Recherche et Développement (R&D)
ArcelorMittal Commercial RPS, en collaboration avec ArcelorMittal Research & Development à Esch/Alzette et d'autres partenaires extérieurs est engagé dans la recherche dans le domaine des palplanches métalliques.
Cette recherche couvre entre autres les sujets suivants
Le premier raccord, un C9, est laminé à chaud, à la manière des palplanches et des poutres. Le second est extrudé, un processus courant pour la fabrication de profils présentant des géométries complexes. Les deux connecteurs satisfaisaient les exigences de la norme EN 10248 concernant le recouvrement minimum des serrures.
Les essais de chargement ont été effectués dans des conditions proches des situations rencontrées dans la réalité. Le connecteur était fixé rigidement sur un côté et enfilé sur une palplanche de l'autre pour simuler la flexibilité d'un rideau de palplanches.
Il en ressort que, compte tenu de sa géométrie, spécifiquement conçue pour les serrures Larssen, le connecteur C9 laminé à chaud supporte des charges supérieures de 15 à 25 %, soit 100 à 200 kN par mètre linéaire de connecteur, et ceci en dépit de sa plus faible limite d'élasticité.
Dans les deux cas, les déformations sont reprises presque exclusivement par la palplanche, le connecteur contribuant pour moins de 10 % à l'allongement total. Les déformations des deux connecteurs testés se sont avérées être du même ordre de grandeur.
Des essais de laboratoire et des simulations aux éléments finis ont été réalisés en collaboration avec l'Université de Liège. Lors des essais, la pression hydrostatique a été simulée au moyen de coussins gonflables, les palplanches étant raccordées à l'aide des mêmes connecteurs que dans les rideaux mixtes. Les résultats ont montré que les palplanches AZ sont capables de reprendre des pressions équivalentes à une colonne d’eau de 45 m (état limite ultime) et de transmettre en toute sécurité les efforts résultants aux tubes, par l'intermédiaire des connecteurs.
Les résultats d'essai ont été utilisés pour calibrer un modèle aux éléments finis, permettant ainsi de couvrir toute la gamme des palplanches AZ et toutes les nuances d'acier. L'influence des imperfections de fonçage a également été déterminée numériquement.
Des essais similaires et des simulations numériques ont été faits en 2018 et 2019 pour les nouveaux profils de la gamme AZ-800. Les résultats ont montré qu’en général la résistance à la pression d’eau des profils AZ plus larges est inférieure à celle des profils de 600 mm de large.
Le projet de recherche a couvert divers aspects
L’institut DELFT GEOTECHNICS (actuellement DELTARES), a développé pour le compte d'ArcelorMittal Commercial RPS le matériel de mesure et le modèle analytique, tandis qu’ArcelorMittal Commercial RPS a réalisé toute une série d'essais en laboratoire et in situ afin de sélectionner le meilleur système d'étanchéité et de déterminer l'influence de différents paramètres (sol, méthode de fonçage, palplanche, type de fluide, pression hydrostatique,...) sur les performances de celui-ci.
ArcelorMittal Commercial RPS a également défini des modes opératoires pour la mise en œuvre des systèmes d'étanchéité et continue de les améliorer par un suivi régulier de certains chantiers.
Mailles déformées du rideau 3D, parfaitement lisse, sous l'effet des contraintes de tension et de compression (N/m2) dues aux moments My(x) et Mz(x) après excavation sur 2,7 m (a) : vue de face avec déformations transversales (b) : vue en 3D avec déformations transversales et latérales (déformations grossies 5x).
Mailles déformées du rideau 3D parfaitement rugueux, sous l'effet des contraintes de tension et de compression (N/m2) dues aux moments My(x) et Mz(x) après excavation sur 2,7 m (a) : vue de face avec déformations transversales (b): vue en 3D avec déformations transversales et latérales (déformations grossies 10x).
Contrainte équivalente q après excavation sur 2,7 m pour le rideau parfaitement lisse et le rideau parfaitement rugueux (N/m2).
