Palplanches AZ dans des parois combinées

Exceptional performance of AZ sheet piles in combined walls

ArcelorMittal a chargé le Département de la Construction Métallique de l'Université de Liège de réaliser une étude détaillée visant à démontrer l'excellent comportement des palplanches AZ utilisées comme parois intercalaires dans des parois combinées. Cette étude comprenait non seulement des essais en laboratoire, mais aussi des simulations numériques. Elle a démontré que ces palplanches peuvent en effet résister à une charge hydraulique de plus de 50 m sans défaillance. On peut donc affirmer qu'une méthode de vérification des palplanches AZ basée uniquement sur la théorie de l'élasticité ne peut offrir qu'une approximation peu économique de leur comportement réel.

(Le profil 8.1.4.2 de l'EAU1996 exige la vérification des palplanches intercalaires pour des charges d'eau supérieures à 4 m !).

 

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Essais en laboratoire

Au total, neuf essais à grande échelle ont été réalisés sur des AZ-13, AZ-18 et AZ-26. Une longueur de palplanche de 1 mètre a été choisie. La face intérieure des plaques de coffrage a été revêtue de PTFE afin de garantir un déplacement dans le plan des palplanches. Par rapport aux conditions sur site, où une partie des forces est toujours transmise longitudinalement, cette disposition offre une bonne marge de sécurité.

Un « coussin gonflable » en caoutchouc a été utilisé pour exercer une charge aussi réaliste que possible. Les pressions d'essai maximales appliquées sont indiquées dans le tableau. L'acier de nuance S355GP a été utilisé pour les essais.

À l'exception des profilés AZ-26, aucune défaillance des palplanches n'a été constatée lors des essais (le coussin gonflable a éclaté en premier). On peut donc supposer que les pressions de rupture réelles des profilés AZ-13 et AZ-18 sont encore supérieures aux pressions d'essai maximales.

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Simulation numérique

Sur la base des résultats des essais, un modèle numérique a été calibré au Département Construction métallique à l'aide du logiciel d'éléments finis FINEL-G. Cet outil est particulièrement adapté à la prise en compte des non-linéarités géométriques et liées aux matériaux.

De même, la déviation dans les serrures et l'écrouissure de l'acier ont été prises en compte. La figure 3 montre la concordance totale entre les résultats de la simulation et ceux des essais dans la plage de charge la plus courante (hauteur hydraulique <= 40 m).

Les résultats de la simulation numérique donnent un aperçu de l'excellent comportement des palplanches AZ résultant de leur géométrie. La déformation plastique se concentre principalement dans les angles B et F de la palplanche et est moindre dans les zones de serrure. Ceci est notamment confirmé par les résultats des essais.

Conception

Charges caractéristiques ultimes pour palplanches intercalaires AZ avec différentes limites d'élasticité. Elles sont basées sur les résultats d'essais. Pour que les capacités indiquées dans les tableaux soient applicables, la liaison avec les éléments porteurs principaux doit être conforme à l'usage et un coefficient de sécurité approprié doit être respecté.

Résumé

  • La pression de rupture la plus faible était de 0,36 MPa (= 36 m de charge hydraulique) ;
  • Le comportement charge-déplacement est nettement meilleur que celui des palplanches en U doubles et triples ;
  • Sous des pressions très élevées, la majeure partie de la déformation plastique se concentre au niveau des angles B et F des palplanches et non au niveau des serrures ;
  • Les pressions élevées sont de plus en plus transmises sous forme de contraintes de traction normales (effet de membrane).
  • Grâce à leur géométrie, les palplanches intercalaires AZ ne sont pas affectées par les écarts de fonçage d'une ampleur correspondant à de bonnes performances de construction.
  • ...

Les avantages susmentionnés des palplanches AZ en font des éléments intercalaires idéaux pour les parois combinées, non seulement pour des raisons structurelles, mais aussi pour des raisons économiques (largeur du système jusqu'à 1340 mm).