Un micropieu, aussi appelé pieu-racine, est un un pieu de faible section (son diamètre est compris entre 20 cm et 25 cm) foré dans le sol par injection de ciment et utilisé pour les fondations profondes afin d’assurer l’ancrage d’un ouvrage à une profondeur incompatible avec les fondations superficielles.
Intérêt du micropieu
Les micropieux permettent de profiter des couches résistantes, sur des sites présentant des caractéristiques mécaniques insuffisantes, pour la reprise des efforts transmis par les ouvrages. Ces efforts sont repris par l’inclusion sous forme de frottement latéral, mobilisé le long du fût du pieu, et de la résistance en pointe.
Le faible diamètre des micropieux a pour conséquence que l’effort est repris par le frottement latéral et on néglige la résistance de pointe, contrairement au pieu. De plus, les micropieux sont généralement utilisés en très grand nombre et positionnés très proches les uns des autres, ce qui nécessite la prise en compte d’interactions entre les inclusions (effet de groupe).
Normes
L’utilisation des micropieux en construction est réglementé par plusieurs normes :
Types de micropieux
Type 1
Le micropieu de type 1, appelé pieu-racine, est le type de micropieu le plus ancien et aussi le moins utilisé pour les constructions modernes. Le forage est rempli de mortier de ciment fortement dosé au moyen d’un tube plongeur.
Type 2
Le micropieu de type 2 est un micropieu équipé d’armature et le forage est rempli de coulis de ciment ou de mortier par gravité ou sous faible pression moyennant un tube plongeur.
Types 3 et 4
Le micropieu de type 3 et type 4 nécessite un forage muni d’une armature et d’un dispositif d’injection constitué d’un tube à manchettes installé dans un coulis de gaine mis en place gravitairement. La pression d’injection doit être supérieure ou égale à 1MPa.
Insertion de micropieux
Forage de sol avec enlèvement de matière
Le forage de sol avec enlèvement de matière est une technique de génie civil qui consiste à déstructurer le sol à la base du forage à l’aide d’un outil de coupe. Ce processus transforme le sol en débris, appelés « cuttings », qui doivent ensuite être remontés à la surface ou refoulés latéralement.
Méthodes et outils de forage
Outil de coupe
L’outil de coupe utilisé pour le forage est entraîné en rotation, tout en appliquant une force d’appui axiale. Certains outils peuvent également appliquer des coups ou des percussions en complément de l’appui et de la rotation.
Fluides de forage
Pour faciliter le processus de forage et transporter les cuttings, différents fluides peuvent être utilisés, tels que l’eau, la boue ou l’air. Ces fluides permettent de forer dans divers types de terrains, bien que l’efficacité puisse être réduite dans les roches résistantes, particulièrement avec des équipements de moindre puissance.
Stabilité des parois du forage
La stabilité des parois du forage dépend de nombreux facteurs :
- Cohésion du sol : Le sol traversé peut parfois être suffisamment cohésif pour que les parois soient autostables.
- Diamètre et charges : Le diamètre du forage ainsi que les charges appliquées par les machines de forage influencent la stabilité.
- Hydraulique souterraine : Les conditions d’hydraulique souterraine jouent un rôle crucial dans la stabilité en cours de forage.
- Vibration et rotation : Le matériel de forage peut affecter la stabilité des parois par la vibration et la rotation des tiges.
- Interprétation géotechnique
Correctement interpréter les informations géotechniques est nécessaire pour prédire la stabilité des parois, en tenant compte des différents types de sols et de la présence de nappes aquifères.
Forage à l’air
Le forage à l’air sans tubage est viable seulement si les parois du forage sont autostables. L’air, toutefois, peut poser des risques de par sa compressibilité et fluidité, pouvant créer des surpressions pouvant déstabiliser le forage.
Stabilisation des parois
Dans les sols peu cohérents et en absence d’eau souterraine, l’utilisation de mousses de polymères peut améliorer la stabilité des parois lors du forage à l’air.
Forage à l’eau et à la boue
Ces méthodes consistent à injecter de l’eau ou de la boue au niveau de l’outil de coupe pour transporter les cuttings. La boue peut former un « cake » sur les parois, améliorant ainsi la stabilité.
Tubage
Le tubage est une méthode qui assure la stabilité des parois du forage, souvent associée au forage à l’air.
Forage préalable avec évacuation de matière sans utilisation d’outil de coupe
Ce mode opératoire implique l’emploi d’un tube enfoncé dans le sol. Durant ce processus, l’injection d’eau à la base provoque une décomposition du sol. Les débris, ou cuttings, sont ensuite remontés à la surface via le tube, portés par le flux d’eau. Cette technique n’est cependant pas adaptée aux sols avec des particules de grande taille, car elles ne peuvent être correctement remontées par l’eau.
