ISSN 1157 - 391

.. Etudes expérimentales

sur le bétonnage des pieux forés Jean-Paul BRU

Pierre DELUDE

Philippe LAPERNA

études et recherches des laboratoires des ponts et chaussées

sé(e é technique GT 45

-

" Ministère de l'Équipement, - du logement, des Transports et de la Mer

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

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Etudes expérimentales sur le bétonnage des pieux forés

Jean-Paul BRU

Pierre DELUDE

Philippe LAPERNA

Août 1991

1;::1 Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15

Collection "Études et recherches des Laboratoires des Ponts et Chaussées», série géotechnique, ISSN 1157-3910 Fait suite à la collection "Rapports des laboratoires'" série géotechnique, ISSN 0761-2389

AUTEURS

Jean-Paul BRU Directeur-adjoint du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Bordeaux

Pierre DELUDE Ancien directeur-adjoint du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Bordeaux

Philippe LAPERNA Élève stagiaire de l'Institut des Sciences et Techniques de Poitiers (lors de la rédaction de ce rapport)

Action de recherche pluriannuelle (AR): 17 Fondations et soutènements Fiche d'action élémentaire de recherche (FAER): 1.05.04.5 Exécution des pieux forés

Diffusion: Laboratoire Central des Ponts et Chaussées IST - Section des publications 58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15 ~ 33 (1) 40 43 52 26 - Télécopie : 33 (1) 40 43 54 98

Ce document est propriété de l'Administration et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation du directeur du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

(ou de ses représentants autorisés) © 1991 - LCPC

SOMMAIRE

RESUME ABSTRACT-RESUMEN-ZUSAMMENFASSUNG-AHHOTA

PRESENTATION, par J.P. MAGNAN

INTRODUCTION

Chapitre 1 - MISE EN EVIDENCE DU ROLE DU BOUCHON D'AMORCAGE

1.1 Rappel sur les techniques de mise en oeuvre 1.2 Matériel et matériaux utilisés 1.3 Mise en évidence du pouvoir ralentisseur et de la qualité de piston du

bouchon d'amorçage 1.4 Délavage ou non dans le tube plongeur. Contrôle par la "technique de la pelle" 1.5 Etude du délavage dans le tube plongeur avec des bouchons 1.6 Réalisation de pieux en 0 600 dans un milieu immergé 1. 7 Les autres types de bouchon d'amorçage 1.8 Conclusion

Chapitre 2 - LA SEGREGATION DU BETON

2.0 Introduction 2.1 Ségrégation du béton par la chute libre 2.2 Ségrégation par effet de grille 2.3 Ségrégation par le panier

Chapitre 3 - REPARTITION DES COUCHES DE BETON DANS UN PIEU FORE

3.1 But de l'essai et montage expérimental 3.2 Essais préliminaires 3.3 Essais n ·2 3.4 Conclusion

Chapitre 4 - ETUDE DU CONTACT BETON-SOL EN POINTE

4.1 Introduction 4.2 Dispositif expérimental 4.3 Effet de chasse avec un fond de pieu plat 4.4 Effet de chasse avec un fond de pieu incurvé 4.5 Conclusion

Chapitre 5 - LES BARRETTES

5.1 Introduction 5.2 Etude de la répartition des couches 5.3 L'effet de vague

Chapitre 6 - DELA V AGE LATERAL

6.1 Introduction 6.2 Choix du dispositif et détermination des paramètres 6.3 Causes de l'échec et perspectives

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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13 16 19 20 22 22

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25 25 29 33

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43 43 43 44 49

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59 59 61

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RÉSUMÉ

ÉTUDES EXPÉRIMENTALES SUR LE BÉTONNAGE DES PIEUX FORÉS

Jean-Paul BRU, Pierre DELUDE, Philippe LAPERDA

Chapitre 1 - Mise en évidence du rôle du bouchon d'amorçage Chapitre 2 - La ségrégation du béton Chapitre 3 - Répartition des couches de béton dans un pieu foré Chapitre 4 - Étude du contact béton-sol en pointe Chapitre 5 - Les barrettes Chapitre 6 - Délavage latéral

Le rapport présente les résultats d'études en vraie grandeur consacrées aux problèmes pratiques rencontrés lors de l'exécution de divers types de pieux forés, plus précisément ceux liés à l'opération de bétonnage.

La réalisation d'essais en grandeur nature a nécessité la construction d'une station expérimentale au Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Bordeaux, afin de reproduire un certain nombre de défauts et de mieux comprendre leur mode de formation.

Les essais effectués ont porté principalement sur: - la nécessité d'utiliser un bouchon d'amorçage, - le risque de ségrégation du béton en présence ou non de cages d'armature, - le mode de répartition des couches en cours de bétonnage, - l'étude du contact béton-sol en pointe, - l'importance du délavage latéral du béton frais.

L'ensemble de ces travaux, qui ont été exécutés au cours des années 1970, a contribué largement à la rédaction du document intitulé «Les pieux forés. Recueil de règles de l'art», publié en décembre 1978 par le LCPC et le SETRA.

Mots clés : Pieux forés - Bétonnage - Exécution - Étude expérimentale - Station d'essai.

ABSTRACT

EXPERIMENTAL STUDIES OF THE CONCRETING OF BORED PILES

Jean-Paul BRU, Pierre DELUDE, Philippe LAPERDA

Chapter 1 - Demonstration of the role of the pile driving head Chapter 2 - The segregation of the concrete Chapter 3 - The distribution of the layers of concrete in a bored pile Chapter 4 - The study of the contact between the pile and the soil at

the end bearing Chapter 5 - The bars Chapter 6 - Lateral washing out

The authors present the results of full-scale studies of the practical problems encountered in setting in place various types of bored piles, and more particularly problems connected with concreting.

These full-scale studies required the construction of an experimental unit in the Bordeaux Regional Laboratory of the Ponts et Chaussées, in order to reproduce a number of defects and gain a better understanding of how they arise.

The tests covered mainly : - the need to use a pile driving head, - the risk of segregation of the concrete, whether or not in the presence of reinforcing cages, - how the layers are distributed during concreting, - the contact between the concrete and the soil at the end bearing, - the importance of lateral washing out of the fresh concrete.

This work as a whole, which was carried out in the 1970s, made a substantial contribution to "Bored piles: a compendium of standard practice", published in December 1978 by the LCPC and SETRA.

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RESUMEN

ESTUDIOS EXPERIMENTALES SOBRE EL HORMIGONADO DE LOS PILOTES PERFORADOS

Jean-Paul BRU, Pierre DELUDE, Philippe LAPERDA

Capitulo 1 - Evidenciacion de la funcion del tapon de cebado Capitulo 2 - Segregacion del hormigon Capitulo 3 - Reparto de las capas de hormigon en un pilote perforado Capitulo 4 - Estudio del contacto hormigon y suelo en punta Capitulo 5 - Barras Capitulo 6 - Deslavado lateral

Se presentan en el informe los resultados de estudios a tamafto natural dedicados a los problemas prâcticos que surgen en la ejecucion de diversos tipos de pilotes perforados, y mâs precisamente aquellos vinculados a la operacion de hormigonado.

La realizacion de pruebas a tamafto natural requirio que se construyera una estacion experimental en el Laboratorio Regional de "Ponts et Chaussées" de la ciudad de Burdeos, con objeto de reproducir cierto rnimero de defectos y comprender mejor como se formaban.

Las pruebas efectuadas se refirieron principalmente a: - necesidad de utilizar un tapon de cebado, - peligro de segregacion del hormigon en presencia o no de jaulas de armazon, - forma de reparto de las capas en el proceso de hormigonado, - estudio del contacto hormigon y suelo en punta, - importancia del deslavado lateral del hormigon fresco.

Todos estos trabajos, que fueron ejecutados en la década del 70, han contribuido ampliamente a la redaccion del documento titulado "Les pieux forés. Recueil de règles de l'art" (Pilotes perforados. Recopilacion de las normas de prâctica corriente ), publicado en 1978 por LCPC y SETRA.

ZUSAMMENF ASSUNG

EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN DES BETONIERENS VON BOHRPFAIILEN

Jean-Paul BRU, Pierre DELUDE, Philippe LAPERDA

Kapitel 1 - Rolle des Ansatzpfropfens Kapitel 2 - Betonentmischung Kapitel 3 - Verteilung der Betonschichten im Bohrpfahl Kapitel 4 - Untersuchung der Beton-Bodenberührung an der Spitze Kapitel 5 - Stege Kapitel 6 - Seltliches Auswaschen

lm Bericht werden die Ergebnisse aus Versuchen in wahrer Grosse betreffs der praktischen Probleme bei der Ausführung verschiedener Bohrpfahlarten insbesondere im Hinblick auf die Betonierarbeiten beschrieben.

Die Durchführung von Versuchen in wahrer Grosse setzte die Einrichtung einer Versuchsstation im Regionallabor der Ponts et Chaussées in Bordeaux voraus, um eine gewisse Anzahl von Fehlern nachzuvollziehen und dadurch deren Entste­hungsweise zu verstehen.

Die durchgeführten Versuche bezogen sich hauptsii.chlich auf: - die Notwendigkelt des Einsatzes von Ansatzpfropfen, - die Gefahr der Betonentmischung mit oder ohne Bewehrungskorben, - die Art der Schichtverteilung wii.hrend des Betonierens, - die Untersuchung der Beton-Bodenberührung an der Spitze, - das Ausmass des seitlichen Auswaschens des Frischbetons.

Diese im Laufe des Jahres 1970 durchgeführten Arbeiten haben alle weitgehend zur Ausarbeitung eines Dokuments mit dem Titel "Les pieux forés. Recueil de règles de l'art" (technische Regein für Bohrpfii.hle) belgetragen, das im Dezember 1978 vom LCPC und dem SETRA verbffentlicht wurde.

