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Services Techniques
de la Ville de SAINT-DIE (Vosges)
Reconnaissance de sols au droit du projet
d'implantation de la Tour de la Liberté
Place Jules Ferry à SAINT-DIE (88)
Corinne CHAUSSIDON
12 Janvier 1990
R 30369 LOR 4S 90
Document non public
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES Service Géologique Régional Lorraine
Rue du Parc de Brabois - 54500 Vandoeuvre-lès-Nancy - Tél. 83 51 43 51
- 2 -
Services Techniques de la Ville de SAINT-DIE (Vosges)
Reconnaissance de sols au droit du projet d'implantation
de la Tour de la Liberté, Place Jules Ferry à SAINT-DIE (88)
Corinne CHAUSSIDON
R 30369 LOR 4S 90
R E S U M E
A la demande des Services Techniques de la Ville de SAINT-DIE, le BUREAU
DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES (BRGM) - Service Géologique Régional
Lorraine a réalisé une reconnaissance de sols au droit du projet d'implanta
tion de la Tour de la Liberté sur la Place Jules Ferry.
Un sondage destructif de 30,00 m de profondeur avec essais pressio-
métriques tous les 1,50 m a permis de mettre en évidence la succession des
terrains suivante :
0 à 2,00 m remblais
2,00 à 8,00 m alluvions sablo-graveleuses de la Meurthe
8,00 à 30,00 m substratum constitué des grès permiens.
Les descentes de charge du projet n'étant pas connues avec exactitude,
ces dernières ont été estimées à partir des données de la Société de Cons
truction Métallique VIRY et conformément aux règles techniques de conception
et de calcul des fondations des ouvrages de Génie Civil (CCTG, projet de
fascicule 62, titre V 1988) : charges verticales 500 T, efforts à
l'arrachement 200 T.
Il est envisagé deux types de fondations :
- pieux,
- radier poids ancré dans les sables et graviers.
La vérification aux états limites ultimes et de service a été faite à
partir de ces données.
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Services Techniques de la Ville de SAINT-DIE (Vosges)
Reconnaissance de sols au droit du projet d'implantation
de la Tour de la Liberté, Place Jules Ferry à SAINT-DIE (88)
Corinne CHAUSSIDON
R 30369 LOR 4S 90
S O M M A I R E
Page
1 - INTRODUCTION 5
1.1. Mission du BRGM ... 5
1.2. Sondages effectués 5
2 - RESULTATS DE LA CAMPAGNE DE RECONNAISSANCE 5
2.1. Nature des terrains rencontrés 5
2.2. Niveau d'eau 6
2.3. Caractéristiques géotechniques 6
3 - CAPACITE PORTANTE DU SOL 7
3.1. Caractéristiques du projet 7
3.2. Choix des fondations 7
3.3. Fondations sur pieux 8
3.4. Fondations sur radier 11
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Services Techniques de la Ville de SAINT-DIE (Vosges)
Reconnaissance de sols au droit du projet d'implantation
de la Tour de la Liberté, Place Jules Ferry à SAINT-DIE (88)
Corinne CHAUSSIDON
R 30369 LOR 4S 90
LISTE DES FIGURES ET DES ANNEXES
Figure 1 - Plan de situation.
Figure 2 - Plan de localisation du forage.
Figure 3 - Choix du facteur de portance k pour les fondations profondes.
Figure 4 - Abaque pour l'évaluation du frottement latéral unitaire.
Annexe 1 - Coupe géotechnique des sondages.
nu BRGM SGSLOB
FIGURE î
PLAN DE SITUATION
Extrait de la carte IGN 3617 EST
.ECHELLE: 1/25.000
- 5 -
1 - INTRODUCTION
1.1. Mission du BRGM
Dans le cadre du projet d'implantation d'une des tours de la liberté
créées à l'occasion des fêtes du Bicentenaire de la Révolution sur le site
des Tuileries à Paris, les Services Techniques de la Ville de
Saint-Dié-des-Vosges (88) ont demandé au Service Géologique Régional Lorraine
du BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES (BRGM) d'effectuer une
campagne de reconnaissance de sols.
