2-fondations

1Fondations

Chapitre IFondations superficielles

Chapitre IIFondations profondes

2Fondations superficielles

Objectif de ce chapitre Calculer la capacit portante dune fondation superficielle et dterminer

son tassement

1- Description et comportement des fondations superficielles

2- Mthode c- : approche dterministe2.1- Calcul de la capacit portante2.2- Dtermination des tassements

3- Mthode pressiomtrique 3.1- Essai au pressiomtre de Menard3.2- Application aux fondations superficielles

3.3- Grandeurs quivalentes

31- Description et comportement des fondations superficielles

Classification des fondations

41.1- Description dune fondation superficielle

Largeur d'une semelle : B

Longueur d'une semelle : L une semelle est continue lorsque L > 5B

Hauteur d'encastrement : D paisseur minimale des terres au-dessus du niveau de la fondation Ancrage de la semelle : h profondeur de pntration dans la couche porteuse

Radiers et dallagesgrandes dimensions

51.1- Description dune fondation superficielle

c) Radiers (ou dallages)a) Semelle filante b) Semelle isole

6Domaine des fondations superficielles

D/B < 4 Fondations superficiellesD/B 10 Fondations profondes4 D/B

71.2- Comportement dune fondation superficielle

Courbe typique obtenue lors du chargement dune fondation superficielle

- Application d'une charge monotone

croissante Q (manire quasi statique)- Mesure des tassements s obtenus en

fonction de la charge applique Q

Qd Ql Charge Q

sd

Tassement

8sd

Qd


- Au dbut, comportement sensiblement linaire (s proportionnel Q)

- Aprs, s nest plus proportionnel Q(cration et propagation de zones de sol plastifies sous la fondation)

- partir dune certaine charge, poinonnement du sol (tassement qui nest plus contrl)

Ql QQl Q

Le sol nest pas capable de supporter une charge suprieure(on peut dire que lon a atteint lcoulement plastique libre)

Cette charge est la capacit portante de la fondation(charge limite, charge de rupture ou encore charge ultime)

Qd Qsd

Qd QlQd Qsd

Qd QlQd QQlQd QQlQdsd

Qd QQlQd

9sd

Qd QQlQd

B

D


sld FQQ /=Qd charge admissible ou charge de travail

ou charge de service

contrainte admissible ou taux de travail

contrainte de rupture

Fs coefficient de scurit global gnralement gal 3

( ) dd qBLQ =/( ) ll qBLQ =/


10


Comportement la ruptureIl se forme sous la base de la semelle un poinon rigide qui s'enfoncedans le sol en le refoulant de part et d'autre jusqu' la surface.Zone I

Zone III Les zones externes ne sont soumises qu' des contraintesbeaucoup plus faibles qui ne le mettent pas en rupture.

Zone IILe sol de ces parties est compltement plastifi et il est refoul vers la surface.Dplacements et cisaillement importants rupture gnralise

11

Capacit portante et tassement dune fondation superficielle

Mthode c-

Calcul de la capacit portante et tassement

Mthode pressiomtrique

Essais de laboratoire Essais in situ

12

2- Mthode c- : approche dterministe

2.1- Calcul de la capacit portante2.1.1- Semelle filante. Charge verticale et centre2.1.2- Influence de la forme de la fondation

2.1.3- Influence de linclinaison

2.1.4- Influence de lexcentrement de la charge

2.1.5- Fondations sur sols htrognes2.2- Dtermination des tassements

13

2.1- Calcul de la capacit portante

Hypothses - semelle filante horizontale, parfaitement lisse- charge verticale centre Q (par mtre linaire)

Application du principe de superposition sur trois tats

- action de la cohsionentrane une rsistance Qc

- action des terres situes au-dessus duniveau des fondations et supposes agircomme une surcharge

entrane une rsistance Qq

- rsistance du sol pulvrulent sous leniveau de la semelle

entrane une rsistance Q

1

1

q

0

14


Charge limite de la fondation (capacit portante)Ql = Q + Qc + Qq

Contrainte de ruptureql = q + qc + qq

Formule gnrale

avec q = Q/B

- calcul court terme en conditions non draines (en contraintes totales)- calcul long terme en conditions draines (en contrainte effectives)

( ) ( ) ( ) ( )+++= q2c1 N N N B 21 Dqcql

terme deprofondeurterme decohsion

terme desurface

( ) ( ) ( ) qc Nt N ,N e facteurs de portancequi ne dpendent que de

Application de la formule

1

1

q

0

15


Calcul en conditions non draines

Pour l'tude court terme :c = cu

= u = 0 et

N = 0 ; Nq = 1 Nc (0) = pi + 2 = 5,14

La contrainte de rupture, pour une semelle filante, devient :

( ) Dqcq ul 0N 2c ++=

2 est le poids volumique total du sol latral

On ne djauge pas la fondation en prsence dune nappe

16


Calcul en conditions draines

Pour l'tude long terme :c = c

= et

La contrainte de rupture, pour une semelle filante, est :

