Article de recherche / Research Article

Battage de pieux métalliques dans la roche^☆

Steel pile driving into rock

Université catholique de Louvain, place du Levant, 1 à 1348 Louvain-la-Neuve, Belgique

^★ Auteur de correspondance : alain.holeyman@uclouvain.be

Résumé

Le problème du battage d'un pieu tubulaire en acier dans un massif rocheux est abordé sous deux volets : numérique et expérimental. L'approche numérique par éléments finis couplant une modélisation lagrangienne du pieu en mouvement à une modélisation eulérienne du massif en place (approche CEL) permet de suivre l'émergence de la plastification dans le tube en acier en cours de pénétration, naissant en pointe pour se propager vers la tête du pieu. Un cas d'étude en conditions axisymétriques est présenté pour une roche dont la résistance à la compression simple σ_c vaut 28 MPa. L'approche expérimentale poursuivie en laboratoire a mis en jeu trois matériaux synthétisés sous la forme de monolithes dans lesquels le battage d'un tube en acier inoxydable a été entrepris. Les résultats de ces essais largement instrumentés indiquent que le battage est aisé dans un mortier cellulaire dont la résistance à la compression simple σ_c n'excède pas 6 MPa mais pratiquement impossible dans un mortier dont la résistance à la compression simple s'approche de 28 MPa. Le battage dans un mortier dont la résistance à la compression simple vaut 11 MPa s'est révélée encore faisable sous une hauteur de chute raisonnable. Les résultats obtenus avec les 3 matériaux mis en œuvre à ce jour indiquent que la résistance unitaire croît depuis environ 2 σ_c en surface pour atteindre 6 à 8 σ_c à une pénétration équivalente à 15–20 fois l'épaisseur du tube.

Abstract

The problem of driving a steel pipe pile in rock is addressed in two ways: numerical and experimental. The numerical approach by finite elements coupling Lagrangian elements modeling the moving pile and Eulerian elements modeling the rock in place (CEL approach) allows one to follow the emergence of the steel tube plastification in the course of penetration, starting from the pile toe and propagating upwards. A case study in axisymmetric conditions is presented for a rock with an unconfined compressive strength σ_c worth 28 MPa. The experimental approach pursued in the laboratory features three materials synthesized in the form of monoliths in which the driving of a stainless steel tube has been undertaken. The results of these heavily instrumented driving tests indicate that pipe pile driving is easy in a cellular mortar with an unconfined compression resistance σ_c not exceeding 6 MPa but virtually impossible in a mortar with an unconfined compression resistance σ_c approaching 28 MPa. Driving into a mortar with an unconfined compression resistance σ_c of 11 MPa proved to be still feasible under a reasonable drop height. The results obtained with the 3 materials implemented to date indicate that the unit toe resistance increases from approximately 2 σ_C at the rock surface to reach 6 to 8 σ_C at a penetration equivalent to 15–20 times the thickness of the tube.