Cette tour sera installée Place Jules Ferry à Saint-Dié (voir figure 1).
1.2. Sondages effectués
Il a été réalisé 1 sondage destructif au carottier battu et à la tarière
hélicoïdale et des essais pressiométriques ont été effectués tous les 1,5 m
afin de connaître les caractéristiques mécaniques des différents horizons.
Dans un premier temps, le sondage a été descendu jusqu'à 8,00 m sous le
terrain naturel. Ce dernier, ne s'étant pas révélé suffisamment profond, a
été prolongé jusqu'à 30,00 m sous le terrain naturel.
Les résultats des coupes de sondage sont reportés en annexe 1.
2 - RESULTATS DE LA CAMPAGNE DE RECONNAISSANCE
2.1. Nature des terrains rencontrés
Le forage a traversé successivement une couche de terre végétale et de
limons (épaisseur 0,5 m) puis des remblais sableux sur une épaisseur de 1,7 m
environ. Vers 2,2 m et jusqu'à 8,0 m, on trouve les alluvions sablo-graveleuses
de la Meurthe. Le substratum gréseux du Permien a été rencontré à partir de
8,0 m de profondeur ; jaunâtres et assez tendres de 8 à 19 m, les grès
deviennent plus compacts, rouges et argileux de 19 à 30 m.
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FIGURE 2 - PLAN DE LOCALISATION DU SONDAGE
Echelle au 1/1.000
- 6 -
2.2. Niveau d'eau
Les alluvions renferment une nappe phréatique dont le niveau a été
mesuré dans le premier forage à 4,0 m environ sous le terrain naturel. Ce
niveau est remonté à 2,8 m en fin de campagne d'approfondissement du forage.
2.3. Caractéristiques géotechniques
* Les remblais
Les remblais présentent une pression limite pi = 1,4 MPa et un module
pressiométrique E de 18,0 MPa. Il faut noter qu'un seul essai dans ce niveau
n'est guère représentatif du faciès considéré.
* Les alluvions
Les alluvions ont des caractéristiques mécaniques plus élevées que les
remblais avec des pressions limites toujours supérieures à 2,0 MPa et des
modules compris entre 21,0 et 85,0 MPa. Cette disparité dans les résultats
peut être expliquée par la présence de couches moins compactes, plus sableuses
par exemple.
* Les grès permiens
Les grès permiens sont compacts à très compacts. Leur compacité augmen
tent avec la profondeur :
pi = 2,2 MPa }
E = 12,00 MPa } en tête
pi - 2,5 à 3 MPa }
E = 40 à 80 MPa } à partir de 18 m de profondeur
i
- 7 -
3 - CAPACITE PORTANTE DO SOL
3.1. Caractéristiques du projet
Le marché n'étant pas, actuellement, attribué, les sollicitations de
calcul pour l'état limite ultime (ELU) et pour l'état limite de service (ELS)
ne sont pas connues.
Cependant, la Société de Construction Métallique VIRY (88510 - Eloyes)
nous a fait parvenir un plan du gabarit du prescellement de l'ouvrage qui
avait été établi pour l'aménagement des Tuileries.
Il s'agit, en fait, d'un ensemble de 4 appuis répartis aux coins d'une
maille carrée de 4,5 m de côté. Ces appuis sont articulés sur rotules en pied
d'ouvrage.
D'après le tableau des descentes de charge fourni avec ce plan, les
premiers calculs approximatifs donnent des valeurs très élevées : 500 T
environ (combinaisons fondamentales).
Il en est de même pour les efforts à l'arrachement que nous avons
estimés (combinaisons fondamentales) à 200 T.
Les calculs ci-après ont été effectués à partir de ces données.
Celles-ci devront être affinées et un calcul définitif des fondations sera
réalisé d'après les règles techniques de conception et de calcul des fonda
tions des ouvrages de Génie Civil (CCTG, projet de fascicule 62, titre V) une
fois que la géométrie et la distribution des forces appliquées seront connues
avec précision.