) est le poids volumique effectif : en prsence dune nappe

On djauge le poids de la fondation en prsence dune nappe

( ) ( )2 4 tan tan expN '2'q +pipi= ( ) 'c cot 1N = qN( ) '

tan1 2N = qN

( ) ( ) ( ) ( )'q'2'c'''1 N N N B 21 +++= Dqcql

'

1 '2(et w= 'sinon le poids total

17


Calcul en conditions draines

( ) ( ) ( ) ( )'q2'c''1 N N N B 21 +++= Dqcql

Pour la nappe affleurant la surface (sol satur) :

Pour une nappe grande profondeur (sol sec) :

( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( )'q2'c''w1 N N N B -21 +++= Dqcq wl

18


2.1.2 Influence de la forme de la fondation. Charge verticale et centre

Introduction de coefficients multiplicatifs s, sc et sq coefficients de forme

( ) ( ) ( ) ( )+++= q2qcc1 N s N s N B s 21 Dqcql

Valeurs de s, sc et sq- Eurocode 7-1

Conditions saturs et non draines Conditions draines ou non saturs non draines

Fondations rectangulaires carres oucirculaires(B/L = 1)

rectangulaires carres oucirculaires (B/L = 1)

sLB3,01

0,7

cs

LB

2,01 +1,2

1

1'sin1

+

qN

qNLB

1

1'sin1

+

qN

qN

qs 1 1 'sin1 +LB 'sin1 +

19

2.1.3 Influence de linclinaison

Charge incline par rapport la verticale

Valeurs de i, ic et iq


coefficients minorateurs i, ic et iqcoefficients de Meyerhof

( ) ( ) ( ) ( )+++= q2qqccc1 N s i N s i N B s i 21 Dqcql

( )2'1 =i( )221 pi== qc ii

Q

20

2.1.4 Influence de lexcentrement de la charge


Mthode de Meyerhofremplacer les dimensions relles B et Lde la semelle par des dimensionsrduites quivalentes B et L

B = B 2 e

L = L - 2 ed'o

Fondation rectangulaire ou carre

Fondation circulaire

'' L B ll qQ =

B/4B 'pi= ll qQ

Q

21

Semelle soumise la flexion compose

un effort centr Q et un moment de flexion M

Cas o la semelle supporte :

ou un effort Q excentr de e0 par rapport au centre de gravit, ce qui quivalent au cas prcdent avec

M = e0 Q

Q

22

Semelle soumise une charge excentre: cas dune semelle rectangulaire

Raction du sol sous la semelle : Diagramme des contraintes

Si ( rsultante dans le noyau central ) 60B

e

la contrainte de contacte, a une rpartition

trapzodale sur toute la surface, est une contrainte de compression sous toute la semelle

LBQ

Be

LBQ

Be

M

m

+=

=

0

0

61

61

ou semelle entirement comprime

23



Si ( rsultante hors du noyau central ) 60B

e >

la contrainte de contacte a une rpartition

triangulaire

=

=+

=

0

0

23

223

xeet .

2

eBL

Q

BxLQ

M

M

soit

semelle partiellement comprime

x

x

24



Si ( rsultante hors du noyau central ) 60B

e >

La surface comprim est :

=

== 00 2

..32

.3.. eBLeBLxLS

Si on considre, par exemple, une surface de

contact comprime sur les 3/5 au moins, on a:

BLeBLS53

.

2.3 0

=

soit

0310

eB

25


La mthode de Meyerhof fournit une contrainte moyenne:

Dans tous les cas :

''LB

Qqqmoymeyerhof ==

refmM

meyerhof qq =+

=

43

26

Scurit vis--vis de la rupture du sol de fondation

.''

admref qq

: contrainte conventionnelle de rfrence (dpend du chargement et de la gomtrie de la semelle)- due l'effort normal (rsultante verticale excentre) qui s'applique sur la semelle- plus leve qu'une contrainte moyenne

- peut tre calcule de deux faons

'

refq

'

admq : contrainte admissible (dpend du sol)- ne pas dpasser dans le sol pour qu'il n'y ait pas de rupture

- dpend de la contrainte ultime (de rupture) du sol

27

.

Contrainte de rfrence 2 approches

- 1er approche : contrainte au trois quarts

aprs avoir tabli la rpartition des contraintes sous

la semelle, on dfinit la contrainte de rfrence 43

minmax' qqqref

+=

semelle entirement comprime e B/6

semelle partiellement comprime e > B/6

==

eBL

Qqq2

3

2 0 '

max

'

min

redfinie de faon queseule la zone comprimequilibre les actions

( ) LeBQ

e

qqref

=

==

22BL3

Q2.

43

43

'

max

'

+

=

=

Be

LBQq

Be

LBQq 61 61 '

max

'

min


28

.