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8

AHHOTALU1A

3KCnEPHMEHTAnbHOEHCCnEAOBAHHE 6ETOHHPOBAHHR EiYPOBblX CBAH

Jean-Paul BRU, Pierre DELUDE, Philippe LAPERDA

lnasa 1 - Ponb V1H>K8KL\V10HHOC1 npo6KV1 lnasa 2 - PaccnoeHvie 6eroHa lnasa 3 - PacnpeAeneHvie 6eroHHb1x cnoes s 6yposoc:t csae lnasa 4 - V1ccneAOBaHV18 KOHTaKTa 6eTOH-rpyHT Ha OCîpV18 csavi lnasa 5 - CsR3blBafOl.l.\V18 :meMeHTbl lnasa 6 - 6oKosoC1 pa3MblB cse>Kero 6eroHa

B orL1ere npeAcrnsneHbl pe3ynbTaTbl vicnb1TaHV1C1 s HarypanbHYKl senvi4V1Hy, OTHOCFll.l.\V1XCFI K npaKTV148CKV1M npo6neMaM, BCîp848HHblM npV1 coopy>KeHV1V1 pa3nV14HblX rnnos 6ypOBblX csac:t, B LlaCTHOCrn CBR3aHHblX c onepal.\V18C1 6eTOHV1posaHV1FI.

nposeAeHvie vicnb1TaHV1C1 s HarypanbHYKl senV14V1HY norpe6osano crpovi­renbcrna 3KcnepviMeHrnnbHOC1 cTaHL\V1V1 s pernoHanbHOC1 na6oparopvivi Macros V1 aBTOAOpor B r. 60PAO AnR Toro, 4T06bl V1M8Tb B03MO>KHOCTb socnpOV13B8CTV1 HeKOTOpb1e AecpcpeKTbl vi nyLlwe noHRTb npoL1ecc vix o6pa3osaHV1R.

npoBOAV1Mbl8 V1CCn8AOBaHV1FI KacanV1Cb, rnaBHblM o6pa30M, cneAYKll.l.\8rü: - Heo6xOAV1Mocrn npviMeHeHV1R V1H>K8KL\V10HHOC1 npo6KV1. - PvicKa paccnoeHV1R 6eroHa npvi HanV14V1V1 vin1-1 orcyrcrnvivi npocrpaHcTBeHHoro

apMarypHoro KapKaca. - c:PopMbl pacnpeAeneHV1R cnoes npvi 6eroHviposaHV1V1. - V1ccneAOBaHV1FI KOHTaKTa 6eTOH-rpyHT Ha OCîpV18 csavi. - Ponvi 6oKosoro pa3Mb1sa cse>Kero 6eroHa.

Becb KOMnneKC 3TV1X pa6oT, KOT0pb18 npOBOAV1nV1Cb B T848HV18 1977 rüAa, 3Ha4virenbHO cnoco6crsosan cocrasneHV1Kl AOKyMeHra, 03arnasneHHoro «6yposb1e csavi. OnvicaHvie pa60L1vix npvieMOB», KOTOpb1C1 6b1n ony6nviKosaH s A8Ka6pe 1978 r. cvinaMV1 LCPC V1 SETRA.

PRESENTATION

Jean-Pierre MAGNAN Directeur technique, LCPC

Les travaux dont les résultats sont présentés dans ce rapport ont été exécu­tés en parallèle à la rédaction du document publié en décembre 1978 par le LCPC et le SETRA, intitulé "Les pieux forés - Recueil de règles de l'art". Il s'agissait, à l'époque, de préciser expérimentalement les règles à respecter pour un bétonnage efficace des pieux forés. Pour atteindre cet objectif, le La­boratoire régional des Ponts et Chaussées de Bordeaux, à qui la recherche avait été confiée, a construit une station expérimentale permettant de réaliser différents types d'essais en grandeur nature. Les résultats de ces études expé­rimentales ont été utilisés pour préciser les techniques de bétonnage recom­mandées dans le chapitre 6 "Bétonnage" du document précité.

Le rapport rédigé lors de ces essais n'avait reçu qu'une diffusion très limi­tée. Malgré les années écoulées depuis sa rédaction en 1979, il nous a paru utile de le diffuser plus largement, dans le cadre de la collection des "Etudes et recherches des Laboratoires des Ponts et Chaussées" - Série Géotechnique. Certains des commentaires faits à l'époque peuvent sembler inadaptés à la pratique actuelle du bétonnage des pieux, puisque les règles en vigueur de­puis dix ans tiennent justement compte des résultats de cette recherche ... C'est certainement l'un des meilleurs signes de la qualité du travail effectué au LRPC de Bordeaux sur ce thème du bétonnage des pieux forés. Les résultats des différents essais concernant la circulation du béton lors du bétonnage présentent également un intérêt permanent, tant pour la compréhension de ce qui se passe lors du bétonnage des pieux que comme base expérimentale pour la poursuite éventuelle de recherches dans ce domaine.

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INTRODUCTION

Parmi les diverses opérations relatives à la confection d'un pieu moulé en place, le bétonnage a été le premier à faire l'objet de constatations de la part des laboratoires régionaux des ponts et chaussées, parce que les incidents qui se sont pro­duits sur les chantiers depuis 1969 relevaient tous de prime abord des mauvaises conditions de béton­nage.

En effet, on pouvait constater que l'opération de curage préalable au bétonnage proprement dit avait été mal réalisée, ou bien que le béton ne pré­sentait pas les propriétés de maniabilité requises, ou bien encore que les conditions de mise en oeu­vre (bétonnage au tube plongeur avec bouchon) étaient mauvaises ou mal suivies... Ces carences montraient de toute évidence la nécessité de sensi­biliser à ce problème les maîtres d'oeuvre comme les entreprises, d'autant que, sur le chantier, cer­taines pratiques peu orthodoxes paraissaient dan­gereuses, dans la mesure où il n'existait pas de contrôles d'exécution.

Le Laboratoire régional de BORDEAUX, sous l'égide des Groupes Spécialisés de Coordination 05

(Fondations des ouvrages) et 31 (Bétons et liants hydrauliques) a donc (fig.1) construit une station expérimentale permettant la réalisation d'essais en grandeur nature visant, notamment, à repro­duire un certain nombre de défauts dans le proces­sus de bétonnage, défauts qui conduisent presque toujours à des mauvais contacts entre le béton et le sol. Ces aléas sont d'autant plus graves qu'ils sont souvent cachés et qu'ils risquent de provoquer des désordres importants, dangereux et la plupart du temps coûteux.

Depuis 1973 et, de façon discontinue, jusqu'en 1978, le L.R.P.C. de BORDEAUX a réalisé un cer­tain nombre d'essais qui ont permis, d'une part, de mettre au point des procédés de bétonnage et, d'autre part, de démontrer que certaines hypothè­ses admises par beaucoup d'ingénieurs étaient er­ronées.

Les résultats de ces études ont notamment ser­vi à la rédaction du document intitulé "Les pieux forés. Recueil de règles de l'art" (LCPC-SETRA, 1978), pour ce qui concerne le chapitre relatif au bétonnage.

---------Figure 1 Vue générale de la station---------

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Ce rapport présente les principales études qui ont été réalisées, sur les thèmes suivants :

- utilisation du bouchon d'amorçage, - ségrégation du béton, - répartition des couches en cours de bétonnage, - étude du contact béton-sol en pointe, - répartition des couches lors du bétonnage

d'une barrette, - étude du délavage latéral du béton frais.

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Ces études ont, comme on le verra, été condui­tes avec plus ou moins de succès. De notre point de vue, elles présentent l'énorme avantage d'avoir fait progresser les connaissances dans le domaine des pieux forés et, en tout cas, elles constituent un actif important pour la poursuite des travaux sur les pieux.

Chapitre 1

MISE EN EVIDENCE DU ROLE DU BOUCHON D'AMORCAGE

1.1 RAPPEL SUR LES TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE

Le bétonnage des pieux forés peut s'effectuer de plusieurs façons. Il existe deux grandes métho­des de bétonnage, selon que :

- les pieux sont bétonnés depuis la surface par déversement ;

- les pieux sont bétonnés par refoulement du béton en fond de forage.

Le bétonnage par déversement ne peut être toléré que pour des forages secs, de faible profon­deur, et pour des pieux sans armature. Dans tous les autres cas, le bétonnage doit être conduit de­puis le fond de trou.

Il existe trois techniques de bétonnage par re­foulement:

- bétonnage au tube plongeur, - bétonnage à la pompe, qui refoule directe-

ment en fond de forage, - bétonnage à la benne à ouverture comman-

dée.

Le bétonnage à la benne à ouverture comman­dée ne doit être utilisé que pour les caissons de grande section. L'ouverture des clapets est en gé­néral délicate.

Les études exécutées à la station expérimen­tale de Bordeaux ont été plus particulièrement consacrées au bétonnage au tube plongeur (les ré­sultats peuvent être extrapolés au bétonnage à la pompe). Le but était de montrer, grâce à des essais en grandeur réelle, que l'utilisation d'un bouchon d'amorçage est indispensable pour obtenir un pieu correctement bétonné.

1.2 MATERIEL ET MATERIAUX UTILISES

La station est équipée d'une tour d'envi­ron 10 m de haut permettant la fixation et le rem­plissage du tube plongeur (0 150, tube lisse).

Une grue à tour Pingon permet d'amener le béton par benne au-dessus de la trémie. Le bé­ton du type Pb 9 est fabriqué dans une bétonnière à malaxeur horizontal (type Richier 230 litres).

Dosage du béton de pieu Pb9 (béton de qualité fondation, QFJ

Avec des granulats secs, pour lm3 de béton, le dosage est le suivant :

- ciment 400 kg CP AL 325 - 0/3 585 kg - 3/8 450 kg - 8/15 320 kg granulats roulés - 15/25 450 kg - eau 200 à 230 litres

Ces valeurs doivent être corrigées du fait de l'exis­tence d'une teneur en eau de 5% dans les granu­lats 0/3 et de 1 % dans les granulats 3/8. Les dosa­ges pondéraux deviennent :

- ciment 400 kg CPAL 325 - 0/3 615 kg - 3/8 455 kg - 8/15 320 kg granulats roulés - 15/25 450 kg - eau 165 à 185 litres.

