Fondation sur micropieux de l’appui rive gauche

Le pont de pierre qui franchit l’Hérault à Gignac sur la RN 109, à 25 km environ au nord-ouest de Montpellier, fut mis en service en 1810, après 34 ans de travaux difficiles dus en particulier à de nombreux problèmes pour la réalisation des fondations. Conçu par Bertrand Garipuy, directeur des travaux publics de la province de Languedoc, ce pont, connu pour être l’un des plus beaux en France, comporte une arche centrale en anse de panier de 48 m de portée, encadrée par des arches en plein cintre ; la longueur totale du pont est de 175 m.
Le deuxième pont de Gignac, situé à l’aval ce pont historique, est destiné à permettre le franchissement de l’Hérault par la A 750 reliant Montpellier à la A 75. Le projet en conception a été notamment retenu parce qu’il rentrait en harmonie avec la style du pont actuel ; d’où le projet d’un ouvrage en arc de 70 m d’ouverture avec contre-béquille, de 130 m de longueur totale, à réaliser en BHP (béton à hautes performances) dans un délai de 26 mois.
L’article décrit le système original de fondation sur micropieux adopté pour l’appui rive gauche de ce nouveau pont.

· Problème de la fondation de l’appui rive gauche du pont
A partir du niveau inférieur de la dalle de l’appui rive gauche, les terrains sont les suivants :
- grave sableuse sur 5,50 m (de 32,5 à 27 NGF) ;
- grave sur 5 m (de 27 à 22 NGF) ;
- marne altérée sur 1 m (de 22 à 21 NGF) ;
- marne saine à partir de 21 NGF
L’appui rive gauche est soumis à un effort horizontal dû à la dissymétrie de l’ouvrage. Le projet d’origine prévoyait de fonder cet appui sur le terrain naturel consolidé par un traitement préalable (colonnes de jet grouting), mais c’est en définitive une solution de fondation sur une « batterie » de 90 micropieux (figures 1 et 2) qui fut adoptée et confiée à l’entreprise AFR (Aquitaine Fondations Rénovation). Le projet prévoyait que chaque micropieu, défini pour reprendre une charge maximale de l’ordre de 130 tonnes aux ELS, soit ancré de 6 m environ dans la marne saine, cette hypothèse devant être confirmée par deux essais destructifs préalables.

· Essais préalables
Ces essais ont consisté en deux phases :
- l’exécution de trois micropieux (MP91, MP92, MP93) avec pour objectifs de valider les procédures de perforation, équipement et injection, y compris essais sur éprouvettes de coulis de ciment ; l’un des forages (MP93), arrêté au toit des marnes, est réalisé seulement pour tester le frottement au contact de la couche supérieure de graves ; les deux autres (MP91 et MP92) sont destinés aux essais de traction ;
- les essais proprement dits ; ces essais ont été réalisés par Rincent BTP Sud-Ouest pour le compte d’Aquitaine Fondations Rénovation. L’objectif des ces essais réalisés sur deux micropieux « hors ouvrage », était de vérifier les hypothèses de calcul et de dimensionnement, les coefficients de sécurité vis-à-vis de la rupture et du fluage critique et d’en déduire les spécifications relatives à la longueur d’ancrage des micropieux dans les marnes saines. Pour rester dans les limites d’efforts de traction compatibles avec les moyens classiques d’essais (vérin hydraulique de 1 700 kN), l’ancrage des micropieux d’essai dans la marne a été limité à 3 mètres.

Exécution des micropieux d’essai MP91 et MP92
A titre d’exemple, les figures 3 et 4 décrivent schématiquement les septe étapes de la réalisation du micropieu incliné MP92.
On notera que, les filetages de tubes de diamètre 88,9 mm constituant les micropieux n’étant pas dimensionnés pour reprendre les efforts de traction, les charges appliquées pour l’essai sont transmises par un tirant de 7 T 15 (classe 1 860 MPa) scellé de 6 m dans le micropieu. Le scellement est réalisé avec un coulis C/E = 2 (CEM III / C 32,5).
La capacité du tirant de 7 T 15 est de 173,6 t à la rupture ; l’effort de traction maximum (0,9 Tr) , soit 156 t, est largement supérieur à la tension d’essai de 130 t.