Dans une configuration alternative, notamment pour les sols à la granulométrie fine et à la cohésion réduite, l’utilisation d’un tube secondaire coaxial est recommandée. Ce dispositif permet de soutenir l’enfoncement par un courant d’air annulaire qui transporte les cuttings vers le haut, suivant le tube central. Bien que les applications de cette méthode soient limitées, elles sont reconnues pour être économiques.
Forage préalable sans évacuation de matière avec refoulement du sol
Pour l’installation de micropieux dans des terrains qui ne sont pas excessivement durs, on peut recourir à un perforateur, semblable à ceux utilisés pour la pose de tuyauteries par méthodes sans tranchée. Ce procédé opère par déplacement du sol sans enlever de matière, repoussant le sol autour du forage. Généralement associé à des techniques de scellement spécifiques, ce système peut néanmoins être utilisé indépendamment de celles-ci.
Scellement des micropieux
Coulis de ciment
Un agglomérat constitué d’eau et de ciment est produit grâce à l’utilisation d’un turbo-malaxeur, assurant une dispersion optimale des particules de ciment. Il n’est pas rare d’incorporer un adjuvant à haut pouvoir réducteur de l’eau. Il faut sélectionner le ciment en tenant compte de la corrosivité potentielle du sol et des eaux souterraines, en se conformant aux normes établies pour le béton, telles que l’Afnor P18-011 et l’EN 206-1.
La quantité de ciment varie selon l’usage final du coulis. À titre d’illustration :
Pour des armatures auto-forantes, le ratio ciment/eau (C/E) reste à 1 durant la plus grande partie du forage, puis monte jusqu’à 2,5 durant la dernière étape ; ce ratio est ajusté au gré de la typologie du sol (par exemple, un ratio inférieur est choisi pour les sables comparativement aux argiles, sauf lors de l’injection terminale), Le coulis destiné au scellement par gravité affiche un ratio C/E de 2, Dans les techniques IRS et IGU d’injection, le ratio courant C/E est aussi de 2. La constitution du coulis évolue avant sa prise ferme :
Avec une armature auto-forante, il se mélange à des particules terrestres. À proximité immédiate de la tige, le coulis est peu chargé en particules et riche en ciment, alors qu’à distance, il prend la forme d’un mortier de sol,
Un coulis destiné à un scellement par gravité est sujet à l’égouttage et à la sédimentation avant de durcir, phénomènes qui s’intensifient lorsque le ratio C/E est faible. La protection chimique des armatures, la pérennité du coulis une fois durci face aux agents corrosifs, ainsi que l’interaction efficace entre le sol et le coulis dépendent à la fois de la concentration en ciment et de la rigueur de son application. Bien que la force mécanique du coulis durci soit souvent considérée comme excessivement élevée, elle reste un facteur clé.
Mortier
On utilise couramment le mortier pour l’encapsulation d’éléments insérés dans le sol, équipés d’un large sabot. Ce composé est formé principalement de sable, ciment et eau, avec une proportion de ciment souvent supérieure à 500 kg/m³. Les critères de sélection du ciment pour le mortier sont identiques à ceux du coulis.
Béton
Le béton trouve son utilité principale dans la création de :
- Pieux préfabriqués : ici, le type de béton est choisi en fonction des contraintes supportées pendant la manutention et la mise en place, des exigences de performance en usage et de la résistance nécessaire pour assurer la durabilité dans des conditions environnementales données.
- Colonnes de micropieux en béton non armé : ce béton est coulé dans un tube de petit diamètre qui est par la suite retiré; par conséquent, le béton doit présenter une grande fluidité pour assurer un remplissage adéquat.
Scellement « gravitaire »
Ce terme regroupe diverses techniques dont la caractéristique commune est que le coulis de scellement, une fois mis en place et avant la prise du ciment, demeure avec une surface exposée. Cependant, l’efficacité en termes de frottement latéral varie selon la méthode employée et le contexte géotechnique spécifique.
Technique de remplissage par le haut du forage
Cette technique est exclue en présence d’un forage exécuté avec de l’eau ou de la boue, et elle est inapplicable lorsque le fond du forage se trouve dans une nappe phréatique. Le forage, qu’il soit tubé ou non, est comblé par un coulis versé depuis le sommet :
Pour un forage non tubé, l’armature est placée une fois le remplissage accompli.
Pour un forage tubé, le coulis est versé avant le retrait du tubage; l’armature peut être insérée soit avant soit après l’extraction du tubage.
Technique de remplissage via un tube plongeant jusqu’au fond du forage
Le tube servant à l’injection du coulis vers la base du forage peut être constitué de l’armature elle-même ou d’un tube distinct, qui sera soit laissé en place soit extrait après l’opération. L’armature prête à l’emploi est introduite dans le forage (tubé ou non), et si le forage est tubé, le tubage n’est installé qu’après que le forage a été rempli de coulis