La vérification au cône d'Abrams donne un af­faissement de 18 à 20 cm, ce qui est convenable pour un béton de pieu. Ce béton QF présente plu­sieurs avantages : il a une bonne maniabilité, une bonne compacité, il est moins apte à la ségrégation qu'un béton normal et, de plus, il possède une bon­ne résistance à la compression, bien qu'il ne soit pas vibré (environ 25 MPa en compression simple, et 1 à 2 secondes au maniabilimètre LCPC).

1.3 MISE EN EVIDENCE DU POUVOffi RALENTISSEUR ET DE LA QUALITE DE PISTON DU BOUCHON D'AMORCAGE

Ces expériences ont été réalisées en suspen­dant le tube plongeur le long de la tour de la sta­tion. La partie inférieure du tube est restée à l'air

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libre afin de pouvoir se rendre compte visuelle­ment de l'état du béton, en sortie. La hauteur de chute était de 4 m. Le diamètre interne du tube plongeur est de 150 mm. Ce tube est parfaitement lisse à l'intérieur.

Le béton était de qualité QF Pb9 (voir la com­position au paragraphe 1.2)

En premier lieu, il a été réalisé un essai sans bouchon d'amorçage (fig. 2).

1.3.1 Etude expérimentale d'un bouchon constitué de fibres métalliques

Ce bouchon est formé par agglomération à la main de copeaux métalliques provenant d'un tour (fig. 3).

Plusieurs poids de tournure ont été essayés, afin de déterminer une relation entre le poids et le pouvoir ralentisseur (le diamètre du tube plongeur étant constamment égal à 150 mm). Les expérien­ces ont été faites en utilisant à chaque fois la même hauteur de chute ( 4 m) ainsi que le même volume de béton Pb 9 (125 litres).

Les bouchons sont assemblés à la main en for­me de boule et ils sont enfoncés de 10 cm dans le tube plongeur.

Les résultats pour un tube plongeur de diamètre intérieur 150 mm sont donnés dans le tableau 1.

Figure 2 Le béton arrive par saccades. On voit nettement des grains isolés ; le béton n'est plus lié. La ségrégation serait encore plus prononcée dans un milieu immergé à cause de l'entraînement des particules fines, qui est facilité par le manque de compacité de ce béton ------------

Figure 3 Bouchons de tournure avant et après passage dans le tube plongeur On peut noter qu'ils possèdent une bonne élasticité

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Tableau 1 Résultats des essais (tube plongeur de diamètre intérieur 150 mm)

Bouchon n • Masse Comportement

1 320 g Pas d'action de frein

2 340 g Freine la chute, mais le béton est peu compact

3 400 g Ralentit bien la chute. Pas de difficulté pour le départ du béton, qui reste bien compact et qui conserve la forme du tube sur environ lm, à l'air libre.

1.3.2 Bouchon constitué de tournure enduite de pâte de ciment

Le deuxième type de bouchon testé est consti­tué de tournure dans laquelle est incorporée de la pâte de ciment, afin d'en faire une boule compacte.

La pâte qui est nécessaire à la fabrication des bouchons doit être préparée soit 2 heures aupara­vant, s'il s'agit de CPA normal, soit 5 min aupara­vant, s'il s'agit d'un mélange 113 fondu + 2/3 CP AL. Enfin, l'utilisation de ciment prompt per­met l'utilisation quasi immédiate de la pâte.

Comme dans le cas du bouchon de tournure seule, des essais ont été réalisés en faisant varier le poids de tournure. D'autre part, des temps de chute ont pu être chronométrés.

Tableau 2 Résultats des essais (bouchons de tournure enduite de pâte de ciment)

Bouchon Masse de Temps de Comportement n° tournure chute

1 340g Pas d'action de frein

2 360 g ls Pas d'action de frein

3 380g 2s Bonne action de frein

4 400 g 2,8 s Bonne action de frein (fig. 4)

5 420g 4s Départ difficile (fig. 5)

----Figure 4 Bouchon de 400 g -----

Figure 5 Bouchon de 420 g

Dans les deux cas, le béton reste homogène et conserve la forme du tube plongeur

15

1.4 DELAVAGE OU NON DANS LE TUBE PLONGEUR. CONTROLE PAR LA 'TECHNIQUE DE LA PELLE''

1.4.1 But de l'essai

Le but de cet essai est de se rendre compte de l'état du béton, dans la colonne de bétonnage, en utilisant la technique traditionnelle de la pelle. Cette méthode est suspectée de provoquer un déla­vage du béton, accentué par la ségrégation due à la chute libre dans l'eau.

1.4.2 Montage expérimental (fig. 6)

La gaine placée autour du tube plongeur per­met de maintenir de l'eau à l'intérieur de celui-ci ; elle joue aussi le rôle de coffrage. Dans une pre­mière phase, le tube plongeur repose sur le fond, de façon à ce que le béton ne remonte pas dans la gaine. La deuxième phase consiste à remplir le

tube plongeur de béton ; le tube est retiré progres­sivement, une fois plein, et alors le béton épouse la forme de la gaine. On a donc, en démoulant, une idée de ce qui se passe dans le tube plongeur.

1.4.3 Réalisation de l'essai

Une pelle de chantier obstrue provisoirement le fond de la trémie (fig. 7). Celle-ci est remplie de béton. Quand elle est pleine, on retire le plus rapi­dement possible la pelle et l'on coule le béton en continu. Le tube plongeur, qui était posé au fond, est relevé progressivement tout en maintenant son orifice continuellement dans le béton, afin d'éviter un désamorçage de la colonne.

Lors de la réalisation de l'essai, il est apparu que l'on ne pouvait pas retirer rapidement la pelle qui obstruait le tube, du fait du poids de béton qui a tendance à la coincer et à cause de la présence de la trémie et de la benne de bétonnage.

Trémie

Gaine PVC ~0250mm

Gaine et tube plongeur immergés

/Plaque PVC soudée

----'~..._~-'-........ ----------------Figure 6 Vue du montage expérimental------------

16

--Figure 7 Technique d amorçage à la pelle --

1.4.4 Démoulage et constatation

Le démoulage est effectué environ 72 h après le bétonnage. Les figures 8 et 9 montrent bien l'état du pieu.

Dans le cas d'un bétonnage au tube plongeur sans bouchon d'amorçage, le délavage se produit donc sur une hauteur importante. Ce délavage est facilité, d'une part, par la ségrégation du béton par sa chute dans le tube plongeur et, d'autre part, par l'effet de chasse, qui s'en trouve énormément dimi­nué.

L'étude par auscultation dynamique (fig. 10) nous montre que la partie délavée occupe une di­mension encore bien plus importante à l'intérieur qu'à l'extérieur, comme pouvait nous le laisser croire l'examen visuel.

L'utilisation d'un bouchon d'amorçage aura donc un double but :

- ralentir la descente du béton dans le tube plongeur, afin d'éviter la ségrégation ;

- chasser l'eau dans la partie immergée du tu­be, afin d'éviter le délavement du béton en pointe en agissant comme un piston.

Figure 8 Vue générale du pieu démoulé. On remarque que la partie délavée représente environ 40% de la hauteur bétonnée

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V (m/s)

4000

3000

2000

20 40 60

Figure 9 Détail de la zone délavée du pieu démoulé Longueur de la zone très délavée : 0,93 m

Longueur de la zone délavée : 1,20 m

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 L (cm)

---------Figure 10 Auscultation dynamique d'un pieu coulé sans bouchon--------

18

1.5 ETUDE DU DELAVAGE DANS LE TUBE PLONGEUR AVEC DIVERS BOUCHONS

Ayant défini les caractéristiques des bouchons (poids de tournure, composition de la pâte, etc.), il a été décidé de procéder à la réalisation de moula­ges du tube plongeur en diamètre de 250 mm, afin de pouvoir les comparer au moulage en 0 250 mm réalisé avec la technique traditionnelle dite "de la pelle".

1.5.1 Bouchon constitué de tournure seule

Le bouchon est formé de fibres métalliques assemblées à la main sans incorporation de pâte de ciment. Le poids de tournure est de 400 g, ce qui permet d'avoir un bon ralentissement dans la chute du béton,tout en ne posant pas de difficulté pour le départ du béton dans le tube plongeur.

Ce tube plongeur a été immergé, afin de se placer dans le cas le plus défavorable, mais qui se présente le plus souvent. Le dispositif expérimen­tal est le même qu'au paragraphe précédent (1.4).

Le tube plongeur doit être remonté par pa­liers, tout en le maintenant constamment dans le béton afin d'éviter tout risque de désamorçage.

Au démoulage, on s'aperçoit que seulement 15 cm de béton sont délavés (fig. 11). Il s'agit d'une amélioration remarquable, en comparaison avec l'état du moulage réalisé avec la technique tradi­tionnelle de la pelle (fig. 8 et 9).

L'auscultation dynamique en transparence nous permet d'affirmer que le volume soumis à la ségrégation est fortement réduit. Les vitesses de

V(m/s)

10 20 30 40 50 60

--Figure 11 Le bouchon est emprisonné sous-­le poids du béton. On peut remarquer que

le volume ségrégé est fortement réduit

transmission des ondes ne descendent jamais en dessous de 3700 mis (fig. 12 à comparer avec la fig. 10).

70 80 90 100 L (cm)

Figure 12 Auscultation dynamique d'un pieu coulé avec un bouchon sans pâte de ciment

19

Le bouchon a donc bien joué son rôle en empê­chant la ségrégation. Cependant, du fait de la fai­ble section du pieu, le bouchon est resté coincé en pointe ; celle-ci présente donc une certaine élastici­té. Or, la plupart des pieux travaillant par effet de pointe, l'élasticité de celle-ci est nuisible.

Le deuxième type de bouchon (tournure + pâte de ciment) devrait améliorer l'état du pieu en pointe.

