d’art

+ 27 000 Soutènement ou Ouvrages de revêtement (certains

avec des structures bois)

+ 1 500 tunnels

+ 40 000 Petits Ouvrages sous Voie

+ 32 000 ponts (H>2m)

• 7 500 ponts avec fondation en site aquatique

• 1 500 ponts avec fondation inspectée par du personnel hyperbare

• Dont 1000 sur pieux bois si accord DET => « Fondation

particulièrement exposée » : Visite Annuelle (VI), Visite détaillé

en cycle court avec relevé topo de précision

PATRIMOINE OUVRAGE D’ARTCONTEXTE SNCF RÉSEAU


Ancienneté du Patrimoine:

Exemple des Ponts métalliques :

+ Près de 50 % construit avant 1900

+ 20 % entre 1900 et 1950

+ 30 % après 1950

– Vendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK 4

Ouvrages hydrauliques (1,98m) / Amiens

Water pollution

Affouillement


Mur de soutènement / Pyrénèes

–6

Platelage Bois

Vendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK

–

ACTIONS RÉCENTES

PROJET PIEUX BOIS • DATES 2010-2013

• PARTENAIRES :

– IFSTTAR, LERMAB/ENSTIB/Batiplus/Grouazel/Canonica

• CONTENUS,

– essais de laboratoire – développement d’une technique d’instrumentation– essais de pieux :

• différentes essences, • différentes sols,

– collecte d’une base de données internationales– calage de la méthode de dimensionnement directe

pressiométrique


–

ACTIONS RÉCENTES

PROJET PIEUX BOIS • LIVRABLES PUBLIÉS (WWW.GEOTECH-FR.ORG)

– technique des pieux en bois– Méthode d’inspection– retour d’expérience– additif nf p 94-262

• BILAN APRÈS 6 ANS

– accueil favorable des tenants de la construction à faible impact environnemental,

– accueil peu favorable de la cnjog à comparer à l’eurocode, les normes anglaises, hollandaises canadiennes

– accueil mitigé des bureaux de contrôle se protégeant par le FD P20-651et demandant de valider des cahiers des charges !

• Mais l’effort continue

– compréhension du fonctionnement global,– application de la technique d’inspection,– durabilité pour prouver que les pieux des ouvrages sont toujours

là !


0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,650,700,750,800,850,900,951,00

00

,10

,20

,30

,40

,50

,60

,70

,80

,9 11

,11

,21

,31

,41

,51

,61

,71

,81

,9 22

,12

,22

,32

,42

,52

,62

,72

,82

,9 3

Rc,cal/Rc,mes

F(R

c,c

al/R

c,m

es) Données bibliographiques - NSPT

Données bibliographiques - cuDonnées Rouen + Cubzac-les-Ponts - plPieux Bois - CompilationLoi normale - CompilationClasse 4 (pieux battus) (Burlon et al., 2013)

Nbre essais Médiane Moyenne Ecart-type

Données biblio - NSPT 40 0,90 0,99 0,39

Données biblio - cu 56 0,80 1,01 0,74

Données Rouen + Cubzac - pl 10 0,77 0,85 0,25

Compilation 106 0,85 0,99 0,59

Pieux battus – classe 4 17 0,95 0,99 0,2

0,83

1,181,12 1,3

–9 Vendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK

PATRIMOINE OUVRAGE D’ARTENJEUX SNCF RÉSEAU

Renforcement

Pieux Bois

Sécurité = Surveillance + Maintenance

(Entretien, réparation, régénération)

+Connaissance du patrimoine (où et combien)

+Avoir les outils adaptés aux diagnostiques

(matériaux et recalcul)

Changement de tablier Incident

Pathologie


1MODÉLISATION NUMÉRIQUE 2D


Différents scénarios de la dégradation

pieu dégradé

pile

culée

l’eau

l’eaul’eau

terre

Type II

Type I

Type I : Pieu dégradé

Type II : Pieu intact

1.1 ETUDES PARAMÉTRIQUES


Composant

Maçonnerie

(Par

inspection

visuelle)

Platelage

en bois

(radier)

PieuxCas de calcul

État de

matériaux

bon

bon

bon Cas a

Mauvais (type

I=10cm

Cas b

Mauvais (type I=

20cm)

