Le clouage des sols

Définition

   Le clouage est une technique de renforcement des sols en place, destinée à améliorer la stabilité de pentes naturelles ou artificielles, et consistant à introduire dans le terrain des inclusions (appelées aussi clous ou armatures), rigides et passives, qui ont pour effet de limiter les déformations du sol. Dans un massif renforcé, on qualifie d’activé la zone qui se déforme et de résistante, la partie rigide. Les mouvements du sol peuvent être très faibles ou plus étendus, la zone active peut rester stable ou, au contraire, s’effondrer suivant la nature et la qualité du renforcement. Les inclusions sont mises en place de manière à ce que leurs extrémités soient ancrées (par frottement) dans la zone résistante. Elles sont ainsi capables de reprendre les efforts moteurs dus au poids de la zone active. La surface qui sépare les deux parties est la surface de rupture potentielle (ligne en bidimentionnel). Les termes cloutage ou boutonnage sont parfois utilisés pour désigner cette technique bien que clouage soit maintenant consacré par l’usage, à juste titre d’ailleurs. Notons à ce sujet que le boulonnage désigne la technique similaire employée dans les roches et en travaux souterrains, et que clouter signifie garnir de clous, ce qui n’est pas le but de la méthode étudiée.

SOUTENEMENT PAR CLOUAGE.

Mise en oeuvre Les règles de l’art de la méthode de clouage imposent le respect du principe suivant : Perturber au minimum le terrain en place au cours du chantier, de manière à tirer profit des caractéristiques mécaniques initiales (LOUIS.1981). Un chantier de clouage se décompose en périodes qui elles-mêmes se divisent en plusieurs phases, comme le représente la figure 2 :
-a- Une excavation est tout d’abord effectuée sur une hauteur variable suivant la tenue du terrain (de l’ordre de deux mètres). Le terrassement se fait sur une longueur de quelques dizaines de mètres. Les chantiers de clouage se situent le plus souvent le long de voies de communications (existantes ou futures) et présentent donc une longueur importante comparée à la hauteur terrassée.
-b- Une couche de béton est ensuite mise en place par projection contre la paroi nouvellement taillée. Un treillis soudé, disposé au préalable contre le sol, arme ce voile que l’on désigne par parement ou peau de confinement. Son épaisseur est faible (dix centimètres). Des caches accrochés au treillis permettent de protéger de la projection des emplacements nécessaires par la suite, à la mise en place des clous. Le rôle de la peau est double ; d’une part, protéger la paroi contre d’éventuelles agressions, chocs, intempéries, et d’autre part, reprendre l’effort de poussée appliqué par la zone active et le transférer aux clous par l’intermédiaire des têtes. La projection n’est pas le seul moyen de mettre en place un parement ; il est possible en effet, d’utiliser des panneaux ou écailles (de même qu’en Terre armée) d’environ un à deux mètres carrés que l’on dispose contre la fouille. Une fois les clous installés, il convient de bourrer le vide existant entre le sol et les panneaux au moyen de mortier maigre pour garantir un bon frottement sol-peau.
-c- Enfin, les clous sont mis en place. Plusieurs techniques sont employées :
Le battage: Un mouton lourd frappe la tête du clou à une fréquence faible (OJ a i hz).
Le vibrofonçage: C’est l’association du fonçage et des vibrations.
Une charge fixe appuie en tête de clou qui est soumis à des vibrations à hautes fréquences (50 hz).
Le forage et le scellement : Un trou est foré à l’aide d’un outil approprié (tarriere, tricone, taillant, couronne diamantee), de diamètre généralement compris entre 6 et 15 cm). Le clou muni de centreur est mis en place puis scellé par du coulis de ciment. L’injection peut se faire sous différentes pressions qui restent assez basses (100 kPa).
Le jet nailing ou cloujet: Cette technique très récente dérive du jet grouting. LOUIS (1986) l’a décrite avec précision. Le principe est d’associer au vibrofonçage une injection de coulis sous très haute pression en bout de clou. Cette méthode présente l’avantage de faciliter la pénétration du clou dans le sol et de consolider le terrain au voisinage du clou sous l’effet de la pression d’injection. Nous reviendrons sur ces différentes techniques dans le sous-chapitre consacré à l’interaction sol-clou. Les inclusions généralement utilisées sont des armatures pour béton armé (acier à haute adhérence), de diamètre de 20,25 ou 32 mm ou des cornières d’environ 60 x 60 mm. Elles sont généralement inclinées de 10 à 20 degrés vers le bas. Une fois les clous scellés, il faut les relier à la peau de confinement pour permettre un transfert d’efforts (peau vers clou) lors du travail de l’ouvrage.