1.5.2 Bouchon constitué de tournure et de pâte de ciment

Le mode de réalisation est identique ; seule la préparation de la pâte doit être effectuée un peu auparavant, afin que le bouchon soit mis en place juste avant le début de prise.

Le démoulage fait apparaître une pointe de pieu très compacte et très régulière (fig. 13). La partie souple constituée par le piston de tournure est comblée par un coulis très résistant.

Ce type de bouchon est donc celui qui donne les meilleurs résultats.

La deuxième partie des travaux de la station expérimentale a consisté à réaliser des pieux réels de grand diamètre avec ce type de bouchon d'amor­çage. En effet, à l'heure actuelle, la préférence va aux pieux de grand diamètre, car leur section im­portante permet d'en diminuer le nombre. Par con­tre, leur réalisation et leur capacité portante ne

doivent supporter aucun défaut car, du fait de leur espacement, il devient impossible qu'un pieu voi­sin soulage un pieu défecteux.

1.6 REALISATION DE PIEUX DE 600 mm DE DIAMETRE DANS UN MILIEU IMMERGE

Les propriétés des bouchons d'amorçage consti­tués de tournure et de pâte ont été testées sur des pieux de 600 mm de diamètre. Pour mieux juger de l'amélioration des caractéristiques de ceux-ci, un pieu a d'abord été bétonné en diamètre 600 mm, avec la technique traditionnelle "de la pelle".

Matériel utilisé : - tube PVC 0 600mm, de hauteur 2 m ; - béton Pb 9 (volume 450 l, affaissement au

cône = 18 à 20 cm.

1.6.1 Pieu A, exécuté sans bouchon d'amorçage, en milieu immergé

La grande dimension du coffrage permet de couler le béton sans provoquer des oscillations im­portantes du tube plongeur.

Démoulage et observations Le démoulage est effectué environ 40 h après le

bétonnage. On constate que la base du pieu est largement délavée sur une hauteur de 55 cm maxi­mum (fig. 14). L'auscultation dynamique confirme les défauts qui ont été appréciés visuellement (fig. 15).

Figure 13 Vue de la pointe du pieu. Le bouchon a été parfaitement intégré

20

V(m/s)

10 20

Figure 14 Pointe du pieu de 600 mm de diamètre exécuté par la technique de la pelle (pieu A)

Zone de délavage et ségrégation

Tête de pieu laitance

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 L (cm)

----Figure 15 Auscultation dynamique du pieu A au bout de 72 heures-----

21

Il faut atteindre une hauteur de 60 cm pour obtenir une vitesse de propagation d'onde réguliè­re ; ces 60 cm correspondent à la zone du béton d'amorçage, qui a subi le délavage et la ségréga­tion, rendant la pointe du pieu fragile. Cette hau­teur de 60 cm est particulièrement importante, compte tenu du fait que la hauteur d'eau traversée est de 4 m seulement.

1.6.2 Pieu B: utilisation d'un bouchon d'amorçage en milieu immergé

Le mode de mise en oeuvre est pratiquement le même que précédemment. La seule différence a consisté à provoquer un essai de désamorçage très bref à mi-hauteur du pieu.

Démoulage L'effet d'un désamorçage bref du tube plon­

geur est parfaitement clair sur la fig. 16 : le béton est délavé. On observe par contre que la base du pieu présente une qualité médiocre sur seulement 5cm.

--Figure 16 Vue du pieu B après démoulage -

22

Auscultation dynamique à 48 heures D'excellentes vitesses sont atteintes rapide­

ment (fig. 17). Par contre, ces vitesses sont fran­chement mauvaises dans la zone où a été produit le désamorçage ; ceci confirme bien le fait qu'un désamorçage de la colonne de béton lors du béton­nage d'un pieu au tube plongeur risque fort de le rendre quasiment inutilisable. L'augmentation de la vitesse quand on s'approche de la pointe du pieu provient de l'augmentation de la densité avec la profondeur.

Les améliorations des pointes de pieu par l'uti­lisation de bouchons d'amorçage constitués de tournure et de ciment sont indiscutables et sont très bien représentées par la figure 18.

1.7 LES AUTRES TYPES DE BOUCHON D'AMORCAGE

1. 7 .1 Bouchon formé d'un sac de plastique rempli de béton

Ce type de bouchon (fig. 19) a été réalisé lors des essais sur la répartition des couches à la sta­tion expérimentale. Il a donné entière satisfaction, en jouant parfaitement son rôle, qui était de pous­ser l'eau sans l'emprisonner.

1. 7.2 Bouchons en polystyrène fendu

Ils ont été utilisés sur des chantiers. Ils don­nent de bons résultats à condition de bien les dé­couper suivant un cylindre légèrement plus grand que le diamètre du tube plongeur. De plus, ils sont fendus en croix car, en fin de course, ils éclatent en 4 morceaux qui doivent remonter à la surface avec le premier béton. Cependant, il est fréquent que ces morceaux restent inclus dans le béton, et donc provoquent des hétérogénéités.

1.8 CONCLUSION

Les avantages liés à l'utilisation d'un bouchon d'amorçage sont indéniables. Son faible coût et sa mise en place facile, avec un personnel sensibilisé aux problèmes du bétonnage des pieux forés, mili­tent en sa faveur.

La seule difficulté consiste dans le choix du type de bouchon : tournure seule, tournure +pâte, sac plastique, polystyrène ; les autres systèmes (bouchons de papier, de chiffon, première gâchée en béton surdosé) sont à rejeter car ils sont trop aléatoires.

V (m/s)

10 20 30 40 50 60 70 80

Zone de délavage volontaire essai de désamorçage

90 100 110 120 130 L (cm)

--------- Figure 17 Résultats de l'auscultation dynamique-------­du pieu B après 48 heures

Figure 18 Effet favorable du bouchon d'amorçage constitué de tournure et de ciment sur l'état de la pointe des pieux coulés en place

(Pieu A à droite ; pieu B à gauche)

23

Figure 19 Pointe d'un pieu coulé avec un bouchon constitué d'un sac de plastique rempli de béton

On peut conseiller le bouchon de pâte pure + fibres métalliques dans tous les cas et plus parti­culièrement pour les pieux de forte section. Les autres sont à réserver pour les pieux de forte sec-

24

tion ; ils provoquent des hétérogénéités dans le fût, car ils se coincent souvent dans les armatures ou même en pointe du pieu. Tout dépend des défauts que l'on peut admettre dans le fût.

Chapitre 2

LA SEGREGATION DU BETON

2.0 INTRODUCTION

Le béton est un matériau hétérogène. Il existe donc un certain nombre de circonstances dans les­quelles il a tendance à se désagréger.

La ségrégation peut être due : - à la chute libre du béton sur une hauteur trop

grande, - à l'effet de grille latérale des armatures d'une

cage, - à la présence d'un panier à la base de la cage.

La ségrégation peut être aussi facilitée par les caractéristiques intrinsèques du béton, comme par exemple : sa teneur en eau, sa compacité, sa gra­nulométrie continue ou non. C'est pour cette rai­son que les laboratoires des Ponts et Chaussées ont mis au point des formulations de béton, dites QF (qualité fondation), qui permettent de limiter les risques de ségrégation dus au béton par lui­même.

Le béton utilisé pour les essais de ségrégation a été le même que pour l'étude des bouchons d'a­morçage, c'est à dire du béton Pb9, dont la fiche de dosage a été donnée au paragraphe 1.2.

2.1 SEGREGATION DU BETON PAR CHUTE LIBRE

2.1.1 Principe de l'essai

L'essai a pour but d'analyser le comportement du béton de pieu Pb9, soumis à une chute de 9 m (mise en place sans tube plongeur et bétonnage sans présence d'eau - cas des pieux forés à sec).

Il est à remarquer que la mise en place en chute libre du béton n'est autorisée que jusqu'à une profondeur de 6 m, depuis le niveau du sol. L'étude qui a été réalisée va donc permettre de sa­voir si le béton de pieu Pb9 accepte ou non des

hauteurs de chute supérieures à 6 m (9 m en l'oc­currence ici), sans ségrégation notable.

2.1.2 Réalisation de l'essai

Le dispositif expérimental est montré sur la fi­gure 20.

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Figure 20 Dispositif expérimental Au dessus de la coquille métallique de diamètre 900 mm est suspendue une gaîne qui guide le bé­ton provenant de la benne

25

500 litres de béton ont été versés, ce qui don­ne une hauteur de 80 cm dans la coquille métalli­que.

Immédiatement après le coulage, des tubes de 16 cm de diamètre et 1 m de longueur ont été en­foncés dans le béton (figure 21). Ces tubes de pré­lèvement ont été mis en place par des mouvements circulaires, afin de ne pas modifier la disposition des granulats ; on a donc des échantillons non re­maniés.

Toutes les carottes n'ont pas la même destina­tion : la moitié (2,5,6) est destinée aux analyses granulométriques, l'autre (1,3,4) à des essais d'auscultation dynamique à 7 jours d'âge, comme indiqué sur le schéma suivant :

G 00

2 heures 1/2 après le bétonnage, la coquille mé­tallique est enlevée grâce à la grue ; le béton n'ayant pas encore fait prise, il est alors facile de récupérer les carottes (fig. 22).

2.1.3 Analyse granulométrique des carottes 2, 5 et 6

Les carottes 2, 5 et 6 sont tout d'abord divisées chacune en 3 échantillons égaux, notés (1, 2, 3) (fig. 23).

Sur chacun des échantillons, on effectue une décomposition par voie humide, puis une analyse granulométrique.

Deux granulométries témoins ont été réalisées au préalable, sur du béton prélevé à la sortie de la bétonnière, afin d'avoir une référence.

Les courbes 1, Il, III (figures 24 a, b et c) corres­pondent respectivement aux carottes 5, 6, 2. Pour chaque carotte, on a 3 courbes correspondant aux 3 niveaux de l'éprouvette.

2.1.4 Commentaires sur les courbes

a) courbes 1

Les 3 courbes sont parallèles et très rappro­chées ; les quantités de fines par rapport au béton témoin sont pratiquement identiques.