Cas c

mauvais mauvais -

mauvais

(E )

mauvais

(E )

mauvais

(type I et II E )

Cas a_100

mauvais

(type I=10cm +

type I et II E )

Cas b_100

Matrice de décision


Exemple de résultats de calcul

Cas a Cas b Cas c

Maillage déformé et

contraintes verticales

q = 350KN/m


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Contraintes relatives

Coordonnées du centre du pieu

Cas a

Cas b

Cas c

Cas a :

Maçonnerie + pieux intacts

Cas b :

Maçonnerie+ 10cm dégradation (Type I)

Cas c :


Type II

Type I

0

1500

3000

4500

Cas a Cas b Cas c

Co

ntr

ain

tes

(kP

a)

1

2

3

4

5

• Distribution des charges

• Contraintes sur la tête de chaque pieu selon différents

cas de dégradation


Après 100 ans de construction

Si la maçonnerie et le bois sont tous en mauvais état (E)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Contraintesrelatives

Coordonnées du centre des pieux

Cas a

Cas a_100

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5

Con

tra

inte

s (

kP

a)

numéro des pieux

Cas a

Cas a_100

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Contraintes relatives


Cas b

Cas b_100

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5

Con

tra

inte

s (

kP

a)

numéro des pieux

Cas b

Cas b_100


1.2 ETUDES DE CAS – PRA SUR L’ISACLigne 470 000 Savenay – Landerneau , PK 501+500

• Caractéristiques géométriques des pieux :

Profondeur (m) 9,6

Diamètre (m) 0,3

L’entraxe (m) 1

Nombre total des pieux 10*11


Résultats• Distribution des charges

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-6 -4 -2 0 2 4 6

Contraintesrelatives


Cas a

Cas b

Cas c

• Evolution des contraintes

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Cas a Cas b Cas c

Con

tra

inte

s (

kP

a)

1

2

3

4

5

Type II

Type I

Cas a :

Maçonnerie + pieux intacts

Cas b :


Cas c :


• Les pieux dans la

périphérie reprennent

toujours plus de charge

que les pieux centraux

• Plus les pieux sont

nombreux dans un rang,

moins la dégradation des

pieux dans la périphérie

influence la stabilité de la

fondation


Fonctionnement en fondation mixte

• Contraintes verticales sur le platelage en bois (radier)

-3500

-2500

-1500

-500

500

0 1 2 3 4 5 6 7

Co

ntr

ain

te ve

rtic

ale

(kP

a)

distance(m)

études paramétriques Cas a

-3500

-2500

-1500

-500

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Co

ntr

ain

te ve

rtic

ale

(kP

a)

distance(m)

PRA sur l’Isac Cas a

𝜌 =𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑖𝑒𝑢𝑥

𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑎𝑝𝑝𝑙𝑖𝑞𝑢é𝑒

𝝆

Étude paramétrique

Cas a

99,9

Pra sur l’Isac

Cas a 90,4

Cas b 85

Cas c 81

• Avec la dégradation des pieux bois,

le platelage reprend plus de charge

• Le fonctionnement d’une fondation

mixte dépend forcément de la nature

du sol


2MODÉLISATION NUMÉRIQUE 3D


Définition d’une fondation mixte

Groupe de pieux : Radier est sans contact avec le sol

Fondation mixte : Radier est en contact avec le sol

(Borel, 2001)


2.1 ETUDES PARAMÉTRIQUES

Vérification en 3D pour une fondation mixtePoulos et al, (2001), Nguyen (2008)

Profondeur (m) 10

Diamètre (m) 0,5

L’entraxe (m) 2 et 4 suivant les

deux directions

Nombre total des

pieux

3*3

0

20

40

60

80

100

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)

Méthode PDR

Flac 3D

Flac 2D

Plaxis 3D

Plaxis 2D

Cesar 2D

Cesar 3D

Poulos et al, 2001

Nguyen, 2006

3D

2D


Méthode PDR (Poulos-Davis-Randolph)

Méthode PDR citée par Borel (2001)

La charge limite d’une fondation mixte = la charge

limite du semelle + la charge limite du groupe de

pieux

Obtenue avec la

méthode numérique (EF)

ou pressiométrique

Méthode hybride (Estephan, 2003) : Courbe t-z

estimée pour un pieu isolé un groupe de pieux

Obtenue avec la

méthode numérique (EF)

ou pressiométrique

l’Annexe J de NF P 94-261

Le temps de calcul va être

forcément diminué avec la

méthode pressiométrique


Application la méthode PDR avec la méthode numérique (Cesar)

