Aspects techniques
Amélioration des infrastructures : aspects clés de la performance des palplanches acier
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Des aspects techniques spécifiques tels que la durabilité, l'imperméabilité des rideaux de palplanches d'acier, la conception sismique, etc. doivent être traités. Vous trouverez ci-dessous les problèmes les plus courants et leurs solutions.
La durabilité est traitée de manière plus approfondie dans une section spécifique du site web.
Durabilité
Les palplanches acier sont largement utilisées dans les travaux de soutènement permanent du sol et les fondations structurelles. Dans la majorité des cas, elles peuvent être utilisées sans protection. Le degré de corrosion et la nécessité d'une protection dépendent de l'environnement de travail, qui peut varier au sein d'une même installation.
En général, les environnements marins sont les plus corrosifs et les plus imprévisibles. Dans les quelques mètres de zonage vertical que comportent la plupart des structures, des parties des palplanches sont en contact avec le sol et exposées à l'immersion dans l'eau de mer, à la zone intertidale, aux éclaboussures et aux environnements atmosphériques marins.
Pour la plupart des environnements, des taux de corrosion caractéristiques ont été mesurées (sol, environnement atmosphérique, eau douce, environnement marin...). L'idéal est de prendre en compte les vitesses de corrosion mesurées dans les structures adjacentes, mais le plus souvent, ces données ne sont pas disponibles ou ne sont pas fiables. Les taux de corrosion typiques peuvent être tirés de la norme européenne EN 1993 - Partie 5. Il convient de noter que dans certaines situations, la corrosion due aux conditions locales peut entraîner des taux de corrosion plus élevés, ce qui nécessite des examens détaillés du site et une analyse des données.
Dans de nombreuses circonstances, les taux de corrosion de l'acier sont faibles et l'utilisation de méthodes de protection n'est pas nécessaire. Cependant, dans certaines circonstances, la corrosion peut être plus importante, de sorte que des mesures capables d'augmenter la durée de vie d'une structure doivent être envisagées.
Les mesures de protection et les considérations de conception comprennent une ou une combinaison des méthodes suivantes :
- revêtements (généralement uniquement dans les zones à forte probabilité de corrosion) ;
- utilisation d'un profil plus fort / plus épais, ou d'une nuance d'acier plus élevée, pour créer une « réserve statique » ;
- conception pour éviter les moments de flexion maximaux dans les zones à fort taux de corrosion ;
- extension de la poutre de couronnement en béton sous le niveau de l'étiage ;
- utilisation de la nuance d'acier AMLoCor® (plus efficace dans la zone immergée permanente et la zone de basses eaux) ;
- utilisation de la nuance d'acier ASTM A690 (zone d’embruns) ;
- protection cathodique par courant imposé ou par anodes sacrificielles (protège la surface constamment en contact avec l'eau).
Les effets négatifs de l'abrasion et de l'érosion doivent être pris en compte dans la conception ou dans le choix des méthodes de protection, par exemple l'utilisation d'un revêtement spécial.
Enfin, la corrosion par piqûres, un phénomène local généralement limité à une petite partie de la surface de la structure, doit être surveillée. Il est facile de mettre en œuvre des mesures pour éviter que la terre retenue ne soit emportée par les petits trous. Notez qu'en général, la corrosion par piqûres n'affecte pas la stabilité globale du rideau de soutènement.
Dans la plupart des cas, la conception avec une épaisseur sacrificielle d'acier est la plus rentable.
Dans les environnements maritimes difficiles, pour la partie immergée, la protection cathodique peut être conçue dès le début et installée plus tard si le suivi de la structure montre que les taux de corrosion après plusieurs années sont plus élevés que ceux prévus dans les hypothèses de conception.
AMLoCor® - nuance d'acier pour structures maritimes
AMLoCor permet de réaliser des économies considérables en termes de poids d'acier par rapport à la solution de pieux acier au carbone non protégés, dès que la perte d'épaisseur d'acier prévue dans la zone immergée est significative (plus élevée que dans la EC 3-5). La protection cathodique ou les revêtements peuvent être utilisés pour augmenter la durée de vie de la structure de palplanches, mais AMLoCor sera dans de nombreux cas la solution la plus rentable à long terme si l'on tient compte des coûts d'entretien et de réparation.
Notez que AMLoCor est compatible avec la protection cathodique et les revêtements.
Les nuances d'acier AMLoCor sont couvertes par l'agrément technique national allemand Z-30.10-55 du DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) délivré en 2017, et un brevet est en cours d'homologation.
Leurs propriétés mécaniques sont entièrement équivalentes à celles des catégories de palplanches standard, de sorte que la résistance structurelle peut être déterminée conformément à tous les codes de conception pertinents utilisés pour les structures de palplanches acier, par exemple EC 3-5 dans les pays européens.
Certains profils AZ sont disponibles en AMLoCor, allant de AMLoCor Blue 320 à Blue 390 (limite d'élasticité de 320 MPa à 390 MPa).