Contrainte de rfrence 2 approches

- 2eme approche : Mthode de Meyerhofconsidrer comme contrainte de rfrence la contrainte verticale moyenne

sur une largeur plus petite que B, soit une largeur quivalente B

B = B 2 e

( ) LeBNq

ref

=

2'dou

ou de manire plus gnrale sur une semelle rectangulaire

( )( )'22'

eLeBNq

ref

=


29

2.1.5 Fondations sur sols htrognes


Mthode de la semelle fictive

- Assurer la portance dune couche molle sous-jacente (situe au-dessous de la couche porteuse)

calculer la portance dune fondation fictive pose sur le toit de la couche molle et ayant pour largeur B + H

30

2.2- Dtermination des tassements

Amplitude totale du tassement final = somme de trois composantes

- souvent prpondrant pour sols pulvrulentsst = si + sc + s

si : tassement initial ou instantan (lasticit du sol)sc : tassement de consolidation primaire (dissipation de la pression interstitielle)s : tassement de consolidation secondaire (fluage du sol)

ngligeable

31


2.2.1 Distribution de la contrainte verticale z avec la profondeur

tassement calcul sous les seules charges permanentes

distribution des contraintes mthodes les plus utilises : Boussinesq (1885) et abaques

Thorie de lElasticit:

La contrainte due la charge Q ne dpend ni du Module de Young ni du coefficient de Poisson, uniquement de la position: profondeur par rapport au point dapplication de Q et dviation par rapport la direction de Q

pi

52 cos.2

3z

Qv =

32



cas dune fondation circulaire uniformment charge (par la contrainte q)

Solution Graphique plus pratique : Abaques

33



cas dune fondation filante ou carre uniformment charge2.2.1 Distribution de la contrainte verticale z avec la profondeur

cas dune fondation filante ou carre uniformment charge2.2.1 Distribution de la contrainte verticale z avec la profondeur

34

cas dune fondation rectangulaire uniformment charge

Abaque de Steinbrenner

- calcul sous un angle de l'aire

charge

- I en fonction de L/z et B/z- L et B interchangeables

35

Exemple

cas dune fondation rectangulaire uniformment charge2.2.1 Distribution de la contrainte verticale z avec la profondeur


IA = I1 + I2 + I3 + I4

IB = I1-4 + I2-3 - I3 - I4

36

cas particulier : semelle fictive2.2.1 Distribution de la contrainte verticale z avec la profondeur


( )( )zBq

z ++=

zLB L

- Mthode approche : On supposer une diffusion de la contrainte q 1 pour 2 avec la profondeur- la profondeur z, laccroissement de contrainte z sous une semelle rectangulaire L x B est :

37


2.2.2 Dtermination du tassement instantan

Mthode lastique de Boussinesq

fi BCEqs

21 =

q : contrainte applique sur la fondation (uniforme ou moyenne)B : largeur ou diamtre de la fondationE : module d'Young dtermin par un essai de compression ou triaxial : coefficient de PoissonCf : coefficient de forme ; Giroud (1972) propose les valeurs suivantes

1,491,401,271,241,201,161,111,050,980,890,760,560,64Bord

2,992,802,542,482,402,322,222,101,961,781,531,121,00centreFondation souple

2,542,372,132,072,001,921,831,721,591,431,200,880,79Fondation rigide

201510987654321CirculaireL/B

38


2.2.3 Dtermination du tassement de consolidation primaire

Sol normalement consolid '' 0 pv

( )'log vceC

=

( )

+

+

0'

'

0''

0'

1log

loglog

v

v

vvv

0

'

0

'

1HH

et

1log.

e

e

Cev

vc

+

=

+=

v v v

v

v

v

0 0

+

+==

'

0

'

00 1log.1.

v

vc

oede

CHHs

Rsultats de lessais oedomtrique

39



Sol surconsolid '' 0 pv

40

vv



Mthode des couches

sol dcoup en n couches de hauteur Hi calcul du tassement de chacune des couches

- 1 essai oedomtrique par couche

- Cc et 'p par couche

- 'v0 et v par couche

=

=n

iiHs

1

41


Rgles pratiques

argiles raides surconsolides

oeds 0,6 5,0=is

oeds 0,4 5,0=cs

oeds =ts

argiles molles normalement consolides

oeds 0,1=is

oeds =cs

oeds 1,1=ts

42

3- Mthode pressiomtrique

3.1- Essai au pressiomtre de Menard (1956)3.1.1- Principe de lessai

3.1.2- Courbe pressiomtrique3.1.3- Prsentation et interprtation des rsultats

3.2- Application aux fondations superficielles

3.2.1- Calcul de la capacit portante3.2.2- Calcul des tassements


43

3.1- Essai au pressiomtre de Menard (1956)

3.1.1 Principe de lessai

dilatation radiale d'une cellule cylindriqueplace dans un forage pralable

obtention d'une courbe donnant- la variation de volume de la cellule- en fonction de la pression applique

dduction d'au moins deux paramtres principaux- module pressiomtrique tassement- pression limite rupture

dimensionnement des fondations partirde rgles dinterprtation descaractristiques pressiomtriques des sols