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-----Figure 21 Répartition des carottes dans le tube-----

26

--------Figure 22 Extraction des carottes--------

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-----Figure 23 Démoulage et division des carottes ------

27

SABLES -- GRAVILLONS --

100 Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros

90

80

1-

~ b , 2 3

70

Béton de pieu témoin Pb9 ~ ,.....

Echantillon a et b - - - - ,0

60 ~~ V

~ !?.... .l!l 50 Cil

"' .E Cil f- 40

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~ -- -~ ~ -~ :...--~ ,_,.,-~ ::---

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10

0

Modules 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Tamis 0,08 0, 1 0, 125 0, 16 0,2 0,25 0,315 0,4 0,5 0,63 0,8 (mm)

1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20

--------Figure 24 a Courbes granulométriques des échantillons de la carotte 1-------

SABLES -- GRAVILLONS --

100 Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros

90

80

70

2-

~ 1 b. ~ 3 ·î

Béton de pieu témoin Pb9

~ ~ F\ Echantillon a et b . - - - a

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30

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10

0

Modules 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Tamis 0,08 O, 1 O, 125 0, 16 0,2 0,25 0,315 0,4 0,5 0,63 0,8 (mm)

1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20

--------Figure 24 b Courbes granulométriques des échantillons de la carotte 11------

28

SABLES -- GRAVILLONS --

Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros 100

90 1

b/_j ~ 2 3 80

Béton de pieu témoin Pb9

V '/ , ~

Echantillon a et b . - - - ~ i' a 70

~ ~ / ~ 60 1,....---"" 4 V ,..,....,... v Y//

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==---10

0

Modules 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Tamis 0,08 0,1 0,125 0,16 0,2 0,250,315 0,4 0,5 0,63 0,8 (mm)

1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20

--------Figure 24.c Courbes granulométriques des échantillons de la carotte III-------

b) courbes II

Le niveau numéro 2 est plus ou moins régu­lier ; il y a eu une légère diminution de fines, ce­pendant trop faible pour être significative.

c) courbes III

Les courbes restent dans le fuseau de celles du béton témoin. On remarque une augmentation des fines et une diminution des gravillons dans le niveau inférieur n°l ; ces variations sont d'ailleurs dans le sens inverse de ce qu'aurait donné une sé­grégation.

2.1.5 Auscultation dynamique

Les résultats des mesures d'auscultation dy­namique à 7 jours sont représentés sur la fig. 25. Ils ne permettent pas de déceler d'hétérogénéités très marquées.

2.1.6 Conclusion

Il a été impossible de mettre en évidence une ségrégation du béton Pb9 par chute libre d'une hauteur de 9 mètres ; celui-ci a parfaitement "en­caissé" la mise en place directe sans tube plon-

geur. Il faudrait envisager des hauteurs de chute plus importantes, vraisemblablement de l'ordre de 12 à 15 mètres, pour faire apparaître une ségréga­tion notable.

2.2 SEGREGATION PAR EFFET DE GRILLE

2.2.1 Principe de l'essai

Cet essai doit permettre de démontrer le rôle de "grille" joué par les armatures d'un pieu lors du bétonnage de celui-ci. Cet effet de grille faciliterait la ségrégation du béton, en retenant sur les arma­tures des particules de sable et de ciment, tout en laissant traverser les granulats. Ce phénomène provoque donc un déficit de fines en fond de fora­ge.

Pour réaliser cet essai, on a placé une armature préfabriquée, de 4 m de longueur environ et de 40 cm de diamètre, dans un assemblage de 4 coquilles métalliques de 50 cm de diamètre. L'armature a été calée soigneusement, afin d'éviter tout risque de déformation (fig. 26).

2.2.2 Manipulation

Seulement 220 litres de béton ont été préparés ; ceci permet d'obtenir une hauteur d'environ 1 m

29

V (mis)

Carotte N° 1

4000

3

2

2 3

3500 L_~-'----'---'---'------'----'----'-----'----'----'-~-'-----'----'----'---~-~-4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 L(cm)

V (mis)

Carotte N° 3

4000

3

2

2 3

3500 ~~-'--~'-------'--'---'---"----'----'----'---'-----~-'----'--~--'------jl--4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 L (cm)

V (m/s)

Carotte N° 4

4000

3

2

2 3

3500 ~--'-~~'----'--'-----'-----'---'----'-----'-----'----'-----'-----'-----'------jl-4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 L (cm)

---------Figure 25 Résultats des essais d'auscultation dynamique--------

30

Figure 26 Mise en place des coquilles autour de la cage d'armature

dans le fond du pieu (fig. 27). Cette hauteur est suffisante pour le carottage prévu, qui sera d'ail­leurs réalisé à l'aide de tubes PVC, comme dans les essais précédents (voir paragraphe 2.1.2).

----Figure 27 Schéma de bétonnage---

2.2.3 Prélèvement et analyse des carottes

Les coquilles sont démontées à l'aide de la grue. 2 carottes sont prélevées au centre de la masse de béton (fig. 28).

Chaque carotte est divisée en 3 niveaux sur lesquels on effectue une analyse granulométri­que par voie humide (fig. 29).

Armature

coq,me -Ti •

- Figure 28 Position des carottes de contrôle-

2.2.4 Commentaires sur les courbes

a) carotte n '1

Le niveau inférieur est pauvre en éléments fins ; il y a donc bien eu ségrégation.

b) carotte n '2

Les tronçons 2 et 3 sont seuls exploitables ; en effet, une erreur de pesée, lors des manipulations, incite à la prudence.

2.2.5 Conclusion

Il apparaît donc bien qu'il y ait un phénomène de ségrégation par effet de grille lors du bétonnage de pieux, par jets directs, depuis la surface.

Il serait souhaitable de réaliser quelques expé­riences supplémentaires en faisant varier la hau­teur de chute et la densité du ferraillage, ceci afin d'obtenir des résultats plus significatifs.

La figure 30 montre que les armatures ont ar­rêté de la pâte de ciment et des granulats.

31

SABLES -- GRAVILLONS --

100 Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros

90

80 ~/ V/ ..

1

70

Béton de pieu témoin Pb9 . .

~; Echantillon a et b - - - -. a

' ·7

60 /

/'

~ JI' / ./

~ ~

~ 50 (/J .Ë

"' t- 40

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30

- ..... - -- ..... ,,,,,.,, ~ V - - - - -- - - ~ a -- -- - - - -- ............ -- ~ --- -- - - _... __..

20

-- - - ,.........,... - - V - -- b - --- V - - -

10

-- i---,,... ~

i---- ----~ -- -------~ 0

Modules 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Tamis 0,08 0, 1 0, 125 0, 16 0,2 0,25 0,315 0,4 0,5 0,63 0,8 (mm)

1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20

------Figure 29 Courbes granulométriques (étude de la ségrégation par effet de grille)-----

32

---------Figure 30--------

2.3 SEGREGATION PAR LE PANIER

On appelle "panier" la partie inférieure d'une cage d'armature, que les entreprises ont l'habitude de réaliser en retournant les barres longitudinales vers le centre de la section du pieu (fig. 31).

L'usage du panier permet, lorsque la cage ne peut être suspendue (absence de virole), d'éviter que les armatures poinçonnent le fond de forage. On pensait aussi que le panier, chargé par le bé­ton, servait de lest et s'opposait à la remontée de la cage sous l'effet de la poussée du béton frais.

Les diverses constatations sur chantiers ont montré qu'il présentait plus d'inconvénients que d'avantages ; en effet, le panier empêche le tube plongeur de toucher le fond au moment de l'amor­çage et se comporte comme une grille, en favori­sant la ségrégation et le délavage du béton frais, en présence d'eau.

Le laboratoire régional de Bordeaux a donc, dans le cadre des recherches sur la ségrégation, décidé d'étudier le phénomène de grille produit par le panier.

2.3.1 Réalisation de l'essai

La cage d'armature est formée de 9 0 8 longitu­dinaux et de 0 6 enroulés en hélice comme aciers transversaux (diamètre 40 cm, hauteur 2 m).

---------Figure 31 Cages d'armature---------

33

Les aciers longitudinaux sont repliés en forme de panier, tout en ménageant un orifice central, permettant le passage du tube plongeur de diamè­tre 0 16 (fig. 32).

Figure 32 Schéma du fond de la cage d'armature

La cage d'armature est placée dans un coffra­ge métallique de 50 cm de diamètre. Cette cage est centrée soigneusement ; de plus, elle est suspen­due de manière à se trouver à environ 20 cm du fond de l'éprouvette. Elle est fixée en tête afin de prévenir une éventuelle remontée.

220 litres de béton Pb 9 sont coulés à l'aide du tube plongeur ; celui-ci, haut de 5 m, est placé à environ 20 cm au-dessus du panier d'armature. Cette configuration a été adoptée volontairement, afin de provoquer un effet de grille et de chute li­bre du béton (fig.33).

Le fait que le tube plongeur se trouve au­dessus du panier est un défaut fréquent sur les chantiers. La cavité centrale du panier étant cal­culée trop juste, ou déformée, il arrive fréquem­ment que le tube plongeur ne puisse pas descendre en fond de forage.

La configuration du dispositif expérimental est représentée sur la figure 34.

2.3.2 Analyse granulométrique

Un carottage est effectué dans la zone centra­le et à travers le panier (fig. 35).

Le carottage obtenu a une hauteur de 1 m en­viron, sur une section de 16 cm. La carotte est di­visée en 3 niveaux, qui subissent chacun une dé­composition du béton frais par voie humide, puis une analyse granulométrique.

34

-- Figure 33 Dispositif expérimental ---

Armature

Tube plongeur

20

20

200

50

- Figure 34 Schéma du dispositif expérimental-

2.3.3 Commentaires sur les courbes et conclusion

Les résultats de l'analyse granulométrique sont rassemblés sur la figure 36.

