Comprendre la Résistance des palplanches d'Acier
Les palplanches en acier sont largement utilisées pour les structures de soutènement. Ceux-ci peuvent être conçus comme des murs en porte-à-faux pour des murs de soutènement continus et des batardeaux, ou comme des coupes contreventées lorsqu'il s'agit d'excavations profondes pour la construction.
Un mur de palplanches doit résister aux charges suivantes une fois installé sur le site:
1. Pressions de terre latérales dans des conditions statiques
2. Pressions latérales de la terre dues aux tremblements de terre
3. Pressions hydrostatiques dues à l’accumulation de pression d’eau interstitielle sur le côté retenu
4. Surcharge en haut du côté de soutènement (par exemple, charge de trafic, charge de construction)
Un mur de palplanches est généralement idéalisé comme élément de flexion, car il résiste principalement aux contraintes de flexion des charges mentionnées ci-dessus. Sa résistance peut être déterminée à partir de deux éléments : la propriété géométrique de la palplanche et la qualité du matériau à utiliser.
On sait que pour un élément soumis à une flexion pure dans la limite élastique, la contrainte de flexion maximale d'un élément de flexion est définie comme
Où:
σmax = contrainte normale maximale causée par la flexion ou la "flexion", souvent appelée contrainte de flexion
M = moment de flexion appliqué à l'élément, dans ce cas la palplanche
c = distance entre l'axe neutre de l'élément et la fibre de tension/compression extrême de la section
I = deuxième moment d'aire, souvent appelé moment d'inertie
En se référant à l'éq. (1), la section de barre adéquate peut être sélectionnée en étudiant le rapport I/c. Ce rapport est défini comme le module de section élastique, S, et dépend uniquement des propriétés géométriques de l'élément. Substituer S pour I/c dans l'équation. (1), la contrainte de flexion maximale peut être définie comme suit :
Nous voyons dans Eq. (2) que la valeur de max est inversement proportionnelle au module de section élastique, S. Cela implique que les éléments de flexion doivent être conçus avec une valeur de S aussi grande que possible [1]. Pour illustrer cela, prenons un exemple de base en prenant deux (2) pièces de poutres en bois à sections transversales rectangulaires de la même zone, comme présenté à la figure 1
Figure 1. Deux poutres en bois de la même zone, A (Source: Beer, F.P. Mécanique des matériaux, 8e Éd.)
Pour les poutres rectangulaires, le module de section élastique, S, peut être calculé comme suit :
Nous pouvons voir à partir de l'Éq. (3) que pour deux poutres de sections transversales égales (notées A), la poutre avec la plus grande profondeur, h, aura un module de section plus grand et sera plus efficace pour résister aux contraintes de flexion dues aux charges appliquées.
Ce principe fondamental peut également être appliqué à d'autres formes structurelles. Pour un rideau de palplanches, une grande partie de la section transversale est située loin de l'axe neutre de la section. Si une section de palplanche a une grande profondeur, des valeurs plus élevées pour le moment d'inertie, I, et le module de section, S, sont attendues. Cela rend la palplanche plus performante en termes de flexion.
Outre les propriétés géométriques de la palplanche, la qualité du matériau doit également être prise en compte lors de la sélection de la section appropriée. Les palplanches sont le plus souvent en acier de construction. Comparé à d'autres matériaux de construction, l'acier a une limite d'élasticité et est généralement de nature ductile. La limite d'élasticité de l'acier varie considérablement et dépend de divers facteurs tels que la composition chimique et le processus de fabrication. Les normes de matériaux et d'essais jouent également un rôle essentiel dans la limite d'élasticité de l'acier, car certains projets nécessiteraient le respect de certaines normes de matériaux et/ou spécifications dans le cadre de la conception technique détaillée.
Pour en revenir à l'Éq. (2), on sait que la contrainte maximale de flexion diminue à mesure que le module de section augmente. Si nous prenons la limite d'élasticité, Fy, comme la contrainte de flexion maximale, max, divisée par un facteur de sécurité, Ω, Eq. (2) peut être exprimé comme suit :
Cela implique que lorsque l'ingénieur conçoit un mur de palplanches pour une limite d'élasticité de l'acier plus élevée, le module de section requis pour le projet serait inférieur. Cela se traduit par une section de palplanches plus légère et une optimisation de la conception/une ingénierie de la valeur est réalisée.
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La résistance des palplanches dépend de la géométrie et de la résistance du matériau utilisé. Il appartient à l'ingénieur concepteur de déterminer la section de palplanches et la résistance du matériau adéquates à utiliser pour le projet. Cela dépend bien sûr de la disponibilité des propriétés sélectionnées, de l'expérience et du jugement technique de l'ingénieur.
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