Un essai de fonçage approfondi a été réalisé en 2010 au Danemark. Les mêmes profils de palplanches dans S 355 GP et AMLoCor Blue 355 ont été enfoncés dans des sols très durs contenant quelques blocs rocheux. Les pieux ont été contrôlés pendant le fonçage, puis retirés et inspectés. L’essai a prouvé que le comportement des palplanches AMLoCor est équivalent à celui des palplanches ordinaires acier au carbone.
Étanchéité des palplanches
Les palplanches acier proprement dites sont totalement imperméables. La seule possibilité pour l’eau de s’infiltrer au travers d’un rideau de palplanches est de s’écouler au travers des serrures. De par sa forme, la serrure Larssen assure naturellement une résistance élevée à l’infiltration. Aucun dispositif d’étanchéité supplémentaire ne s’impose donc pour des applications telles que les rideaux de soutènement provisoires, pour lesquels une vitesse d’infiltration modérée est admissible. Si une résistance moyenne à élevée aux infiltrations est requise, par exemple pour les murs de confinement de sites contaminés, les structures de soutènement des culées de pont ou des tunnels, il est recommandé d'utiliser des palplanches doubles avec des joints scellés ou soudés.
Systèmes d'étanchéité pour les rideaux de palplanches étanches
Les systèmes d'étanchéité suivants sont utilisés pour augmenter l'étanchéité des rideaux de palplanches :
- mastic bitumineux : Beltan® Plus, pression hydrostatique maximale : 100 kPa ;
- cire etamp; charge à base d'huile minérale : Arcoseal™, pression hydrostatique maximale : 100 kPa ;
- produit se dilatant au contact de l'eau : Système ROXAN® Plus, pression hydrostatique maximale : 200 kPa ;
- Système AKILA®, pression hydrostatique maximale : 300 kPa ;
- soudure : 100% étanche.
Comme la loi de Darcy pour l'écoulement à travers des structures homogènes n'est pas applicable au phénomène de fuite à travers les serrures de palplanches, un nouveau concept de « résistance des joints » a été développé par GeoDelft (Deltares).
En savoir plus sur les rideaux de palplanches imperméables
Protection contre l'incendie
La sécurité incendie est un critère de conception important pour les palplanches acier qui seront utilisées comme éléments structurels permanents dans les parkings de voitures souterrains, les sous-sols et les infrastructures (tunnels, passages souterrains...). ArcelorMittal a mené des recherches approfondies sur ce sujet et peut apporter son aide pour les vérifications requises en matière de conception anti-incendie.
Une description complète de la conception est disponible dans la brochure « Parkings de voitures souterrains. Résistance au feu » (voir ci-dessous). En outre, elle inclut une procédure de vérification facile à utiliser permettant une évaluation simplifiée de la sécurité incendie de la structure de palplanches acier au stade de l'avant-projet.
Le département R&D d'ArcelorMittal a développé il y a plusieurs années un logiciel à usage interne qui peut prendre en compte l'influence du sol (saturé) derrière le rideau de palplanches en cas d'incendie.
N'hésitez pas à nous contacter pour des informations plus détaillées ou pour un avant-projet gratuit avec notre logiciel exclusif.
Conception sismique
Bien que les palplanches aient prouvé leur performance sous charge sismique dans de nombreux pays du monde, certains concepteurs hésitent encore à les utiliser dans les zones sismiques. Cette préoccupation peut provenir de leur expérience des méthodes de conception conventionnelles qui ne favorisent pas les rideaux flexibles dans des conditions sismiques. Ces méthodes de conception comprennent généralement des calculs pseudo-statiques utilisant la théorie Mononobe-Okabe (1931).
Des études numériques et des expériences physiques (essais en centrifugeuse) ont montré que ces méthodes de conception conventionnelles surestiment les charges sur les rideaux de soutènement, en particulier dans le cas des rideaux flexibles.
Aujourd'hui, des outils de conception puissants utilisant la modélisation par éléments finis (FEM) permettent des calculs dynamiques qui peuvent prédire avec précision le comportement des rideaux de soutènement soumis à différentes charges sismiques. Un projet de recherche mené par ArcelorMittal R&D et une étude réalisée par la société SENER, leader mondial du conseil en ingénierie maritime, ont montré un potentiel d'optimisation substantiel lors de l'utilisation de ces méthodes de conception avancées.
N'hésitez pas à nous contacter pour des informations plus détaillées ou pour obtenir de l'aide sur la conception dynamique des palplanches à l'aide de la méthode des éléments finis.
Piling Handbook
9ème édition | 2016 - 2022
Téléchargements
Sismique. Vers une conception basée sur la performance | Flyer | 2017
Conception basée sur la performance des palplanches acier dans [...]
Conception sismique des pieux acier | Flyer | 2021
Approches de conception économiques et sûres pour les palplanches en acier [...]