La partie inférieure des carottes contient prati­quement la même quantité de fines que le béton témoin. Il n'y a donc pas eu de ségrégation sensi­ble due à la présence du panier.

Des constatations intéressantes pourraient sû­rement être obtenues en augmentant la densité du ferraillage et en réalisant le bétonnage sous l'eau et non plus à sec.

-- Figure 35 Prélèvement de l'échantillon--

SABLES -- GRAVILLONS --

Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros 100

90 ,

b . / 1 ./' /Î 2

Béton de pieu témoin Pb9 / / .< ~ 3

Echantillon a et b . - - -/ ' #

80

70

; ~ / ·% 60

~ ~ /

-- ~ -----~ '? / ---~ ............ -- -~ - ---

~ e.... ~ 50 UJ .Ë

~ 40 -- - -~ t:::=-............ - - - .... - - - -~ ,.... -- .... - ---- 1-- - -- i....----~ ............ - -. -30 -- -- t:::== - - ......... C- ::::::: --- ::::: i....-----~ ::::::: -- f-- ...... _-_;;; - i....--

20

~ ~ -----:..------:..---i---

10

0

Modules 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Tamis 0,08 0,1 0,125 0,16 0,2 0,25 0,315 0,4 0,5 0,63 0,8 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20 (mm)

Figure 36 Courbes granulométriques (analyse de la ségrégation)-·

35

Chapitre 3

REPARTITION DES COUCHES DE BETON DANS UN PIEU FORE

3.1 BUT DE L'ESSAI ET MONTAGE EXPERIMENTAL

L'étude de la répartition des couches de béton dans un pieu foré a été programmée, notamment, afin de regarder comment se répartit réellement dans le pieu le premier béton. En effet, il est cou­ramment admis par les gens de chantier que, d'u­ne part, l'effet de chasse provoque, tout en curant le fond du forage, la remontée immédiate du pre­mier béton et que, d'autre part, du fait de la conti­nuité du bétonnage, ce premier béton remonte to­talement à la surface du pieu.

En fait, quelques expériences antérieures, ef­fectuées avec un mini béton 0-8, avaient montré que de telles affirmations étaient infirmées par l'expérience et que le premier béton, restant no­tamment à la périphérie du fût du pieu, prenait "ipso facto" une importance toute particulière dans la résistance du pieu et vraisemblablement dans la protection des armatures.

Afin de se rapprocher le plus possible de cas réels, il a été décidé d'employer des dimensions d'éprouvettes relativement grandes : 0 50 cm et h=4m.

Le bétonnage a été réalisé à sec dans un pieu sans armature, avec un tube plongeur de 16 cm de diamètre, en utilisant à chaque fois un bouchon d'amorçage.

Enfin, dans le but de visualiser l'importance de l'effet de chasse, une quantité de limon a été placée en fond de pieu, juste avant le bétonnage.

3.2 ESSAIS PRELIMINAIRES

3.2.1 Principe

Pour bien séparer les couches, il a été décidé de les colorer avec des teintes différentes.

Etant donné qu'il faut environ 800 litres de bé­ton pour remplir l'éprouvette, 4 gâchées de 220 li­tres chacune ont été réalisées.

La première gâchée a été colorée en blanc par le remplacement du CP AL 325 du béton de pieu Pb 9 par du CPA 400 blanc ; la deuxième gâchée a été colorée en vert par coloration du CPAL 325, la troisième en noir par ajout de noir de fumée, la quatrième en gris, c'est à dire sans colorant (cou­leur normale du béton).

Le tube plongeur a été remonté de 50 cm pen­dant le bétonnage.

3.2.2 Démoulage et constatations

Le pieu a été fendu transversalement en 4 tron­çons de 1 m environ (fig. 37 à 39). Sur la section de ces tronçons, on se rend immédiatement compte que le colorant vert n'a pas rempli son rôle. D'au­tre part, le tube plongeur n'était pas correctement centré. Le limon qui était placé en pointe n'est pas du tout remonté avec le premier béton.

Les 4 tronçons ont été ensuite découpés longi­tudinalement suivant la génératrice principale (fi­gures 40 et 41).

3.2.5 Conclusion

Les coupes longitudinales sont intéressantes ; elles montrent bien que le premier béton ne re­monte pas entièrement jusqu'à la tête du pieu, mais qu'au contraire il se plaque sur les parois. Les couches se mettent les unes sur les autres en pointe comme le montrent les figures 40d et 41d.

Etant donné qu'il est assez difficile de séparer visuellement les bétons n'2 et n'4, il a été décidé de procéder à un nouvel essai, en colorant la deuxième gâchée en marron par ajouts de cendres volantes.

37

3.3 ESSAI N°2

Les 4 gâchées (blanche, marron, noire, grise) sont coulées successivement au tube plongeur, de façon à voir l'incidence de la remontée du tube plongeur sur la disposition des couches, notam­ment celle du premier béton. Le tube plongeur a été remonté jusqu'à la troisième gâchée de 10 cm à 70 cm (10 - 40 - 70 cm) ; il est placé à 1 m du fond pour la quatrième gâchée.

Démoulage et découpage

Le pieu est démoulé environ 25 heures après fabrication. Il est découpé longitudinalement au marteau piqueur. Une fois la surface nettoyée, le dessin des couches et leur contraste apparaissent nettement, comme on le voit sur la figure 42.

3.4 CONCLUSION

Les deux essais effectués ont permis d'obtenir des résultats intéressants et nouveaux quant à la répartition des couches, d'autant qu'ils s'avèrent très différents de ce qui est admis généralement.

La coupe en pointe (fig. 43) montre que le pre­mier béton ne remonte pas dans sa totalité ; il res-

38

te plaqué dans les angles de la base du pieu et con­fère à celui-ci une forme en cuvette, par où circule le béton.

Cette situation implique que sa qualité doit être la meilleure possible (principalement, sans ségrégation). Dans la plupart des cas, ce résultat peut être obtenu, en utilisant un béton spéciale­ment conçu pour les pieux et un bouchon d'amor­çage.

Par ailleurs, on voit que l'effet de chasse est re­lativement limité, mais il faut reconnaître que nous avons travaillé avec des hauteurs de chute de béton relativement peu élevées.

Les diverses figures représentant les coupes transversales du fût montrent toujours le premier béton le long de la paroi. Celui-ci reste donc à la périphérie du pieu, les autres couches se superpo­sant sur le premier béton concentriquement entre la paroi du pieu et le tube plongeur.

On voit donc toute l'importance que présente le premier béton, notamment lorsqu'il y a présence de cages d'armatures, puisque c'est lui qui garan­tit en quelque sorte la pérennité du pieu bétonné.

Figure 37 Vue d'ensemble du pieu On remarque que le limon est resté en pointe

Figure 38 Vue des coupes transversales des quatre tronçons (Vues prises dans le sens de la pointe vers la tête du pieu)

3m

2m

1m

Têt e

Figure 39 a,b,c Coupes transversales du pieu

Poin te

39

40

Figure 40 a,b,c,d Coupes longitudinales du pieu

Tête

a

3,50m

b

2m

c

1m

d

Pointe

Figure 41 a,b,c,d Coupes longitudinales du pieu

a

b

c

d

Tête

Figure 42 Vue d'ensemble de la coupe longitudinale du pieu n'2 L'autre moitié a été fractionnée

pour une étude plus précise

1er béton Figure 43

Coupe de la pointe du pieu

41

Figure 44 Aspect général du pieu

Figure 45 Vue de la pointe du pieu

Figure 46 Vue de la tête du pieu

42

Chapitre 4

ETUDE DU CONTACT BETON-SOL EN POINTE

4.1 INTRODUCTION

Un bon contact béton-sol en pointe est néces­saire pour obtenir une excellente force portante d'un pieu.

Le DTU 13-2 et le fascicule 68 du CCTG "Exé­cution de travaux de fondations et d'ouvrage, à l'article 38", prescrivent un curage du fond de fora­ge juste avant le bétonnage et après la mise en place des armatures.

Le curage consiste en l'élimination de tous les déblais qui risqueraient de s'interposer entre le béton et le sol.

Le nettoyage après mise en place des armatu­res est dans la majorité des cas impossible (sauf à l'émulseur, à la pompe ou en circulation inverse, dans le cas des pieux forés sous boue bentoniti­que), notamment à la soupape et ceci ne serait-ce que par la présence du panier, ce qui suggère du reste l'élimination de ce dernier.

Sur la majorité des chantiers, le curage du fond de trou se résume à espérer que l'effet de chasse du béton sera suffisant pour nettoyer la partie inférieure du forage.

Les essais sur la répartition des couches (chapitre 3, paragraphe 3.3.2) ont montré que le limon, placé au fond de l'éprouvette, ne remontait pas en tête, chassé par le premier béton ; aussi, il a été décidé de réaliser des essais spécifiques sur le contact béton-sol en pointe.

4.2 DISPOSITIF EXPERIMENTAL

Le montage expérimental a été le même que pour l'étude de la répartition des couches.

Le béton est toujours du Pb 9 ; il est coulé en utilisant un bouchon d'amorçage constitué de tour­nure et de pâte de ciment. 10 cm de limon liquide

sont déposés au fond de l'éprouvette et le bétonna­ge est réalisé à sec.

4.3 EFFET DE CHASSE AVEC UN FOND DEPIBUPLAT

L'essai consiste à rechercher la hauteur maxi­male de remontée du limon déposé en fond d'é­prouvette.

Le bétonnage a été réalisé de façon excellente, en utilisant un bouchon d'amorçage, et en évitant de remonter trop vite le tube plongeur.

4.3.1 ltésultats

La figure 44 montre la hauteur maximale qu'a atteint le limon ; une inclusion relativement im­portante s'est produite à 3 m environ. La remontée s'est faite préférentiellement sur un côté.

L'examen de la pointe du pieu nous montre qu'une grande quantité de limon y est restée (fig. 45).

La remontée du limon n'a pas été plus haute que 3 m et on n'en retrouve même pas en tête du pieu (fig. 46).

