Comportement des pieux énergétiques

par Van-tri Nguyen

Projet de thèse en Géotechnique

Sous la direction de Anh-Minh Tang.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de Géotechnique (equipe de recherche) depuis le 15-10-2013 .


  • Résumé

    Malgré le comportement thermo-mécanique du pieu énergétique a été étudié au tour du monde, mais la réponse du pieu énergétique dans le cadre du cycle thermique est encore faible, en particulier le comportement thermo-mécanique du pieu énergétique à long terme. Dans le cadre de ce projet, l'étude utilise la méthode expérimentale sur modèle réduit au laboratoire et 2 modèles in-situ pour répondre des questions. En conséquence, un pieu énergétique à petite échelle a été développé au laboratoire pour étudier son comportement thermo-mécanique sous charge cycles thermiques. Ce pieu avec 20 mm de diamètre extérieur a une capacité limite ultime de 500 N a été installé dans massive sable sec, et puis dans massive argile saturée. Pendant l'expérience, le pieu a été initialement chargé avec une série de charge axiale, qui vont de 0 N à 300 N, avec un incrément de 50 N. Pour chaque étape de charge, un cycle thermique a été appliqué immédiatement après le déplacement de la tête du pieu en raison de la charge axiale était stabilisée. Deux pieux in-situ, 0,4 m de diamètre et 12 m de long, ont été installés dans l'argile. Les pieux sont équipés d'un tube d'échangeur de chaleur qui permet contrôler la température de liquide sur la longueur du pieu. Les thermocouples ont été installés à des différents niveaux dans pieux et dans sol autour du pieu pour surveiller le transfert thermique pendant les essais. L'effort en tête de pieu a été appliqué à l'aide d'un vérin hydraulique, qui permet l'application d'une charge statique jusqu'à 3000 kN. La déformation axiale du pieu a été contrôlée à l'aide de fibre d'optique. Grace à l'essai de pressiométrique qui a effectués sur le site, la capacité limite ultime des pieux ont été estimé environ de 1800 kN. Le premier pieu a été chargée à un tiers de la capacité maximum (600 kN), tandis que la température du pieu a été maintenue à 5 ° C, 15 ° C et 25 ° C. Cela a permis à étudier l'effet de la température sur la réponse de la courbe effort-déplacement en tête du pieu. Pour le deuxième pieu, des cycles thermiques ont été appliquées entre 5 ° C et 25 ° C, tandis que la charge en tête du pieu est maintenue constante (entre 0 et 600 kN). Cette procédure permet observer l'effet des cycles thermiques sur l'interaction sol-pieu. Ensuite, l'étude numérique sur la base du code éléments finis est utilisé pour simuler l'essai sur le deux pieux in-situ. En analysant les paramètres des pieux et de sol, le modèle numérique peut fournir une meilleure compréhension de la réponse thermo-mécanique du pieu énergétique. A côté du problème du transfert thermique, une nouvelle solution simple a été développé appliquer pour pieu énergétique. Ce modèle permet d'évaluer une réponse le transitoire de la chaleur du pieu et le sol par rapport le temps.

  • Titre traduit

    Thermo-mechanical behavior of energy piles


  • Résumé

    Despite the thermo-mechanical behavior of energy pile has studied in around the world, but the response of energy pile under the cycles heating-cooling is still less studied, especially the behavior of pile in the long term operation. In the range of this project, the study uses method of experiment in laboratory and the field test to respond the problem. Accordingly, a small-scale energy pile has been developed in laboratory to study its thermo-mechanical behaviour under thermal cycles. A model pile of 20 mm external diameter has ultimate axial load capacity of 500 N was installed in dry sand and then in saturated clay. During the experiment, the pile was initially loaded with a series of axial load, which range from 0 N to 300 N, with an increment of 50 N. For each step of axial loading, a thermal cycle was applied immediately after the pile head settlement due to axial loading had stabilised. Two full-scale concrete piles, 0.4 m in diameter and 12 m long, were installed in clay. The piles were equipped with a heat exchanger tube that allows circulation of a temperature-controlled fluid along the pile. Various thermocouples were installed inside the pile and at various positions around the pile to monitor the heat transfer during the experiments. The pile head load was controlled by a hydraulic jack, which allows the application of a static load up to 3000 kN. The pile axial strain was monitored using optic fibers. From the pressiometer tests performed on the site, the ultimate bearing capacity of the piles was estimated at 1800 kN approximately. The first pile was loaded to one third of its capacity (600 kN) while the pile's temperature was maintained at 5°C, 15°C, and 25°C. That allowed investigating the effect of pile's temperature on the load-settlement behavior. For the second pile, temperature cycles were applied, between 5°C and 25°C, while the pile head load was maintained constant (at 0 and 600 kN). This procedure allows the observation of the effects of thermal cycles on the pile-soil interaction. Afterward, the numerical study based on the finite element code is used to simulate the field experiment of two pile tests. By analyzing the parameters of pile and surrounding soi, the numerical model can provide a better understanding on the thermo-mechanical response of energy piles. Beside, a simple new solution has been developed for heat transfer problem in pile and surrounding soil. This model allows evaluation transient heat response of the pile and soil during the time.