44


Les trois parties d'un pressiomtre Mnard

La sonde

introduite dans un forage ou mise enplace par battage

dilatation par la cellule de mesure

gaine de caoutchouc

injection d'eau sous pression

cellules de garde- aux deux extrmits de la cellule de mesure- remplies de gaz- assurer une rpartition uniforme descontraintes et des dformationsprovoques par la cellule de mesure

45


Les trois parties d'un pressiomtre Mnard

Le contrleur pression - volume

CPV- la surface du sol- sollicitation de la sonde- ralisation des mesures

Les tubulures de connexion

- conduits en plastique semi-rigide- transmission des fluides (eau et gaz)du CPV la sonde

46


3.1.2 Courbe pressiomtrique

Variation de volume V (cm3) de la cellule de mesure V60en fonction de la pression p applique (MPa)

Trois phases successives

phase initiale (OA)

mise en quilibre de l'ensemble sonde-forage-terrain- mise en contact de la paroi de la sonde avec le terrain

- mise en place du sol dcomprim par le sondage

47



phase pseudo-lastique (AB)

proportionnalit entre les variations de volume et les pressions- comportement du sol considr lastique

module pressiomtrique (module de dformation)

( )Vpk

VVppVVVE

AB

ABBAM

=

+++= ..2

.12 0

Vo : volume de la cellule centrale au repos (593 cm3 pour une cellule de 58 mm)pA, VA : pression et volume l'origine de la phase pseudo-lastique

pB, VB : pression et volume l'extrmit de la phase pseudo-lastique

: coefficient de Poisson du sol (habituellement 0,33)k : constante gomtrique de la sonde

- utilis pour le calcul des tassements

48



la pression de fluage (pf) spare les phases pseudo-lastique et plastique- fin de la partie linaire- les dformations diffres deviennent importantes par rapport aux dformationsinstantannes

dformation diffreVpi(60) Vpi(30)

49



phase de grands dplacements (BC) quilibre limite

dformations

- tendent vers l'infini pour une valeur asymptotique de p- trs grandes pression limite pl

pression correspondant au doublement de volumede la sonde par rapport son volume initial

utilise pour le calcul de stabilit des fondations

50


3.1.3 Prsentation et interprtation des rsultats

Rsultats prsents en fonction de la profondeur et

sous forme de tableau synoptique

- valeur de EM et de pl- nature des terrains traverss

- mode et outil de forage- vitesse d'avancement de l'outil ou la courbe de

battage

- venues d'eau

- altitude en cote NGM

51


3.1.3 Prsentation et interprtation des rsultats

52


3.2.1 Calcul de la capacit portante

Pression de rupture du sol sous charge verticale centre ql

ql : pression de rupture

q0 : pression verticale totale des terres au niveau de la base de la fondationp0 : pression horizontale totale des terres au moment de lessai

pl : pression limite pressiomtrique

kp : coefficient empirique appel facteur de portance pressiomtrique

( )0lp0l ppkqq +=

53



contrainte totale horizontale dans le sol au moment de l'essai p0

Lorsque sa valeur n'est pas prcise dans le rapport gotechnique, po est calcul par la relation :

uKv += 0'

00 p

: contrainte effective verticale au moment de l'essai au niveau considru : pression interstitielle au niveau considr

Ko : coefficient de pression des terres au repos

dfaut d'autre indication 0,5 en gnral1 pour certains limons et argiles surconsolids

'

0'

0 qv =

54



Facteur de portance Kp

- valeurs utilises : calages empiriques

- fonction de :

- nature de la formation concerne- profondeur d'encastrement relative De/B- rapport de la largeur B la longueur L

de la fondation

Type de sol Expression de kp

Argiles et limons A, craies A

++

BD

LB e4,06,0 25,01 8,0

Argiles et limons B

++

BD

LB e4,06,0 35,01 8,0

Argiles C

++

BD

LB e4,06,0 5,01 8,0

Sables A

++

BD

LB e4,06,0 35,01

Sables et graves B

++

BD

LB e4,06,0 5,01

Sables et graves C

++

BD

LB e4,06,0 8,01

Craies B et C

++

BD

LB e4,06,0 27,01 3,1

Marnes, marno-calcaires, roches altres

++

BD

LB e4,06,0 27,01

Facteur de portance Kp

55



Facteur de portance Kp- classement des diffrents sols :

tabli partir des fourchettes indicatives de la pression limitesuivant la proposition suivante

> 4,5FragmentesB

2,5 4,0AltresARoches

> 4,5CompactsB

1,5 4,0TendresAMarnes, marno-calcaires

> 3,0CompactesC

1,0 2,5AltresB

< 0,7MollesACraies

> 2,5CompactsC

1,0 2,0Moyennement compactsB

< 0,5LchesASables, graves

> 2,5Argiles trs fermes dures

C

1,2 2,0Argiles et limons fermesB

< 0,7Argiles et limons mousAArgiles, limons

Pressiomtrepl (MPa)