3.2. Choix des fondations
Compte-tenu des descentes de charge élevées et de la nécessité de
contrebalancer les efforts d'arrachements, deux cas sont envisagés :
- la réalisation de fondations profondes (pieux),
- la réalisation d'une fondation superficielle (radier).
Pression limite p, (105 Pa)
< 7 < 8 < 7
10 à 20
12 à 30 15 à 40 10 à 25 25à40
> 30 > 45
> 25
> 45
Nature des sols
Argile molle Limon et craie molle Sable argileux à limoneux ou vasard lâche
Sable et grave moyennement compacts Argile et limon compacts Marne et marno-calcaire Craie altérée Roche altérée Craie fragmentée Marne très compacte
Sable et gravier compacts à très compacts Roche fragmentée
Catégorie
1
2
3
Catégorie de sols en fonction de leur nature et de leur compacité
i
5
S< o
* 3 w 3
1. 0,8
0
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- — Groupe II
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S 1
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Cat. 3
1 Cat. 2
Cat. 3
! Cat. 2
Cat. 1
Cat. 1
Encastrement He/Rj 0 1 5 2 0
*,35
2.7 2.6
1.6 '.S
0,9
Valeur du facteur de portance k en fonction de la catégorie des sols, du type de fondation profonde et de l'encastrement he/R
FIGURE 3 - CHOIX DU FACTEUR DE PORTANCE k POUR DES FONDATIONS PROFONDES
- 8 -
3.3. Fondations sur pieux
* Terme de pointe
kpl'e
qpadm =
pie = pression limite nette équivalente calculée d'après les essais
pressiométriques,
k = facteur de portance qui dépend de la nature du sol, de la
fondation et de son encastrement (cf. figure 3).
Les pieux seront descendus jusqu'aux grès : sol de catégorie 2
k = 1,6
|qpadm =0,53 pie
* Terme de frottement latéral
qs
qs adm =
qs =
2
h
qs(z)dz
o
qs(z) est le frottement latéral unitaire défini à partir de la figure 4
h est la hauteur de sol sur laquelle s'applique le frottement.
Dans les alluvions : qs(z) = 0,8.105 Pa
Dans les grès : qs(z) = 1,2.105 Pa
On ne tient pas compte du frottement dans les remblais.
- 9 -
* Dimension minimale des pieux
Afin de respecter la contrainte admissible du béton armé, les pieux
auront une section minimale de 1,00 m2, soit
0min = 1,15 m
xbéton adm = 5 MPa
* Charge admissible
RAYON (m)
0,6
0,7
FICHE (m)
19
15
Qp adm (T)
240
204
- Qs adm (T)
339
317
QT adm (T)
580*
521
* Attention, la charge de service ne devra pas dépasser 565 T afin de res
pecter la contrainte admissible dans le béton.
* Justification des pieux aux états limites
Pour les pieux isolés, on doit vérifier, dans le cadre des états limites
de mobilisation de la capacité portante, que la charge axiale Q appliquée sur
le pieu est comprise entre les limites suivantes :
Q max : valeur maximale autorisée pour Q, en compression
Q min : valeur minimale autorisée pour Q, en arrachement.
Les valeurs de Q max et de Q min, à l'état limite ultime et à l'état
limite de service suivant les combinaisons d'actions considérées, sont
données dans le tableauci> ci-après.
(1) Extrait des Règles de justification sur pieux à partir des résultats des
essais pressiométriques. LCPC - SETRA. Oct. 1985.