Dans une deuxième phase, le modèle a été utilisé pour les rideaux de soutènement étayés et pour déterminer l'effet des pressions hydrostatiques ainsi que de différentes mesures destinées à empêcher l'occurrence d'une flexion bi-axiale.
Les capteurs inductifs ont fait leurs preuves dans d'innombrables machines et installations. Ils constituent des interrupteurs de fin de course ou des interrupteurs de position robustes et fiables, y compris dans des conditions extrêmes. Certaines situations défavorables peuvent toutefois entraîner des erreurs d'indication ou de fonctionnement, avec une recherche d'erreur généralement longue et fastidieuse. L'exemple des rideaux de palplanches peut aider à identifier rapidement des problèmes analogues, et à les éviter.
Malgré de nombreux essais et améliorations apportées au système, nous n’avons pas réussi à atteindre une fiabilité suffisante pour remplacer le système actuel Dixeran.
Films montrant les essais des raccords (note: chaque fichier a 12Mb)
Cette recherche couvre entre autres les sujets suivants
- développement de profils encore plus performants
- fonçage des palplanches (aptitude au fonçage, nuisances)
- nouveaux domaines d'application des palplanches
- méthodes avancées de dimensionnement des écrans de soutènement
- durabilité (systèmes de protection, calculs)
- systèmes d’étanchéité
- comportement, en conditions réalistes, des raccords laminés à chaud et des raccords extrudés
- palplanches AZ® utilisées comme palplanches intercalaires dans des rideaux mixtes tubes-palplanches supportant une pression hydrostatique importante
- le rideau de palplanches étanche
- flexion bi-axiale (oblique bending) des palplanches doubles en U: influence du sol
- limites de l'utilisation de capteurs inductifs pour la détection du dégrafage des palplanches
1. Comportement, en conditions réalistes, des raccords laminés à chaud et des raccords extrudés
Des essais ont été réalisés par le Centre de Recherche Public Henri Tudor à Luxembourg (actuellement LIST), pour le compte du Département de recherche d'ArcelorMittal Belval & Differdange. La différence de comportement, en conditions réalistes, entre des raccords laminés à chaud et des raccords extrudés, nécessitait une évaluation expérimentale en laboratoire.Le premier raccord, un C9, est laminé à chaud, à la manière des palplanches et des poutres. Le second est extrudé, un processus courant pour la fabrication de profils présentant des géométries complexes. Les deux connecteurs satisfaisaient les exigences de la norme EN 10248 concernant le recouvrement minimum des serrures.
Les essais de chargement ont été effectués dans des conditions proches des situations rencontrées dans la réalité. Le connecteur était fixé rigidement sur un côté et enfilé sur une palplanche de l'autre pour simuler la flexibilité d'un rideau de palplanches.
Il en ressort que, compte tenu de sa géométrie, spécifiquement conçue pour les serrures Larssen, le connecteur C9 laminé à chaud supporte des charges supérieures de 15 à 25 %, soit 100 à 200 kN par mètre linéaire de connecteur, et ceci en dépit de sa plus faible limite d'élasticité.
Dans les deux cas, les déformations sont reprises presque exclusivement par la palplanche, le connecteur contribuant pour moins de 10 % à l'allongement total. Les déformations des deux connecteurs testés se sont avérées être du même ordre de grandeur.
2. Palplanches AZ® utilisées comme palplanches intercalaires dans des rideaux mixtes tubes-palplanches supportant une pression hydrostatique importante
Les palplanches doubles AZ utilisées comme éléments intercalaires dans les rideaux mixtes se sont avérées extrêmement performantes (largeur ≥ 1,26 m), avec un meilleur comportement que les palplanches en U, en particulier en cas de pression hydrostatique élevée.Des essais de laboratoire et des simulations aux éléments finis ont été réalisés en collaboration avec l'Université de Liège. Lors des essais, la pression hydrostatique a été simulée au moyen de coussins gonflables, les palplanches étant raccordées à l'aide des mêmes connecteurs que dans les rideaux mixtes. Les résultats ont montré que les palplanches AZ sont capables de reprendre des pressions équivalentes à une colonne d’eau de 45 m (état limite ultime) et de transmettre en toute sécurité les efforts résultants aux tubes, par l'intermédiaire des connecteurs.