Classe de sol

56


3.2.2 Calcul des tassements

Amplitude totale du tassement final = somme de deux composantes

dc sss +=

B

Domaine Sphrique sc

Domaine Dviatorique sd

Domaine Dviatorique sd

sc : tassement sphrique (base de la fondation la profondeur B/2), - d des dformations volumiques ou consolidation- max sous la base de la semelle

sd : tassement dviatorique - fluage (jusqu' une profondeur de l'ordre de 8B)- d des dformations de cisaillement- max une profondeur gale la demi-largeur de la fondation

57




Terrain homogne

( ) BqE

s vM

c .. 9 c0

=

( )

=0

00 ... 92

BBBq

Es dv

Md

EM Modul pressiomtrique

q Contrainte verticale applique au sol par la fondationv0 Contrainte verticale totale avant travaux, au niveau de

la base de la future fondation,B Largeur (ou diamtre) de la fondationB0 Largeur de rfrence (0,60 m) Coefficient rhologique (nature du sol)c et d Coefficients de forme, fonction de L/B

58




- Coefficients rhologique

2/3Trs altr

1/3Trs fractur1/35 71/25 81/27 9Sous-consolid

altret remani ou lche

1/2Normal1/46 101/37 121/28 142/39 161Normalement consolidou normalement serr

2/3Trs peu

fractur1/3> 101/2> 122/3> 141> 16

Surconsolid ou trs serr

EM/plEM/plEM/plEM/pl

RocheTypeSable et gravier

SableLimonArgileTourbeType

59




- Coefficients de forme c et d

2,652,141,781,531,121,00d

1,151,401,301,201,101,00c

20532carrcercleL/ B

60




Terrain htrogne- Variation de EM avec la profondeur

- Calcul de sc et sd avec des modules pressiomtriques quivalents Ec et Ed- Calcul de Ec et Ed : sol divis, partir de la base de la semelle, en

couches fictives d'paisseur B/2 et numrotes de 1 16

Ec EM = Ec = E1 1ere couche

Ed9,16865,321 E 5,2

1 5,211

85,0110,4

++++=,d EEEEE

Ei,j : moyenne harmonique des modulesmesurs dans les tranches i j

exemple pour les couches 3,4, et 5

5435,3

1

110,3EEEE

++=

61




Terrain htrogne

- Si les valeurs de E9 E16 ne sont pas connues, mais considres suprieures aux valeurs susjacentes, Ed se calcule comme suit :

865,321 5,211

85,0116,3

,d EEEEE+++=

- De la mme faon, si les modules E6 E8 ne sont pas connues, Ed, est donn par :

5,321

1 85,0

112,3EEEEd

++=

62

3.3.1 Pression limite nette quivalente


Sol homogneterrain sous fondation constitu, jusqu' une profondeur d'au moins 1,5 B,d'un mme sol ou de sols de mme type et de caractristiques comparables

- on tablit un profil linaire de la pression limite nette schmatique, reprsentatif de la tranche de sol [D; D+1,5B]

b z . 0* +== appp ll

*lp

- la pression limite nette quivalente est prise gale

( )elle zpp ** =B

32

z e += Davec

63



Sol non homogneTerrain sous fondation constitu, jusqu une profondeur dau moins 1,5 B, de sols denatures diffrentes et de rsistances mcaniques diffrentes (mais du mme ordre degrandeur)

- aprs limination des valeurs singulires(ex : prsence de blocs ou concrtions)

- on calcule la moyenne gomtrique sur la tranche de sol [D; D+1,5B]

nllle pppp

*

ln*

2*

1*

.............=

Sensiblement quivalent :

( ) ( )( )dz plog B 5,1

1log1,5B

D

*

l*

+

=

Dle zp

64

3.3.2 Hauteur dencastrement quivalente


paramtre conventionnel de calcul

pour tenir compte du fait que les caractristiques mcaniques des sols decouverture sont gnralement plus faibles que celles du sol porteur De < D

( )dz p 1d

*

l* =D

lee zp

D

ple* : pression limite nette quivalente du solsous la base de la fondation

d : gnralement gal 0, sauf s'il existe ensurface des couches de trs mauvaisescaractristiques dont on ne veut pas tenircompte dans le calcul de l'encastrement

D : hauteur contenue dans le solpl*(z) : obtenu en joignant par des segments de droite sur une chelle linaire les diffrents pl* mesurs

65

Fondations

Chapitre IFondations superficielles

Chapitre IIFondations profondes

66

Fondations profondes

Objectif de ce chapitre Calculer la charge d'un pieu

1- Gnralits1.1- Dfinition1.2- Mode de fonctionnement

1.3- Types de pieux

2- Mthode pressiomtrique3- Frottement ngatif4- Groupe de pieux

67

1- Gnralits

Classification des fondations

68

1.1- Dfinition

- Cest un lment structural mince fich dans le sol, utilis pour transmettre la descente

des charges en profondeur, lorsque lutilisation de fondations superficielles est non

conomique ou impossible.