TABLEAU Abaques pour la détermination du frottement latéral unitaire limite q, en fonction
de la nature du sol, de son m o d e de mise en œuvre et de la nature du contact sol-fût
Type de sols
Sable argileux à limoneux ou vasard
Craie molle
Argile molle à compacte
Limon à limon compact
Sable et grave moyennement compacts
Sable et grave compacts à très compacts
Craie altérée & fragmentée
Marne et marne-calcaire
Marne très compacte
Rocher altéré
Rocher fragmenté
Pression limite
(10» Pa)
< 7
< 7
«30
«30
10 i»)
>25
> 10
15 à 40
>45
25 4 40
>45
Mise en œuvre et nature du fût
Foré
Fût béton
A bis
AbU
(A)« A bis
(A)* A bis
(B)« A
(Q* . B
B
<E)« C
E
F
F
Foré tube
Fût béton
AbU
A bis
(A)« A b U
(A)» A b U
(A)' A bis
(B)» A
(B)« A
(Q* B
—
F
—
Fût métal
AbU
AbU
AbU
AbU
AbU
A
A
B
—
_
—
Battu
Fût béton
ÀbU
AbU
(A)« AbU.
(A)« AbU
(B)« A
(Q* B
(Q* -B
• E
—
F
—
Fût métal
AbU
AbU
AbU
AbU
A
B
B
• •• E
—
••• F
—
Injecté
Faible pression
A
A
A
A
B
C
C
E
F
>F
>F
Haute pression
— •
—
•• D
•• D
> D
>o
>D
F
>F
> F
> F
* Les valeurs entre parenthèses ( ) correspondent, pour les pieux forés, à une exécution soignée du pieu et une technologie de mise en œuvre susceptible de remanier au minimum le sol au contact du fût. Pour tes pieux battus, par contre, & un resserrement du sol sur le pieu après battage.
•* Préconisé pour des sols dont pt > 15.105 Pa. ••• Seulement pour les cas où le battage est possible.
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Fîg. 4 — Méthode pressiométrique. Abaques pour : évaluation du frottement latéral unitaire limite qt
peur les sols argileux, limoneux, marneux, crayeux, sableux et graveleux.
- 10 -
Q max
Q min
ETAT LIMITE ULTIME
COMBINAISONS FONDAMENTALES
Ql/1,40
Qs/1,40
COMBINAISONS ACCIDENTELLES
Ql/1,25
Qs/1,40
ETAT LIMITE DE SERVICE
COMBINAISONS RARES
Qc/1,10
0
COMBINAISONS QUASI PERMANENTES
Qc/1,40
0
Ql est la charge limite en compression = Qp + Qs
Qp Qs
Qc est la charge de fluage = fc — pour un pieu foré ne refoulant pas le
2 1,5 sol
Soit, avec les données de calculs du § 3.3., la charge appliquée sur les
pieux doit vérifier la double inégalité Q min < Q < Q max avec
R=0,6m
R=0,7m
Q max (T)
Q min (T)
Q max (T)
Q min (T)
ETAT LIMITE ULTIME
COMBINAISONS FONDAMENTALES
998
484
890
520
COMBINAISONS ACCIDENTELLES
1118
484
996
520
ETAT LIMITE DE SERVICE
COMBINAISONS RARES
738
0
662
0
COMBINAISONS QUASI PERMANENTES
580
0
521
0
/
- 11 -
3.4. Fondations superficielles
Il est possible d'envisager un radier généralisé ancré dans les sables
et graviers, la base de la fondation sera vers 2,50 m sous le terrain naturel.
. Capacité portante du sol
Elle est calculée à partir de la formule :
k qadm = — (pl-po) + qo
3 déjà utilisée pour le calcul du terme de pointe des fondations profondes
avec :
po = pression horizontale des terres préexistantes dans le terrain au
moment des essais,
qo = pression verticale des terres au niveau de la semelle après sa
construction.
qadm =1,8 MPa
pour un sol de catégorie 3 (sables et graviers compacts) et une semelle
carrée, k = 1,8.
. Justification
D'après DTU 13-12 :
. Etat limite ultime de résistance
La justification de l'état limite ultime de résistance est satisfaite
vis-à-vis du sol par l'inégalité suivante : p S qadm (p : résultante générale
des forces prises au niveau du plan de contact avec le sol).