4.3.2 CONCLUSION

Le premier enseignement que l'on peut tirer de cet essai est que, pour une section de pieu de 50 cm, le phénomène de chasse est inexistant. Le li­mon restant en fond de pieu a une action néfaste, ainsi que les agglomérats le long du fût. En effet, des inclusions risquent de provoquer des défauts d'enrobage des armatures.

L'effet de chasse étant très réduit avec un fond de pieu plat, les essais ont été repris avec un fond de pieu conique, cete géométrie devant à première vue faciliter la chasse du béton.

43

4.4 EFFET DE CHASSE AVEC UN FOND DE PIEU INCURVE

4.4.1 Réalisation d'un pieu de 0 90 : essai n"l à sec

Pour obtenir un fond de pieu incurvé prati­quement conique, on a réalisé un moule en béton enduit de plâtre peint pour éviter l'adhérence du béton (fig. 4 7).

La première gâchée de béton a été colorée en noir. Un bouchon d'amorçage mixte (pâte pure + tournure) a été utilisé.

Le démoulage a été effectué 48 heures après le coulage (fig. 48).

La première couche de béton n'est remontée ni extérieurement ni intérieurement, comme le montre la figure 49.

Le nettoyage de la pointe fait apparaître une inclusion périphérique avec, par endroit, des ex­croissances.

4.4.2 Réalisation d'un pieu 0 90 : essai n °2 à sec

Les résultats de l'essai précédent peu­vent être mis en cause du fait de l'excentrement du tube plongeur.

Un dispositif de centrage a donc été utilisé (fig. 52).

D'autre part, le limon a été rendu plus vis­queux par ajout de boue bentonitique.

A part ces modifications, le pieu a été réalisé dans les mêmes conditions que précédemment, c'est-à-dire un pieu de 90 cm de diamètre sur une hauteur de 2 m, avec un fond incurvé.

Le démoulage fait apparaître des remontées de limon jusqu'à 1,20 m.

La remontée du béton est générale, sur tout le tour du pieu, avec des hauteurs comprises entre 0,80 et 1 m (fig. 53).

On constate qu'il y a du limon sur la tête du pieu (couleur ocre) (fig. 54). Ce limon est apparu lorsque le tube plongeur a été retiré à la fin du bé­tonnage.

La pointe, après grattage et nettoyage, est

44

dans un état satisfaisant (fig. 55) ; on peut en dé­duire que seul un minimum de limon s'est fixé en fond de pieu.

Le bouchon d'amorçage est lui aussi remonté avec le béton, comme le montre la figure 56.

48 heures après le bétonnage, le pieu a été cou­pé en deux (fig. 57).

Comme sur les 6 gâchées coulées, les deux pre­mières ont été colorées en noir et les deux derniè­res en gris foncé ; on peut donc se rendre compte de la répartition des couches. On s'aperçoit que le premier béton remonte le long du moule et entraî­ne le limon ; il forme donc une première couche pé­riphérique. Le deuxième béton, quant à lui, re­monte à la tête du pieu, chassé par le troisième bé­ton ; cependant, le deuxième béton n'a pas chassé complètement le premier béton.

4.4.3 Réalisation d'un pieu 0 50 : essai à sec

Les essais précédents ont montré que l'effet de chasse avec des pieux de 90 cm de diamètre était limité. Un pieu de diamètre 50 cm a été bétonné, afin de se rendre compte si l'effet de chasse était modifié en fonction du diamètre.

Le fond de pieu incurvé a reçu une couche de limon, formant un amalgame qui se désagrège fa­cilement au fond (fig. 58).

Le bétonnage a été conduit de façon classique, en utilisant un bouchon d'amorçage en limaille + pâte de ciment.

Le démoulage fait apparaître une pointe de pieu, en assez mauvais état (fig. 59). La pointe est constituée d'un agglomérat de limon et de béton.

Sur le fût, on peut suivre une remontée de li­mon importante, jusqu'à 1 m (fig. 60.a). Il y a même une traînée de limon jusqu'à une hauteur de 2,50 à 3 m (fig. 60.b).

La tête du pieu, par contre, ne présente pas de traces de limon, comme le montre la figure 60.c.

Le nettoyage du pieu montre qu'aucune inclu­sion importante ne s'est produite (fig. 61) ; la cou­che de limon est restée en surface sur toute la hau­teur du pieu.

Le découpage longitudinal du pieu (fig. 62) fait apparaître une répartition classique en pointe (voir chapitre 3).

Figure 48 Le limon n'est remonté que de 30 cm environ

Figure 50 Vue de la pointe du pieu avant nettoyage

Figure 4 7 Vue du moule qui a été déposé en fond de coffrage métallique

Figure 49 Tête du pieu : absence de limon et de béton noir. On peut remarquer

que le tube plongeur n'était pas suffisamment centré

Figure 51 Vue d'une inclusion On aperçoit~ à droite de la photo,

le boucnon d'amorçage

45

46

Figure 52 Système de centrage du tube plongeur

Figure 53 Vue de la base du pieu

Figure 55 Pointe du pieu après nettoyage

Figure 54 Vue de la t.ête du pieu

Figure 56 Position du bouchon d'amorçage dans le pieu

Figure 57 Vue du pieu coupé en deux

Figure 58 Vue du fond du pieu Figure 59 Pointe du pieu

a

Figure 60 Différentes vues du pieu

c

Figure 61 Pointe du pieu nettoyée On peut remarquer de légères inclusions

Figure 62 Coupe longitudinale du pieu

47

48

Figure 69 Coupe longitudinale

de la barrette

Figure 68 Le premier béton est chassé de part et d'autre du tube plongeur

pour se loger dans la partie inférieure de la barrette

4.5 CONCLUSION

L'ensemble des essais réalisés nous permet donc d'affirmer que l'effet de chasse, sur un fond de pieu plat ou incurvé, est insuffisant pour assu­rer un nettoyage correct du fond de trou et une remontée totale des sédiments.

En effet, même si la chasse en pointe est ré­alisée plus ou moins convenablement, grâce à une hauteur de chute importante du béton et à un fai­ble diamètre du pieu, il se produit quand même un dépôt de sédiments, de limons, etc., à la périphérie du fût, ce qui provoque des défauts dans l'enroba-

ge de la cage d'armature, lorsqu'il y en a une. Celle-ci ne remplit donc plus son rôle dans la résis­tance à la compression du pieu.

Ainsi que l'indique le document sur les règles de l'art, seuls les procédés utilisant un émulseur ou le principe de la circulation inverse permettent d'éliminer efficacement les sédiments déposés au fond, et en suspension dans le forage. Ce nettoyage ne doit être interrompu qu'à l'instant précis du bé­tonnage, celui-ci étant réalisé avec un tube plon­geur parfaitement centré, dans lequel on place un bouchon d'amorçage, constitué de tournure métal­lique et de pâte de ciment.

49

Chapitre 5

LES BARRETTES

5.1 INTRODUCTION

Les barrettes sont des éléments de parois moulées dans le sol. Elles sont utilisées comme éléments porteurs. Leur largeur varie de 0,60 à 1 m, et leur longueur de 2 à 6 m. Ces éléments peuvent avoir différentes configurations pour s'a­dapter à la géométrie des ouvrages qu'ils suppor­tent.

Alors que les pieux sont généralement "cylin­driques de révolution", les barrettes ont une géo­métrie à une direction prépondérante ; on a voulu voir si la répartition des couches de béton et l'effet de chasse étaient les mêmes que pour un pieu.

Pour réaliser ces essais, on a construit une barrette expérimentale dont les dimensions sont les suivantes (figure 63) :

- hauteur 1 m, - longueur 1,50 m, - largeur 0,50 m.

Le montage expérimental est le même que pour les pieux (fig. 64).

8 50

100

150

--- Figure 63 Dimensions de la barrette --

--- Figure 64 Dispositif expérimental ---

5.2 ETUDE DE LA REPARTITION DES COUCHES

5.2.1 Essai n'l

La barrette est coulée au tube plongeur avec bouchon d'amorçage constitué de tournure et de pâte de ciment, comme pour les pieux (Bétonnage à sec).

51

Pour différencier les couches, les gâchées ont été colorées de façons différentes :

- 2 gâchées non colorées, soit 400 à 450 litres, - 1 gâchée noire, soit 220 litres, - 2 gâchées non colorées, soit 400 à 450 litres.

Au démoulage, on s'aperçoit que le deuxième béton s'est localisé au centre de la barrette, comme le montre la figure 65.

L'effet de chasse dans une barrette semble être beaucoup moins puissant que dans un pieu. Les angles recellent de grosses quantités de pre­mier béton. Ceci est dû à l'asymétrie de la barrette (les distances au tube plongeur central ne sont pas constantes pour tous les points de la barrette ).

La remontée du béton dans la barrette s'est faite suivant des directions préférentielles. L'exa­men détaillé de la face latérale nous permet de vi­sualiser les lignes de courant (fig. 66).

La barrette a été ensuite découpée longitudi­nalement (fig. 67).

Cet essai n' 1 a permis de mettre en évidence la façon générale dont se mettent en place les cou­ches. Cependant, pour affiner les hypothèses, on a procédé à un deuxième essai en essayant de mieux

distinguer les couches, en les colorant plus inten­sément et en augmentant leur nombre.

5.2.2 Essai n °2

Huit gâchées ont été préparées - 2 en blanc, - 2 en rouge, - 2 en jaune, - 2 en noir.

Au démoulage (fig. 68), on constate que la sur­face externe est largement formée par du béton blanc. L'effet de chasse du premier béton n'a été réalisé qu'au centre de la barrette.

Le résultat le plus intéressant de l'essai n'2 a été obtenu par le découpage longitudinal de la bar­rette (fig. 69). On a ainsi confirmation des hypo­thèses sur la répartition des couches.

Les couches se mettent en place autour du tube plongeur suivant un double mouvement. Elles se poussent les unes après les autres suivant deux directions : en remontant et vers l'extérieur. Ce phénomène s'accentue lorsque la longueur de la barrette croît. C'est pourquoi on préconise un bé­tonnage avec deux tubes plongeurs pour les gros­ses barrettes.