1.1.1 Fondation profonde

-Une fondation est considre comme profonde lorsque l'lancement

est important: :

D/B < 4 Fondations superficielles

D/B 10 Fondations profondes

4 D/B

69

1.1- Dfinition

1.1.2 Couche dancrage

Couche de caractristiques mcaniques favorables dans laquelle est arrte la base de la fondation

Ancrage h : hauteur de pntration du pieu dans la couche porteuse

Fondation dans un :

monocouche lorsque le pieu est fich dans un milieu homogne

multicouche lorsque le pieu traverse au moins 2 couches de caractristiques diffrentes

multicouche vraipaisseur et poids volumique des couches sus-jacentes la couched'ancrage sont tels que la contrainte verticale effective 'v estsuprieure ou gale 100 kPa

70

1.2- Mode de fonctionnement

Courbe typique obtenue lors du chargement axial dun pieu

- Application d'une charge croissante Q- Mesure de lenfoncement en tte st obtenus en

fonction de la charge applique Q

71


Courbe typique obtenue lors du chargement axial dun pieu

- Prsence dune partie sensiblement linaire se

limitant une charge Qc (charge de fluage)- Tassements de plus en plus importants au de l

(pas de stabilisation de lenfoncement sous la charge)- Vitesse denfoncement relativement grande

- Rsistance limite Ql atteinte conventionnellementpour un enfoncement de B/10

72


Transfert de la charge du pieu au sol

- la base du pieu : portance de pointe :

- autour du pieu : rsistance mobilise par friction

Ap section droite de la pointe,

As surface latrale du pieu

ppp AqQ =

sss AqQ =

73

l


Charge limite d'un pieu QlQl = Qp + Qs

charge limite de pointepoinonnement du sol sous la base du pieu

charge limite de frottementfrottement entre ft du pieu et sol

Charge de fluage Qc. Relation avec Ql- Corrlations entre Qc et Ql

dpende de mise en place du pieu dans le sol

74

1.3- Types de pieux

1.3.1 Selon la nature du matriau constitutif

Bois, mtal, bton, composite.

Au Maroc surtout le bton ; des cas rares de composite tels que palplanches LARSON

jumeles et remplies de btons peuvent tre rencontrs

75

1.3- Types de pieux

1.3.2 Selon mode dexcution

Pieu battu moul

76

1.3- Types de pieux


Pieu for la boue

77

1.3- Types de pieux


Pieu for tub

78

1.3- Types de pieux


Pieu STARSOL de SOLETANCHE

79

1.3- Types de pieux


Exemple de mise en place dun pieu btonn (Projet de Raffinerie-Cognration SAMIR Mohammedia)

80

1.3- Types de pieux


Pieu for la boue (Viaduc Machraa Ben Aabbou: Autoroute Settat -Marrakech)

81

1.3- Types de pieux


Barrettes dfectueuse remplaces par pieux fors la boue: Pont sur SebouAutoroute Knitra-Larache

82

1.3- Types de pieux

1.3.3 Selon mode de fonctionnement

pieu de pointe travailler principalement la base

le pieu traverse un sol mou pour s'ancrer dans une

couche trs rsistante

pieu travailler en friction et en pointe

le pieu traverse un sol mou pour s'ancrer dans un sol

plus rsistant, sans pour autant atteindre le rocher

pieu flottant travailler principalement la fiction

bon terrain trop profondpieux foncs dans les sols cohrents par exemple

83

2- Mthode pressiomtrique

2.1- Calcul de la charge limite de pointe Qp2.2- Calcul de la charge limite de frottement latral Qs2.3- Calcul de la charge limite totale Ql2.4- Grandeurs quivalentes

2.4.1- Pression limite nette quivalente

2.4.2- Hauteur dencastrement quivalente

84

2.1- Calcul de la charge limite de pointe Qp

Charge limite de pointe

A : section de pointe

q0 : pression verticale totale des terres au niveau de la base du pieu

p0 : pression horizontale totale des terres au mme niveau

pl : pression limite pressiomtrique

kp : coefficient empirique appel facteur de portance pressiomtrique

( ) ( )0lp0p p k q pAqqAAQ lp ===

85


Facteur de portance Kp- Fonction de la nature du sol et du mode de mise en uvre de la fondation

1,8 3,21,1 1,8Roches altres2,61,8Marnes, Marno-calcaires2,61,8C2,21,4B

1,61,1ACraies3,21,2C3,71,1B4,21,0ASables Graves1,61,3C1,51,2B1,41,1AArgiles Limons

Elments mis en uvre avec refoulement du sol

Elments mis en uvre sans refoulement du sol

Nature des terrains

86

Facteur de portance Kp- classement des diffrents sols tabli partir des fourchettes indicatives de la pression limite

> 4,5FragmentesB

2,5 4,0AltresARoches

> 4,5CompactsB

1,5 4,0TendresAMarnes, marno-calcaires

> 3,0CompactesC

1,0 2,5AltresB

< 0,7MollesACraies

> 2,5CompactsC

1,0 2,0Moyennement compactsB

< 0,5LchesASables, graves

> 2,5Argiles trs fermes duresC

1,2 2,0Argiles et limons fermesB

< 0,7Argiles et limons mousAArgiles, limons

Pressiomtrepl (MPa)