- 12 -
Pour des charges de 500 T par point d'appui, un radier de 5,00mx5,00m et
2,50 m d'épaisseur : p = 0,8 MPa.
. Estimation du tassement
Le tassement d'une semelle superficielle est donné par la formule :
1,33 Roi w = . P . Ro (<*2 — ) + SJ— . p . R 4/\3
3 EB Ro 4,5 EÀ
avec R, demi-largeur de la semelle (250 cm)
Ro, dimension de référence (30 cm)
^2 et ^3, coefficients de forme, fonction des dimensions de la semelle
^2 = 1,12 et ̂ 3 = 1
0(, coefficient de structure du sol, fonction de la nature et de ses
caractéristiques pressiométriques,c'= 1/3
EA et EB, modules pressiométriques équivalents dans les domaines sphé-
rique et déviatorique (bar)
p, taux de travail de service ajouté au sol par la fondation (bar).
EA = 420 bars
3,6 EB = =351 bars
1 1 1 1 + + +
El 0,85E2 E3/4/5 2,5E6/7/8
D'où wT = 0,98 cm.
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4 - CONCLUSION
La reconnaissance de sols effectuée au droit du projet d'implantation de
la Tour de la Liberté, Place Jules Ferry, à SAINT-DIE-DES-VOSGES montre la
succession des terrains suivante :
0 à 1,80 m/2,00 m : remblais
2,00 à 8,00 m : alluvions de la Meurthe, sables et graviers
8,00 à 30,00 m : substratum gréseux ; jaunâtres et moyennement
compacts en tête ces grès du Permien deviennent
rouges et très compacts avec la profondeur.
L'estimation des descentes de charge conformément aux règles techniques
de conception et de calculs des fondations des ouvrages de Génie Civil,
d'après les données de la Société de Construction Métallique VIRY :
- charges verticales : 500 T par point d'appui,
- arrachement : 200 T,
a abouti aux choix des fondations suivantes :
- pieux : 0 120 fiche 19,00 m
0 140 fiche 15,00 m
- radier généralisé fondé à 2,50 m avec un tassement estimé à 1,00 cm
environ.
Servxces Techniques
de la Ville de SAINT-DIE (Vosges)
Reconnaissance de sols au droit du projet
d'implantation de la Tour de la Liberté
Place Jules Ferry à SAINT-DIE (88)
ANNEXES '
12 Janvier 1990
R 30369 LOR 4S 90
B R G M
ETUDE:rue
ST DIE (88)
Ref: 89 / 2982 Octobre 1989
S0NDAGE:S 5
Machine: D9000
GEO-SIGMA CD. 118
Saulx les Chartreux
T: (1) 64 48 52 83 91160 Longjumeau
O B S E R V A T I O N S : Descente d'un tube lanterné pour essais pressiométriques jusqu'à 7,50 m
B . R . G . M .
ETUDE:Place Jules Ferry
S T DIE (88)
Ref :89 / 2 9 8 2 b Décembre! 989
S0NDAGE:S5bîS
Machine: D9000RP
GEO-SIGMA CD. 118
Saulx les Chartreux
T : (1) 64 48 52 83 91160 Longjumeau
fac Descript ion
I ithologique prof. < ^ >
caractéristiques pressiométriques ( 1 0 5 P a ) Module E m
50 100 150 200 250 Pression limite PI
5 10 15 20 25
cote enY
Wt V
I &
i I
- s ® E
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M
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E
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I I è
terre végétale" iux saoïeux marroi limon argileux sapieux marron rougeaifë"
bloc de grès rose
sable et graviers brun
grès jaunâtre
grès rouge argileux orangé
OBSERVATIONS:
Tube lanterné jusqu'à 29,50 m
1 _
_ 2 _
3 _
_ 4 _
_ 5
_ 6
_ 7
8
_ 9
10
_ 11 _
12_
13_
_14_
15
16
17
18
19
20
21
22
23 _
_24_
_25_
26
_27_
28 _
29
30 _ 10 20 30 40 50
Résistance à l'avancement en sec. pour 20 c m