Fondation profonde ISBA.pdf

FONDATIONS PROFONDES , ".

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1 Historique : L'utilisation de pieux pour fonder des ouvrages se perd dans la nUlt des temps. On a retrouve des pieux en bois sous une eglise datant du tout debut de I'ere chretienne. Du fait que ces pieux etaient immerges en permanence Ie bois etait en parfait etat apres pres de 2 000 ans ! Les premiers pieux etaient en bois. La pointe etait durcie au feu ou munie d'un sabot metallique. La Basilique de Montmartre a ete executee sur des puits carres de 2,50 m a 5 m de cote descendant a 30 m de profondeur jusqu'au gypse.

.-,

Les premiers pieux en beton ont ete utilisE1sen 1897.

En regie generate on peut considerer qu'un element de fondation est de type profond lorsque sa hauteur d'encastrement De est superieure a 5 fois sa largeur B.

De> 5. B.. Un element est qualifie de semi-profond si 1,5 B < De < 5 B.

Le present cours ne concerne que les fondations profondes qui seront appelees pieux dans la suite du document.

3 Types de pieux : II existe un tres grand nombre de types de pieux .

a

En I'absence d'autre document normatif ce jour, on se referera la norme P 11-212 (ou DTU 13.2) de septembre 1992. Cette norme distingue les grandes families de pieux suivantes : -- Pieux fa90nneS a I'avance -- Pieux tube battu executes en place -- Pieux fores -- Pieux fonces -- Micropieux -- Les colonnes ballastees, les puits et les picots sont egalement mentionnes mais ne sont pas abordes dans Ie present document.

a

a

3.1 Pieux fa~onnes

a I'avance

3.1.1 Battu prefabrique : Ces pieux sont en general en beton arme ou en beton precontraint. Le bois n'est plus utilise en France mais reste en usage dans les pays tropicaux riches en fon~ts. Un sabot de protection peut etre utilise. Ces pieux sont battus (ou vibrofonces). Le battage se fait au moyen d'un mouton. L'emploi d'un casque de battage est obligatoire lorsque Ie choc direct du mouton est susceptible d'endommager la tete de pieu. Refus au battage :

Les pieux sont battus jusqu'a atteindre la cote prevue en verifiant que Ie refus correspond aux previsions (voir plus loin les methodes de calcul). Le refus doit etre obtenu sur 3 volees de 10 coups.

3.1.2 Metal battu

Les pieux metalliques sont constitues d'acier conforme aux normes NF. lis peuvent etre de formes varies: circulaires, en forme de H, hexagonaux, ...

o L

.

Comme les pieux prefabriques,

o ~

ils sont mis en place par battage

ou vibrations. Comme i1ssont en contact avec Ie sol la corrosion doit etre prise en compte. En cas de terrain tres agressif une protection particuliere doit etre mise en place sur I'acier (mortier, peinture, galvanisation, ... )

·~

Categorie

1 2

3 4

Terrain

Diminution d'epaisseur, en mm/an pour une duree d'exposition de : 25ans i SOans

75ans

100ans

Sol en place peu agressif

0,010

0,006

0,005

0,004

Terrain ou remblai moyennement agressif

0,040

0,024

0,018

0,016

Terrain ou remblai agressif

0,100

0,060

0,045

.0.040

Terrain tres agressif . Eau de mer au saumatre

Voir 2.252

3.1.3 Tubulaire precontraint Ce type de pieux est assez peu utilise. II s'agit de pieux constitues d'elements prefabriques assembles par precontrainte anterieurement au battage. 3.1.4 Battu enrobe L'ame du pieu est metallique. La pointe comporte un sabot debordant. Au fur et a mesure du battage on injecte un mortier dans Ie vide annulaire. Peu utilise. 3.1.5 Battu ou vibrofonce injecte haute pression Le profile metallique muni d'un systeme d'injection est battu (ou vibrofonce) dans Ie sol. On procede ensuite a I'injection (repetitive et selective). Peu utilise.