------Figure 65 Vue extérieure de la barrette-------

52

Figure 66 Lignes de courant démontrant que les couches de béton ont tendance à se superposer

Figure 67 Les couches se mettent en place en repoussant les couches précédentes vers l'extérieur

Figure 68 et Figure 69 (voir page 48)

53

5.3 L'EFFET DE VAGUE

5.3.1 Principe

L'effet de vague produit l'emprisonnement de poches de boue dans le béton. Cet effet se produi­rait de façon plus fréquente dans les caissons de grand diamètre ou les barrettes.

L'effet de vague résulte de la combinaison de deux facteurs :

- la descente trop rapide du béton dans le tube plongeur,

- le mouvement ascendant du tube plongeur, qui est trop irrégulier et a une vitesse trop grande.

La rigidification relative du béton coulé est détruite à la périphérie immédiate du tube plon­geur dès les premiers mouvements de va-et-vient et, dans la mesure où la hauteur de bétonnage est élevée, il peut se produire une arrivée brutale du béton frais sous la forme d'une "éruption volcani­que" emprisonnant le magma situé dans la partie supérieure pour former dès lors un défaut impor­tant (fig. 70 et 71).

5.3.2 Manipulation

Un premier essai a consisté à bétonner à sec 4 gâchées de béton, soit 900 litres, ce qui donne une hauteur de 90 cm dans le moule ; le bétonnage est

Béton fluidifié Béton rigidifié

-Figure 70 Schématisation de l'effet de vague-

interrompu pour recouvrir le béton d'environ 10 cm de boue, formée par un mélange de limon et de boue Revert ; le bétonnage est alors repris, mais avec un béton beaucoup plus liquide, ce qui a im­pliqué des mouvements de va-et-vient du tube plongeur pour en faciliter la descente.

Figure 71 Défaut créé par effet de vague (constatations faites sur chantier après élimination de la boue)

54

Après démoulage, le nettoyage de la barrette n'a fait apparaître aucune inclusion (fig. 72).

Cet essai n'a pas eu le résultat escompté, en partie par le fait que les premières gâchées de bé­ton n'étaient pas assez rigidifiées. Il a donc été dé­cidé de le refaire, avec quelques modifications.

Dans le deuxième cas, le premier béton a été coulé directement à la benne dans le moule ; ainsi, il a été possible de réaliser un béton beaucoup plus dur. Sur ce béton ont été placés 10 à 15 cm de boue, puis quatre gâchées de béton ont été coulées au tube plongeur. Les deux premières étaient colo­rées en marron, les deux suivantes en rouge.

Après démoulage, le nettoyage montre des in­clusions plus importantes que dans l'essai n°l (fig. 73 et 74) ; cependant, tout le limon n'a pas été em­prisonné. Le découpage longitudinal a permis d'a­voir une coupe passant par les inclusions (fig. 75) ; on remarque qu'il y a eu une amorce de vague.

5.3.3 Conclusion

Cet essai n'a pas eu le résultat souhaité ; cer­tes, il y a eu des inclusions de boue mais celles-ci ont été faibles par rapport à ce qui est remonté en tête. D'autre part, ces inclusions n'ont pas été com­plètes, le béton ne se refermant pas sur lui-même, emprisonnant la boue, comme cela a été constaté fréquemment sur des chantiers.

Un emprisonnement total de la boue suppose une remontée très rapide du béton le long du tube plongeur. Or, pour que le béton remonte très vite, il faut une colonne de béton, c'est-à-dire un tube plongeur très haut. Le tube plongeur, pour ces es­sais, n'ayant une hauteur que de 4,50 m, cela a été insuffisant pour donner au béton une vitesse de remontée importante (des hauteurs de 15 m et plus de tube plongeur sont fréquentes sur chan~ tiers). Ces essais devraient donc être repris, avec un tube plongeur beaucoup plus haut.

-----------Figure 72 Essai n°l-----------

55

56

Figure 73 Vue de la barrette après nettoyage Une grande partie de limon est remontée en tête

La boue a formé deux inclusions de chaque côté de la barrette

Figure 74 Détail d'une inclusion Sa profondeur est de l'ordre de 20 à 30 cm

Figure 75 L'inclusion communique avec l'extérieur On a donc seulement une ébauche de l'effet de vague

57

Chapitre 6

DELAVAGE LATERAL

8.1 INTRODUCTION

Le délavage latéral d'un pieu se manifeste par la séparation des éléments fins du béton et en par­ticulier du ciment. Ce phénomène provoque une diminution considérable de la résistance mécani­que. La protection du béton contre les arrivées d'eau, en particulier dans les terrains karstiques, se fait en plaçant autour du pieu, avant le béton­nage, "une gaine ou une chemise". Le béton de pieu, par sa formulation particulière, possède par lui-même une certaine résistance au délavage ; ce­pendant, on ne connaît les seuils de vitesse de cou­rant en dessous desquels il n'y a pas de délavage. C'est la raison pour laquelle on gaine systémati­quement les pieux, dès qu'il y a des arrivées d'eau. Une échelle des vitesses de courant, produisant ou non un délavage sur les différents types de bétons de qualité fondation, serait intéressante car, alors, on réserverait la coûteuse opération de gainage et chemisage aux cas où la vitesse de courant est trop élevée ou pour les eaux trop agressives chimique­ment.

En effet, lors de la réalisation d'un pieu, il est très facile de mesurer la vitesse d'un courant grâce à un micromoulinet et d'analyser chimiquement l'eau.

6.2 CHOIX DU DISPOSITIF ET DETERMI­NATION DES PARAMETRES (Pression, débit, etc.)

6.2.1 Construction du modèle expérimental

Une boîte expérimentale a été conçue afin de recréer le milieu naturel (fig. 76).

La taille suffisamment grande de la boîte et la conception du collecteur d'alimentation empêchent la formation de filets de courant qui auraient des actions ponctuelles sur le pieu.

C'est le sol perméable qui permet une réparti­tion homogène des filets de courant.

1

1 Collecteur de sortie 1

Gaine PVC

0400 1 Collecteur d'alimenftion

tw1wœ1111 f I!:i~ii@l 1 ~'"

40 J 53 > 53 < )Il c:

Figure 76 Principe de la boîte de délavage

La boîte a été construite en PVC collé. Elle est montrée sur les figures 77 à 79.

6.2.2 Détermination des paramètres physiques

Le schéma du dispositif retenu est représenté sur la figure 80.

La vitesse de l'eau dans la boîte au niveau du pieu étant fixée à 15 cm/s, il nous faut déterminer la hauteur manométrique de la pompe nécessaire.

81 = 80 cm2 soit 80.10-4 m2 (0 10 cm) V 1 = --J 2 gh = 4,43 --./ h

Le débit q vaut donc

q = 81V1 = 4,43 X 80.104 X --./h = 3,54.10·2 --./h

59

______ Figure 77 Intérieur de la boîte de délavage ------

-----Figure 78 Coffrage du pieu ___ _ --Figure 79 La boîte entièrement assemblée __

60

h

51 V1 P1

Boîte Pieu

1 1 1

V2~ 52 1

P2 1

Sortie

--------Figure 80 Schéma du dispositif expérimental--------

V 2 est fixée à 15 cm/s.

La surface 82 étant de 0,60 m2 environ, on peut en déduire le débit nécessaire, qui est égal à :

q = 0,15 x 0,60 = 0,09 m3/s

soit

q= 324 m 3/h.

La loi de conservation des débits nous permet donc de trouver h (en négligeant les pertes de charge):

3,54.10-2 .../h = 0,09 m3/s .../h = 2,54 h = 6,46 m V1 =11 mis

Le débit nécessaire étant très important (il est de 5,4 m3/min), il a été décidé de prendre un débit plus faible, soit 32 m3/h, ce qui donne une vi­tesse de délavage de 1,5 cm/s soit le dixième de ce qui avait été retenu au départ.

Cependant, la réalisation et le démoulage du pieu n'ont pas donné le résultat souhaité (fig. 81).

6.3 CAUSES DE L'ECHEC ET PERSPECTIVES

L'échec est dû à 2 causes: - d'une part le massif granulaire n'était pas

Figure 81 Aucune trace de délavage ne peut être remarquée sur le pieu

61

suffisamment perméable (une vérification au per­méamètre à charge constante a donné une perméa­bilité de 4 cm/s seulement, alors qu'elle aurait dû être de 50 cm/s au minimum);

- d'autre part, la pompe n'a débité que 900 cm3/s, ce qui donne une vitesse de courant à l'en­trée de la boîte de 0,15 cm/s seulement. Cette vi­tesse, déjà le centième de ce que l'on voulait obte­nir au départ, a été encore ralentie par le massif granulaire trop peu perméable.

En conséquence, le principe de la boîte de dé­lavage en PVC doit être abandonné ; en effet, même si des pompes de 324 m3/h pouvaient être disponibles, la résistance du PVC serait trop faible pour encaisser la surpression. La pression d'entrée

étant de 17,3 MPa et la surface du collecteur de 1,60 m2, on arrive à une force sur la paroi de 240 kN. Il est évident que l'on assisterait à un éclate­ment de la boîte en PVC.

Cette étude devrait néanmoins être poursuivie, afin d'obtenir des valeurs concrètes de vitesses à partir desquelles il se produit un délavage du bé­ton frais.

Pour ce faire, il convient soit de construire une boîte métallique du même style que celle fabriquée en PVC, soit de rechercher un autre dispositif per­mettant de mieux connaître les vitesses, comme par exemple un canal à l'air libre fonctionnant en circuit fermé.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

LCPC-SETRA (1978) Les pieux forés. Recueil de règles de l'art.

62

Direction des routes et de la circulation routière. Ministère des transports. 195 pages.

Document publié par le LCPC sous le N° 502 201 Impression LCPC

Dépôt légal Août 1991 ISBN 2-7208-2010-5