Historique

   Le clouage est utilisé depuis plus d’un siècle pour la stabilisation des pentes, mais plus récemmment pour le soutènement de fouille. Deux méthodes en sont à l’origine :
– le renforcement d’ouvrages miniers où le boulonnage était d’usage courant il y a déjà un demi-siècle.
– la méthode autrichienne de construction de tunnels qui était utilisée dans des matériaux rocheux et que les constructeurs ont appliquée au soutènement des têtes de tunnels dans des sols plus meubles. Le premier chantier de clouage, en temps que soutènement de fouille, a été réalisé en FRANCE en 1973 (le long d’une voie ferrée semi-enterrée). RABEJAC et TOUDIC (1974) ont présenté à l’époque la mise en œuvre résumée sur la figure 8. L’ouvrage comporte plus de 77 000 m de clous (longueurs cumulées) sur une surface de 72 600 m2. On notera que les armatures sont appelées épingles. Depuis, de nombreuses parois clouées ont été réalisées ; quelques-unes sont décrites ci-dessous

Comparaison Terre armée-clouage : la mise en œuvre

   Il n’est pas inutile avant de clore ce chapitre sur la présentation du clouage, de comparer brièvement cette technique avec celle de la Terre armée. Nous n’aborderons ici que la mise en œuvre, le dimensionnement et le comportement étant décrit dans les chapitres suivants. En effet, bien que ces deux techniques aient des différences fondamentales, il n’en est pas moins vrai qu’elles sont souvent comparées pour les quelques points qu’elles ont en commun. La Terre armée est maintenant largement utilisée et sa présentation n’est plus à faire. Une vue schématique d’un ouvrage type est présentée sur la figure 13. SCHLOSSER présentait, en 1983, un article entièrement consacré aux analogies et différences entre la Terre armée et le clouage. La plupart des réflexions suivantes font partie de cette communication.