Classe de sol


87

2.2- Calcul de la charge limite de frottement latral Qs

Effort total limite mobilisable par frottement latral

- Obtenu en multipliant la surface latrale du pieu par le frottement latral unitaire limite

- Concerne une hauteur qui ne correspond pas ncessairement toute la hauteur de l'lment

contenue dans le sol

( )dz q h0 s

zPQs =

P : primtre du pieu

qs : frottement latral unitaire limite la cote zh : hauteur o sexerce effectivement le frottement latral

hauteur de pieu dans le sol, diminue ;

- de la hauteur o le pieu comporte un double chemisage

- de la hauteur o sexerce le frottement ngatif

88


2.2.1 Frottement latral unitaire limite qs

Fonction de la pression limite nette (qui exprime la compacit ou le serrage du sol) Fonction du type de pieu et de la nature des terrains

*lp

89


2.2.1 Frottement latral unitaire limite qs

Choix des courbes pour le calcul du frottement latral unitaire qs

(1) Ralsage et rainurage en fin de forage. (2) Pieux de grande longueur (suprieure 30 m). (3) Forage sec, tube non louvoy. (4) Dans le cas des craies, le frottement latral peut tre trs faible pour certains types de pieux. Il convient deffectuer une tude spcifique dans chaque cas. (5) Sans tubage ni virole foncs perdus (parois rugueuses). (6) Injection slective et rptitive faible dbit. (7) Injection slective et rptitive faible dbit et traitement pralable des massifs fissurs ou fracturs avec obturation des cavits.

90

2.3- Calcul de la charge limite totale Ql

Cas gnral des pieux travaillant en compression

Cas des pieux travaillant en arrachement

spl QQQ +=

sl QQ =

91


couche pour laquelle les valeurs maximales de pl nexcdent pas 2 fois les valeurs minimales de pl


cas dune formation porteuse homogne

( )dz p 3

1 3aDb-D

*

l*

+

+= z

baple

a : B/2 pour B > 1m

0,50m pour B < 1m

b : min {a,h}, avec h = hauteur de l'lment de fondation contenue dans la couche porteuse

pl*(z) : obtenue en joignant par des segments de droite sur une chelle linaire les diffrents pl* mesurs

92


2.4.2 Hauteur dencastrement quivalente

( )dz 10

*

*zp

pD

Dl

lee =

pl* pression limite nettepl pression limite mesurep0 contrainte totale horizontale au mme niveau dans le sol avant essaiple* pression limite nette quivalentes

0* ppp ll =

avec

93

3- Frottement ngatif (effet parasite)

3.1- Description du phnomne3.2- Mthode de calcul

94

3.1- Description du phnomne

Pieu traversant une couche molle pour allers'ancrer dans un substratum rsistant- si la couche molle est surcharge (par unremblai par exemple), elle va tasser sousle poids de la surcharge

- le sol s'enfonce par rapport au pieu (et non l'inverse)

S'il y a dplacement, il y a frottement au contact sol/pieu- il se dveloppe donc un frottement latraldirig vers le bas dans la couche compressible etdans le remblai- ce frottement provoque un effort de compression dans le pieu

95


Les dplacements verticaux du sol (tassements) sont maximaux la partie suprieure et diminuent

avec la profondeur

- dplacement AA' d au tassement de H

dplacement CC' d au tassement de H-z

- partir de H', tassement du sol enfoncement du pieu point neutre N

96


ventuellement point neutre /

tastpieu= tastsol

au-del frottementdevient positifporteur et non port

97


14 m de pieu7 m de pieu5 m de pieu

Prendre le frottement ngatif sur la partie de lappui dans le remblai (ou le sol). Valeur maximum dduite de la formule ci-dessus sur :

Plus de 10 cm

10 m de pieu5 m de pieu3 m de pieu

Prendre le frottement ngatif sur la partie de lappui dans le remblai (ou le sol). Valeur maximum dduite de la formule ci-dessus sur :

2 10 cm

Couches non porteuses, ngliger les couches compressibles dans le calcul de la force portante des pieux

1 2 cm

+20 m10 m5 m

Epaisseur de la couche compressibleTassement

Hauteur daction du frottement ngatif

98


Exemple : Cule remblaye fonde sur pieux de pointe

traversant sol mou

99

3.2- Mthode de calcul

Principes de base

- le frottement ngatif est un phnomne lent, puisque li la consolidation des couches compressibles prendre en compte : caractristiques mcaniques effectives c' et

- au-del du point neutre N, le frottement ngatif n'existe plus et devient positif- si le pieu traverse un remblai surchargeant le sol, le frottement ngatif s'exerce sur toute

l'paisseur du remblai et sur la couche compressible jusqu'en N

100


Calcul du frottement ngatif unitaire fn- soit v'(z) la contrainte effective verticale une profondeur quelconque z et proximitimmdiate du ft du pieu

