Contribution to the study of the mechanical and corrosion behavior of a screw pile in soft soil of a humid tropical environment

L’objet de cette thèse est l’étude des comportements mécanique et à la corrosion d’un nouveau système de fondation, dit pieux SPIRMEC, adapté aux structures légères. Le travail s’est focalisé sur deux grands aspects. Le premier aspect concerne l’analyse du comportement sous chargement axiale des pieux SPIRMEC sur la base de l’expérimentation et de la modélisation numérique dans un sol mou non cohésif. Quant au deuxième aspect, il traite du problème de la corrosion de l’acier constituant le pieu dans un environnement tropical humide. Le comportement des pieux SPIRMEC sous une charge axiale de traction, dans un sol fin non cohésif, a montré le développement d’une surface cylindrique de rupture. Celle-ci ne dépend pas de la configuration géométrique des pieux tel que : l’espacement S, le diamètre d’hélice Dh et le diamètre du tube d. En adoptant ce critère de rupture et à l’aide d’une analyse statistique des données, nous avons proposé quatre méthodes analytiques de prédiction de la capacité portante des pieux SPIRMEC à partir des essais in-situ et au laboratoire qui sont: • Méthode CPT basée sur la résistance de pointe pénétromètrique (essai CPT), • Méthode MPT basée sur la pression limite pressiomètrique (essai MPT), • Méthode du couple d’installation, • Méthode analytique basée sur les paramètres de cisaillement de sol notamment l’angle de frottement interne (essais triaxial et boîte de cisaillement). Ces méthodes tiennent compte de la géométrie du pieu, du procédé de mise en oeuvre et de la compacité du sol. L’analyse de performance des méthodes proposées a montré que les méthodes analytique et CPT représentent mieux le comportement des pieux testés. La modélisation numérique du comportement des pieux SPIRMEC sous charge axiale de traction a été également étudiée à l’aide du code de calcul Plaxis 2D. Un modèle axisymétrique a été adopté pour modéliser la géométrie de la structure. Le modèle de comportement hardening soil a été retenu pour modéliser le comportement élastoplastiq des couches de sol. Un modèle élastique linéaire a été retenu pour le pieu. Quant au comportement de l’interface sol-structure, il a été pris en compte par un modèle élastoplastique basé sur les critères de Mohr-Coulomb. L’expansion du sol résultant de l’installation des pieux a été approchée par une cavité cylindrique. Cette dernière a été modélisée par des déformations volumiques anisotropes. Nous avons constaté, qu’appliquer une déformation volumique de l’ordre de 40% permet une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux. L’étude paramétrique nous a également permis de constater l’existence d’une variation linéaire entre la capacité portante et l’espacement S. Le comportement de l’acier galvanisé dans le sol a été également étudié au moyen de trois approches: électrochimique, visuelles grâce au microscope électronique et gravimétrique. Les tests électrochimiques de corrosion du zinc ont été réalisés dans la solution de sol artificielle pour deux périodes bien distinctes : saison des pluies et après 8 mois de contact sol-pieu. Une forte dépendance est constatée de la vitesse de corrosion de zinc au pH et à la conductivité de la solution. La vitesse de corrosion est plus importante en saison des pluies qu’après 8 mois de contact de pieu avec le sol. Les fortes concentrations en sulfates semblent augmenter la vitesse de corrosion. Les analyses menées au MEB montrent que la zone de fluctuation de nappe et en surface externe (sol/air) sont les zones les plus corrodées. La comparaison entre les différentes techniques d’évaluation de la vitesse de corrosion a montré que l’eau de nappe peut être utilisée comme un milieu représentatif du profil chimique d’un sol non cohésif et légèrement granulaire.The purpose of this thesis is to study the both behaviors mechanical and of the corrosion of a new foundation system, called spirec piles, for lightweight structures. The work was based on two main aspects. The first aspect concerns the analysis of behavior of the spirmec piles under axial loading on the basis of experimental and numerical modeling in a non-cohesive soft soil. On the second aspect, it addresses the problem of corrosion of steel forming the pile in a humid tropical environment. The behavior of the tested piles under axial traction load, in a non-cohesive soil, showed the development of a cylindrical surface of failure. This does not depend on the geometrical configuration of the tested piles such that: the spacing s, the helix diameter dh and the diameter of the shaft. By adopting this failure criterion and using statistical data analysis, we proposed four analytical methods for predicting the bearing capacity of the piles from in-situ and laboratory tests, which are: cpt method based on tip resistance penetrometer (cpt test), mpt method based on pressuremeter limit pressure (test mpt), method of installation torque and analytical method based on the shear parameters of soil (triaxial tests and shear box). These methods take into account the geometry of the pile, the method and implementation of soil compaction. Performance analysis of the proposed methods showed that the analytical methods and cpt represent better the behavior of piles tested. An axisymmetric condition was assumed to model this geometry in two-dimensional space. In this study, we proposed to model the pipe screw pile with plates elements available in plaxis 2d. The helixes were modeled as circular disks. Interface elements were incorporated along the pile to simulate the soil-pile interaction. Hardening soil model was chosen to describe the soil with drained behavior was assigned for all layers. Linear elastic for pile and elastic plastic model based on the mohr-coulomb criterion was used to describe the interface behavior. The lateral expansion generated by the pile shaft was modeled by anisotropic volumetric strains (ɛxx=ɛzz, ɛyy=0). The pile behavior under tensile loading at different volumetric strains, it is clear that the best fit was obtained at volumetric strain of 40%. The parametric study also allowed us to establish the existence of a linear variation between the bearing capacity and spacings. The behavior of the galvanized steel in the ground has also been studied using three approaches such as: electrochemical, microscopic imaging and gravimetrically. Electrochemical tests of the corrosion of the zinc have been made in artificial soil solution into two periods, the rainy season and after eight months of contact soil-pile. Is a strong dependence of the observed corrosion rate of the zinc at the ph and conductivity of the solution. The corrosion rate is higher in the rainy season compared to eight months of contact of the pile with soil. High sulfate concentrations increase the rate of corrosion. The meb analysis shows that the fluctuation zone of the water table is the most corroded area. Comparison between the different methods of evaluating the corrosion rate showed that the ground water may be used as a representative profile of the chemical environment of a non-cohesive soil and slightly granular