Table des matières

CHAPITRE PREMIER : Présentation générale de la technique de clouage
1 Introduction
1.1 Définition
1.2 Différentes utilisations
2 Soutènement par clouage
2.1 Mise en œuvre
2.2 Deux types de soutènement
2.3 Dimensionnement
2.4 Historique
2.5 Exemples d’ouvrages
3 Clouage et autres renforcements
3.1 Position du clouage
3.2 Limites d’application
3.3 Comparaison Terre armée-clouage : la mise en œuvre
PREMIERE PARTIE : Etude expérimentale sur modèle réduit
CHAPITRE II : Analyse du comportement
1. Cinématiques observées
1.1 Champ de déplacement
1.2 Mécanisme et surface de rupture
2. Interaction sol armature
2.1 Frottement le long du clou
2.2 Réaction du sol, normale à l’axe du clou
2.3 Lieu des efforts maximum dans les clous
3. Essais d’arrachement
3.1 Comportement global
3.2 Répartition des efforts le long de l’armature
4. Pression des terres derrière le parement 
5. Comparaison Terre armée clouage: Le comportement
5.1 Champ de déplacement
5.2 Surface de rupture
5.3 Frottement le long du clou, essai d’arrachement
5.4. Réaction normale du sol à l’axe du clou
5.5 Distribution des efforts de traction
6. Conclusion 
CHAPITRE III : Etude du clouage sur modèles physiques
1 Introduction
1.1 Objectif
1.2 Principe des essais
1.3 Conditions à respecter
2. Lois de la similitude
2.1 Présentation
2.2 Application au modèle de paroi clouée
2.3 Dimensions du modèle
2.4 Choix des matériaux
3. Effets de bords
3.1 Minimisation
3.2 Etude de l’influence
3.3 Application au modèle de paroi clouée
4. Dimensionnement du modèle
4.1 Calcul des forces de frottements
4.2 Cas d’un sol pulvérulent
4.3 Cas d’un sol cohérent
4.4 Conclusion
5. Présentation du modèle réalisé
5.1 Container
5.2 Pont roulant
5.3 Mise en place du sol
5.4 Excavation et revêtement
5.5 Clouage
5.6 Mesure des déplacements du parement
5.7 Mise à jour de la surface de rupture
CHAPITRE IV : Résultats des essais sur modèle réduit
1 Généralités
1.1 Teneur en eau, hauteur critique et densité
1.2 Effets de bords
1.3 Résistance des clous
1.4 Tri des essais
2 Bordereaux d’essais 
3 Mise en œuvre
3.1 Parement (essai n°8)
3.2 Injection et tête de clou (essai n° 13)
4 Essais d’arrachement
4.1 Principe
4.2 Résultats
5.Rupture
5.1 Mécanisme
5.2 Ampleur
5.3 Causes
5.4 Forme de la surface
6 Autres résultats
6.1 Lieu des tractions maximales dans les clous
6.2 Sollicitations dans les clous
6.3 Fissuration
6.4 Poids du parement
6.5 Déformée du clou
6.6 Déplacement du parement
7 Conclusion 
DEUXIEME PARTIE : Dimensionnemcnt des parois clouées
CHAPITRE V : Etude bibliographique
1. Calcul à la rupture
1.1 Principe du calcul à la rupture
1.2 Approche par l’intérieur
1.3 Approche par l’extérieur, par les vitesses
1.4 Approche par l’extérieur, par les contraintes
2. Méthodes d’analyse de stabilité de pentes
2.1 Coefficient de sécurité
2.2 Position du problème
2.3 Méthodes des tranches
2.4 Méthodes globales
3. Dimensionnement des parois clouées
3.1 Méthodes de dimensionnement d’ouvrages en Terre armée
3.2 Méthodes de dimensionnement des parois clouées
4. Comparaison Terre armée-clouage : le dimensionnement 
5. Conclusion 
CHAPITRE VI : Analyse de stabilité de paroi clouée Logiciel AMANDINE
1. Présentation
1.1 Principe général
1.2 Données
1.3 Hypothèses générales
2 Méthode
2.1 Notations
2.2 principe
3 Hypothèses supplémentaires
3.1 Méthode des perturbations
3.2 Hypothèses complémentaires
3.3 Possibilités du logiciel
4 Présentation analytique et informatique
4.1 Principales équations
4.2 Organigramme
4.3 Environnement informatique
4.4 Exemple de sortie des résultats
5 Comparaisons des différentes variantes
5.1 Fonctions de perturbations
5.2 Comparaison de SRI et SR2
5.3 Comparaison des hypothèses complémentaires
6 Simulation de cas réels
6.1 Essai de STOCKER
6.2 Essai sur modèle n° 24
6.3 Expérience de Si REMY LES CHEVREUSES
7 Etude paramétrique
7.1 Cohésion
7.2 Angle de frottement interne
7.3 Coefficient de sécurité sur le sol
7.4 Influence de l’inclinaison des clous
8 Conclusion 
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
Annexe 1 : Exemple d’utilisation de la théorie du calcul à la rupture
Annexe 2 : Evaluation de la bande de sol dont le champ de contraintes est influencé par le frottement sur les parois latérales

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