( ) ( ) zK z 'v

'

h = K : coefficient de pression des terres au contact sol/pieu

- si est l'angle de frottement sol/pieu (dpend du type de pieu et de la nature du sol)

K f 'v'hn tantan ==

101


Calcul de la valeur maximale du frottement ngatif- le frottement ngatif total Gsf sur le pieu est obtenu par intgration de fn depuis la partie suprieure du pieu jusqu' la profondeur du point neutre

( )[ ]11'211'10000200 tan. . H .5,0H .H . tan.K .H .5,0 ++= KP Gsfremblai sur la partie H0 remblai et couche d'argile sur la partie H1'

primtre de la section droite du pieu

RemarqueSi le sol est sous la nappe, il faut utiliser les conditions djauges

Cette mthode conduit souvent une surestimation du frottement ngatifOn doit considrer l'effet d'accrochageune partie du poids des terres transmise dans le pieu par le frottement ngatif mobilis au-dessus du point considr

102


Effet d'accrochage

considrer proximit du ft v rduite parce quune partie du poids des terres est transmise dans le pieu par le frottement ngatifmobilis au-dessus du point neutre : cest l effet daccrochage.

103


Importance du frottement ngatif total Gsf

- Gsf peut tre trs lev et absorber une part prpondrante, voire la totalit de

la capacit portante du pieu

- afin de rduire Gsf , des dispositions spciales peuvent tre prises : traitement de la surface des pieux battus avec des enduits base de bitume

double chemisage sur une certaine hauteur

104


Valeurs de K tan

Cas particuliers- pieux battus ou chemiss enduits de bitume (sols fins) K tan = 0,02- cake annulaire de bentonite K tan = 0,05

0,5 10,5 10,5 1Sables et graves moyennement compacts compacts

0,450,450,45Sables et graves lches peu compacts

0,350,350,35Sables et graves trs lches

0,300,200,15Argile et limon fermes durs

0,200,150,10Tourbe, argile et limon mous

BatuForFor tub

Type de pieuNature du sol

105

4- Groupe de pieux

4.1- Capacit portante dun groupe de pieux sous sollicitations axiales

4.1.1- Groupe dans un sol cohrent

4.1.2- Groupe dans un sol sans cohsion

4.2- Tassement dun groupe de pieux

4.3- Frottement ngatif maximal pour un groupe de pieux

106


Coefficient defficacit Ce du groupe de pieux

isolpieu du charge Ngroupedu limite chargeCe

=

N : nombre de pieu

- On considre ici essentiellement les pieux flottants, pour lesquels la rsistance

en frottement latral est prpondrante vis--vis de la rsistance en pointe

- Ce = 1 pour les pieux de pointe (pas dinteraction entre les pieux)

107


4.1.1 Groupe dans un sol cohrent

Cas dun entre-axes suprieur 3 diamtres

- formule de Converse-Labarre

=

nm

SB Ce112arctan21

B : diamtre dun pieu,

S : entre-axes,

m et n : nombre de lignes et de colonnes du groupe

108


4.1.1 Groupe dans un sol cohrent

Cas dun entre-axes infrieur 3 diamtres

- On considre lensemble des pieux et le sol quils enserrent comme une

fondation massive fictive de primtre P et de longueur D

- La charge limite de pointe Qp se calcule comme celle dune fondation superficielle ou profonde selon le rapport D/B. Sil existe une couche molle sous-jacent, il faut considrer la fondation comme fonde sur un

bicouche

- La charge limite en frottement latral Qs pour un milieu homogne est :

cu : cohsion apparente Qs = P. cu. D

109


4.1.2 Groupe dans un sol sans cohsion

Dans un sol pulvrulent, il y a moins dinteraction entre les pieux dun groupe

Ce = 1

( ) ( )unitQNgroupeQ ll =

110

4.2- Tassement dun groupe de pieux

Mthode empirique de Terzaghiprvoir le tassement dun groupe de pieux flottants

- la descente du chargement est faite en supposant que la charge en

tte du groupe est transmise une semelle (fictive) un niveau donn

- la rpartition des contraintes en profondeur est faite sur la base

de la thorie de BOUSSINESQ ou avec lapproximation trapzodale 2V : 1H

- le tassement se calcule par lapproche oedomtrique par exemple

111

4.2- Frottement ngatif maximal pour un groupe de pieux

- On supposer que le phnomne daccrochage est amplifi en prsence de plusieurs pieux, et

que le frottement ngatif, sil y en a, sexerce sur la surface de la pile circonscrite au groupe

- Dans le cas trs frquent o le groupe de pieux est suppos liaisonn en tte par un chevtre

rigide, ce qui provoque vraisemblablement une uniformisation du frottement ngatif, on

applique chaque pieu la moyenne par pieu du frottement ngatif total obtenu pour lensemble

du groupe

2-fondations

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