Essais de traction des micropieux MP91 et MP92
Par hypothèse, le frottement dans les marnes saines est estimé à 51 t/m² et la capacité nominale du micropieu Ø 180 mm est ainsi estimée à 28,8 t/ml (180 mm / 1 000 x 3,14 x 51 t/m²), soit Qn = 86,4 t pour une longueur de scellement de 3 m.
Le mode opératoire des essais est conforme aux prescriptions de la norme NF P 94-150-2 « Essai statique de pieu isolé sous effort axial – Partie 2 (en traction) » (décembre 1999).
Un essai préalable à 1,5 x Qn = 130 t est effectué en dix paliers incrémentés de 130 / 10 et de 1 heure chacun, puis déchargement avec arrêts d’une minute aux même paliers. Les courbes d’essai du MP92, reproduites figures 5 et 6, correspondent en réalité à des incréments de 1 / 10 de la traction maximum du tirant 7 T 15, soit 15,6 t.

Résultats des essais (extrait du rapport Rincent BTP Sud Ouest)
Pour le MP92, l’analyse des pentes de fluage en fonction de la charge montre une accélération significative du fluage entre les paliers de 78,1 et 93,7 t (781 et 937 kN).
Du fait de l’importance des valeurs de déplacement aux paliers 937 et 1 250 kN alors que la rupture n’est pas encore atteinte, les valeurs admissibles de dimensionnement proposées sont :
- traction critique de fluage : 937 kN ;
- traction limite de rupture : 1 406 kN.

Pour le MP91, l’analyse des pentes de fluage en fonction de la charge montre une accélération significative du fluage au palier de 937 kN, avec le début de rupture à 40 minutes, qui rend difficile le choix d’une pente pour ce palier.
Les valeurs admissibles proposées pour le micropieu MP91 sont :
- traction critique de fluage : 781 kN ;
- traction limite de rupture : 1 287 kN.

Conclusions
Il a donc été logiquement proposé de retenir comme valeur de fluage critique 781 kN pour 3,00 m de scellement dans les marnes saines et pour un diamètre de forage de 180 mm, soit 260 kN/ml de scellement.
La valeur de rupture à retenir est la plus petite des deux valeurs mesurées, soit 1 187 kN pour 3,00 m de scellement, soit 395 kN/ml de scellement.
Ces résultats ont conduit à valider la longueur de 6,60 m de scellement des micropieux dans la couche de marne saine prévue avant les essais ci-dessus.

· Exécution des micropieux

Installation de chantier – Opérations préalables
Les travaux sont exécutés à partir de deux dalles de béton armé 6 m x 6 m x 30 cm (photos 3 et 4).
Des avant-trous Ø 250 mm sont réalisés à travers les dalles pour définir l’inclinaison et l’azimut de chacun des 90 forages (Cf. encadré « planning des travaux de micropieux »).

Réalisation et équipement des forages
Le réglage de l’azimut puis de l’inclinaison du mât de la foreuse est une opération délicate (matérialisation de trois points sur la dalle).
La figure 7 explique clairement les trois phases principales : forage à l’Odex (avec tubage perdu) dans les graves – forage rotation tricône dans les marnes sur 6,60 m – enfin, équipement du forage.
Tous les forages sont réalisés avec enregistrements des paramètres, ce qui permet le cas échéant de connaître les niveaux d’anomalies éventuelles avant de procéder à la mise en place de « l’équipement », c'est-à-dire le tube Ø 88,9 mm, épaisseur 12,5 mm qui constitue réellement l’armature du micropieu ; ce tube est équipé de manchettes en partie basse (sur 2 m) pur permettre l’injection en remontant du coulis de ciment.
Ensuite, le tube de renfort vis-à-vis des efforts de flexion, Ø 169 mm, épaisseur 12 mm, est mis en place en une seule longueur avec la grue à tour ou la pelle mécanique.
Enfin, le coulis de ciment est injecté (C/E = 2 ; pression d’injection > 10 bars ; volume de l’ordre de 1,5 fois le volume théorique soit environ 240 litres ; vitesse d’injection environ 1 m3/heure).
Les essais de traction (effectués selon la norme sur deux micropieux) sont réalisés deux semaines après la fin de l’injection (photo 6). (Cf. encadré « Fiche technique »).

Contrôle qualité
Les contrôles qualité portent essentiellement sur :
- l’enregistrement des paramètres de forage et d’injection ;
- les résultats des essais de traction ;
- les résultats des contrôles du coulis de scellement (trois prises d’échantillons par jour et six éprouvettes par semaine).