Comparer avec le résultat de la

fondation mixte,

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)

fm_groupe de pieux

fm_radier

Méthode PDR

Cesar 3D

Poulos et al, 2001

Méthode PDR

• La méthode PDR peut très bien estimer le

tassement d’une fondation mixte si on

peut déterminer la réponse de tassement

pour un groupe de pieux et un radier.

pieux +

radier élastique

Pieux maximaux +radier

élastique


Application la méthode PDR avec la méthode pressiométrique

• Coefficient d’efficacité de groupe Cg

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)

fm_groupe de pieux _Cesar

Rcg = 5,5MN, limite

élastique de groupe

𝐶𝑔 =𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑢 𝑔𝑟𝑜𝑢𝑝𝑒

𝑠𝑜𝑚𝑚𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑢𝑥

𝐶𝑔 = 1 −arctan

𝐵

𝑑𝜋

2

∙ 2 −1

𝑚−

1

𝑛= 0,85

- Converse-Labarre :

avec

m = le nombre de lignes de pieux

n = le nombre de pieux par lignes

B = diamètre des pieux

d = l’entraxe des pieux

Rc = 716,3 KN pour un pieu isolé

Soit 6,44 MN pour la somme des charges limites des 9 pieux

Rcg = 5,5 MN avec le coefficient de Converse-Labarre

Pour notre exemple :

Cg définit la limite élastique d’un groupe de pieux


Application la méthode PDR avec la méthode pressiométrique

chargement

tasse

men

t

pieu isolé

groupe de

pieux

facteur y

facteur p

chargement

tasse

men

t

• Groupe de pieux

Méthode hybride

(Estephan,2003)

Le facteur y et le facteur p sont

considérés égale à Cg

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Ta

ss

em

en

t(m

m)

Chargement (MN)

fm_radier_cesar

fm_radier_pressio

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)

fm_groupe de pieux_pressio

fm_groupe de pieux_Cesar

Rcg = 5,5MN, limite

élastique de groupe

30 min avec

un Excel

Une journée pour

le temps de calcul

l’Annexe J de NF P 94-261

• Radier


2.2 APPLICATION AU VIADUC DES BAS-VALSLigne 334 000 Paris St-Lazare- Mantes , PK 36+721

Pile P1

Rb (kN) 295

Rs (kN) 328

Rc (kN) 623

• Caractéristiques géométriques des pieux sous la pile P1

Profondeur (m) 8,4

Diamètre (m) 0,3

L’entraxe (m) 1

Nombre total des

pieux

6*14

• Descente de charge

Poids propre

(Pierre)

11,4MN

Surcharge ferroviaire

transmise par la SNCF

150KN/m * 7m =1,05 MN

En total : 12,45MN

• Portance d’un pieu isolé avec la méthode pressiométrique


Réponse charge-tassement de la fondation sous la pile P1

La modélisation est faite en une symétrie avec 42 pieux

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)

fondation mixte


Méthode PDR avec Cesar et pressiomètre

• Groupe de pieux

• radier

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25

Tassem

en

t (m

m)

Chargement (MN)


fm_groupe de pieux _pressio

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25

Ta

ss

em

en

t(m

m)

Chargement (MN)

fm_radier_Cesar

fm_radier_pressio


De la méthode numérique à la méthode

pressiométrique pour un groupe de pieux

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30

Ta

ss

em

en

t (m

m)

Chargement (MN)


𝐶𝑔 =𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑢 𝑔𝑟𝑜𝑢𝑝𝑒

𝑠𝑜𝑚𝑚𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑢𝑥= 0,15

Méthode hybride

avec Cg = 0,15

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25

Tassem

en

t (m

m)

Chargement (MN)


fm_groupe de pieux_pressio

D’après le résultat de

Cesar, le Cg = 0,15 au

lieu de 0,66 qui est

donné par la formule

Converse-Labarre

La formule de Converse –

Labarre ne fonctionne plus

quand il s’agit d’un grand

nombre de pieux (une centaine

en général pour un groupe en

pieux bois)

