Conception des palplanches acier

Méthodes et considérations pour la conception des palplanches acier

Il existe plusieurs méthodes pour concevoir un rideau de palplanches. Vous trouverez ci-dessous une brève description des méthodes les plus courantes.

Dans le passé, le coefficient de sécurité global était la règle : un coefficient appliqué aux palplanches acier et un autre appliqué à la conception géotechnique (généralement appliqué à la résistance passive du sol,...). Dans certains pays, c'est connu sous le nom d’Allowable Stress Design (ASD) pour les palplanches.

Les derniers Eurocodes sont basés sur une approche semi-probabiliste : EN 1997 - Partie 1 (EC 7-1) pour la conception géotechnique, et EN 1993 - Partie 5 (EC 3-5) pour les palplanches acier et les pieux porteurs.

De nos jours, la méthode Soil Structure Interaction Method (SSIM ou en français modèle aux coefficients de réaction, MISS) devrait être la méthode standard utilisée pour concevoir les rideaux de soutènement, même si dans certains pays européens, la méthode Limit Equilibrium Method (LEM) est encore largement utilisée, même pour la conception finale des grandes structures. 

En outre,  pour les structures complexes ou dans les sols sensibles, la méthode Finite Element Method (FEM) est plus appropriée. Dans tous les cas, il est de la plus haute importance de baser toute conception sur une reconnaissance approfondie du sol : plus vous avez de données sur la nature du sol (sondages, essais en laboratoire,...), plus vous pouvez optimiser la conception géotechnique et le choix d'un profil de palplanche. Consacrer un peu plus de temps et de ressources à la reconnaissance géotechnique peut réduire considérablement le coût de la structure, mais surtout, réduire le risque de défaillance.

EC 7-1 est une norme assez complexe. Il y a beaucoup de nouvelles notions, et curieusement, il y a 3 approches différentes pour le même dessin. Chaque pays européen peut déterminer quelle approche est applicable dans son pays. En outre, certains pays, comme la France et les Pays-Bas, ont même élaboré une norme nationale pour compléter la norme CE 7-1. 

L'inconvénient d'une norme nationale est que les ingénieurs concepteurs actifs dans d'autres pays peuvent être confrontés à des approches de conception différentes, ce qui est exactement le problème qui aurait dû être résolu avec les Eurocodes communs ! En outre, il est plus complexe pour les développeurs de logiciels de proposer un logiciel convivial pouvant être utilisé dans différents pays européens. Cette norme soulève plusieurs questions, telles que la manière de traiter la pression hydrostatique (quels coefficients de sécurité partiels doivent être appliqués,...). Néanmoins, il s'agit d'un premier pas vers une méthode de conception unifiée : le concept de base est le même, mais il est clair que le résultat final dépendra de l'approche de conception choisie. Lequel est le plus réaliste ? Personne ne le sait...

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AZ double piles
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La première impression à la lecture de la norme EC 3-5 est que cette approche de conception est beaucoup plus complexe que l'ASD, probablement parce qu'elle prend en compte l'interaction entre les moments de flexion, les forces de cisaillement et les charges de compression, ainsi que la longueur de flambement le cas échéant, etc. 

Cependant, dans la plupart des cas, le facteur déterminant est le moment de flexion parce que l'interaction entre les effets peut être négligée dans la plupart des cas, ou n'a pas d'influence significative sur le résultat. La norme CE 3-5 considère à la fois le module plastique et le module de flexion élastique (Wpl ou Wel), qui dépendent de la classification du profil. Le module de flexion plastique peut être jusqu'à 25 % plus élevé que le module de flexion élastique, ce qui entraîne une réduction significative du coût global (palplanches plus légères). CE 3-5 prend également en compte plusieurs facteurs de réduction. 

Par exemple, pour les palplanches en U, une réduction du module de flexion et du moment d'inertie pourra être prise en compte. Chaque pays (européen) peut déterminer les facteurs de réduction dans son document d'application national (National Application Document, NAD). Une pression hydrostatique élevée sur les profils AZ peut également réduire légèrement la résistance de la structure, mais cela est assez rare (recommandation applicable aux palplanches soumises à  une pression hydrostatique supérieure à 10 m).

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La sélection d'une palplanche doit tenir compte du choix de la nuance d'acier . Elle a une influence sur la classification des profils, de sorte qu'il n'est pas possible de donner une règle simple couvrant tous les cas, mais d'une manière générale, l'utilisation d'une nuance d'acier supérieure (limite d'élasticité plus élevée) conduit à une palplanche plus légère, et donc à une solution plus rentable. Notez que la prime supplémentaire pour une nuance d'acier supérieure est de loin compensée par la réduction du poids de la palplanche.

Enfin, l'ingénieur doit tenir compte de l'aptitude de fonçage des palplanches acier, qui dépend de la nature du sol, de la longueur de la palplanche, de l'équipement de fonçage, de la déflexion / déformation admissible,...

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