Les résultats d'essai ont été utilisés pour calibrer un modèle aux éléments finis, permettant ainsi de couvrir toute la gamme des palplanches AZ et toutes les nuances d'acier. L'influence des imperfections de fonçage a également été déterminée numériquement.
Des essais similaires et des simulations numériques ont été faits en 2018 et 2019 pour les nouveaux profils de la gamme AZ-800. Les résultats ont montré qu’en général la résistance à la pression d’eau des profils AZ plus larges est inférieure à celle des profils de 600 mm de large.
3. Le rideau de palplanches étanche
ArcelorMittal Commercial RPS a développé une méthodologie et plusieurs systèmes d'étanchéité pour les rideaux de palplanches soumis à des contraintes d'étanchéité normales à très strictes.Le projet de recherche a couvert divers aspects
- développement de systèmes d'étanchéité: systèmes basés sur un mastic bitumineux pour les contraintes courantes, systèmes basés sur des matériaux hydrogonflants ou de compression pour les contraintes sévères
- dimensionnement (coefficient de perméabilité équivalent k, résistance de la serrure, calcul de l'écoulement, approches analytiques, approche probabiliste)
- modes d'application des différents systèmes, mesures in-situ pour l'assurance qualité, comportement des systèmes sous conditions environnementales extrêmes (confinement de décharges)
- conception de solutions clé en main pour pratiquement tout type d'application
L’institut DELFT GEOTECHNICS (actuellement DELTARES), a développé pour le compte d'ArcelorMittal Commercial RPS le matériel de mesure et le modèle analytique, tandis qu’ArcelorMittal Commercial RPS a réalisé toute une série d'essais en laboratoire et in situ afin de sélectionner le meilleur système d'étanchéité et de déterminer l'influence de différents paramètres (sol, méthode de fonçage, palplanche, type de fluide, pression hydrostatique,...) sur les performances de celui-ci.
ArcelorMittal Commercial RPS a également défini des modes opératoires pour la mise en œuvre des systèmes d'étanchéité et continue de les améliorer par un suivi régulier de certains chantiers.
4. Flexion bi-axiale (oblique bending) des palplanches doubles en U: influence du sol
ArcelorMittal Commercial RPS a financé un projet de recherche mené par l'université technique de Delft dont l'objectif était de déterminer l'influence du sol sur le comportement en flexion bi-axiale de palplanches doubles en U. Une simulation aux éléments finis en 3D du sol et des palplanches (DIANA) a été utilisée pour analyser ce problème complexe. Dans un premier temps, on s'est intéressé à un rideau simplement encastré ou buté en pied.Contrainte équivalente q après excavation sur 2,7 m pour le rideau parfaitement lisse et le rideau parfaitement rugueux (N/m2).
Dans une deuxième phase, le modèle a été utilisé pour les rideaux de soutènement étayés et pour déterminer l'effet des pressions hydrostatiques ainsi que de différentes mesures destinées à empêcher l'occurrence d'une flexion bi-axiale.
5. Limites de l'utilisation de capteurs inductifs pour la détection du dégrafage des palplanches
Entre les griffes des capteurs inductifs : les rideaux de palplanches sous surveillance ...Les capteurs inductifs ont fait leurs preuves dans d'innombrables machines et installations. Ils constituent des interrupteurs de fin de course ou des interrupteurs de position robustes et fiables, y compris dans des conditions extrêmes. Certaines situations défavorables peuvent toutefois entraîner des erreurs d'indication ou de fonctionnement, avec une recherche d'erreur généralement longue et fastidieuse. L'exemple des rideaux de palplanches peut aider à identifier rapidement des problèmes analogues, et à les éviter.
Malgré de nombreux essais et améliorations apportées au système, nous n’avons pas réussi à atteindre une fiabilité suffisante pour remplacer le système actuel Dixeran.
Films montrant les essais des raccords (note: chaque fichier a 12Mb)
Raccord laminé à chaud C9
Raccord extrudé
Raccord extrudé
Dernière modification : juillet 25, 2022
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