Cg =0,15 est proposé

pour un groupe de pieux

en bois dans un premier

temps


Méthode PDR avec Cesar et pressiomètre

• Groupe de pieux

• radier

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25

Tassem

en

t (m

m)

Chargement (MN)



0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25

Ta

ss

em

en

t(m

m)

Chargement (MN)

fm_radier_Cesar

fm_radier_pressio

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50

Tassem

en

t (m

m)

Chargement (MN)

fondation mixte

fm_groupe de pieux

fm_radier_déplacer


fm_radier_pressio_déplacerElle sous-estime le

tassement au début

mais commence à

approcher le

tassement d’une

fondation mixte

quand le radier

commence à

reprendre la charge

Comparaison des différentes méthodes

Méthode

PDR avec

Cesar

Méthode PDR avec

pressiomètre

–31

• Si les pieux sont dégradés dans la périphérie, il n’y a pas une

augmentation de contrainte évidente chez les pieux centraux,

par contre, c’est plutôt pour les pieux de Type I qu’il y a un risque

de rupture si le bois est dégradé

• 10% à 20% de charge va être transférer au platelage en bois

d’après les études de cas sur le PRA sur l’Isac

• La combinaison de la méthode pressiométrique et de la méthode

PDR peut très bien estimer la portance et le tassement d’une

fondation mixte

Conclusions de l’étude 2019 :

Quelques perspectives sur l’étude

Changer le critère à

Tresca ou Von-

Misès pour la partie

maçonnerie, si un

effet du temps dois

être prendre en

considération pour

le calcul ;

Une validation

expérimentale

des paramètres

et des lois de

dégradation de

la résistance et

de diminution

des modules du

bois

Le coefficient

d’efficacité 0,15

proposé pour un

groupe de pieux

en bois ne vient

que d’un seul

exemple pour

l’instant. Il faut le

valider sur

d’autres

ouvrages

Le changement

de certaines

propriétés pour

le bois et aussi

pour la

maçonnerie pour

trouver le

tassement relatifVendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK

–32 Vendredi 18 Octobre 2019 Tianyu WANG, Julien GABRIELLI, Philippe REIFFSTECK

CONCLUSION, PERSPECTIVES ET DISCUSSIONS

Sécurité = Surveillance + Maintenance

(Entretien, réparation, régénération)

+Méthodologie de recalcul des Pieux Bois

+Méthodologie d’inspection des Pieux Bois

+Potentiel travail entre SNCF Réseau et

IFSTTAR sur le vieillissement des

caractéristique des pieux bois (en

discussion)


MERCI DE VOTRE ATTENTION


Borel S. (2001), Comportement et dimensionnement des fondations mixtes, Laboratoire Centrale des Ponts et

Chaussées, pp.13-56

Estephan R. (2003), Contributions aux méthodes de calcul des groupes et des réseaux de micropieux, Thèse

de Doctorant, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées,

Frank R., Zhao S.R. (1982), Estimation par les paramètres pressiométriques de l'enfoncement sous charge axiale de pieux forés dans des sols fins. Bulletin de liaison Laboratoire Ponts et Chaussées, n°119, pp. 17-24.

GEOSOND (2018), Confortement de la culée C0 de Viaduc des Bas-Vals, Ligne 334 000 Paris St-Lazare à

Mantes par Conflans, PK 36+721, Rapport d’étude géotechnique mission G2PRO, pp.20, 45-46

IFSTTAR (2014), Additif pieux en bois à la NF P 94-262, (2014), Justification des ouvrages géotechniques -

Normes d’application nationale de l’Eurocode 7- Fondation profondes

Nguyen N.T. (2008), Modélisation du comportement des fondations profondes dans les argiles molles, Thèse

de Doctorant, Institut Polytechnique de Grenoble, pp.135-140

Poulos H.G., Davis E.H. (1980). Pile foundation analysis and design. New York, John Wiley.

pp. 20-32,

Poulos H.G., Carter J.P. and Small J.C. (2001). Foundations and retaining structures – Research and practice.

Proc. XV Int. Conf. Soil Mechanics and Foundation Engineering, Istanbul, 4, pp. 2527-2606

Ukritchon B., Faustino J., Keawsawasvong S., (2015), A numerical study of load distribution of pile group

foundation by 2D model, Walailak Journal of Science and Technology, pp. 669-688

Bibliographie

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