3.2 Pieux

a tube battu execute en place

3.2.1 Battu pilonne Un tube muni par battage.

a sa

base d'un bouchon de beton ferme est enfonce

En phase finale Ie beton ferme est introduit dans Ie tube et pilonne au fur et a mesure de I'extraction du tube. 3.2.2 Battu moule identique mais en phase finale un beton a mesure de I'extraction du tube. Le pieu a alors la forme du tube (contrairement au battu pilonne).

Sensiblement

d'ouvrabilite moyenne est introduit au fur et

3.3.1 Fore simple Consiste a realiser par tout moyen mecanique (tariere, benne) un forage dont les parois ne sont pas soutenues. Peu utilise car mal adapte aux sols de faible tenue. 3.3.2 Fore boue Le forage est realise par tout moyen mecanique. La tenue des parois est assuree par une boue bentonitique.

Forage

~ventuellement trepanage ou outils

sp~ciaux

Meme principe que Ie fore boue mais la tenue des parois de forage est assuree par un tube mis en place par fongage au vibration. Le tube est retire lors du betonnage.

I

I

I

I

-

J

Nappe phreatique

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L'avantage principal est que Ie forage proprement dit et la tenue des parois sont assures par Ie meme outil : la tariere continue. Le betonnage est assure par Ie centre de la tariere lors de la remontee. On distingue 3 types de tariere : -- tariere sans enregistrement de parametres de forage -- tariere avec enregistrement -- tariere avec enregistrement et tube plongeur retractable (procede ST ARSOL) Les frottements lateraux unitaires qs dependent du type de tariere creuse utilise.

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3.3.5 Visse moule Ce type de pieu ne s'applique pas aux sols sableux. Par rotation et fon9age on fait penetrer un outil en forme de double vis surmonte d'une colonne cannelee. Lors du betonnage on extrait I'outil en tournant en sens inverse et Ie beton prend la place de I'outil. 3.4 Pieux fonces :

3.4.1 Beton fonce Les elements (generalement prefabriques) sont assembles sur site et pousses a I'interieur du sol. 3.4.2 Metal fonce Le principe est identique mais les elements fonces sont en acier. La corrosion doit donc etre prise en compte.

3.5 Micropieux : Ce type de pieux prend de plus en plus d'importance en geotechniq ue. /I s'agit de pieux fores de diametre inferieur a 250 mm en general equipes d'armatures (tube en general). On distingue 4 types de micropieux. -- type I : Ie forage est equipe ou non d'armatures et Ie forage est rempli de coulis ou mortier de ciment au tube plongeur. Peu utilise. -- type /I : Ie forage equipe d'une armature est rempli de coulis de ciment sous faible pression (injection gravitaire). -- type III : Ie forage est equipe d'armature et d'un tube a manchettes. On injecte en tete avec une pression superieure a 1 MPa (IGU : injection globale et unitaire). -- type IV : principe identique mais I'injection est repetitive et selective (IRS). Pour les types III et IV, I'armature tubulaire peut etre equipee de manchettes.

___________________________

4. Dimensionnement des pieux isoles soumis une charge axiale Le calcul des pieux est decrit dans deux documents deja cites au chapitre 3. -- Le DTU 13.2 (P11.212) de septembre 1992. " s'agit d'une norme experimentale applicable aux travaux de batiment. -- Le fascicule 62.Titre V de decembre 1993 du Ministere de l'Equipement et des Transports applicable aux travaux de genie civil. Ces deux documents different sur certains points mais la mise en application des Eurocodes 7 et de I'annexe nationale devrait permettre d'uniformiser les regles a appliquer.

23

I

._J I

Lors d'un changement de pieu pousse jusqu'a la rupture on observe Ie comportement decrit dans Ie schema ci-apres. La charge limite Qu est la somme de la charge limite sous la pointe Qpu et du frottement lateral Qsu d'oO la relation: Qu = Qpu + Qsu Resistance de pointe: Qpu = qp.Ap (avec Ap section du pieu) Frottement lateral: Qsu = qs.As (avec As aire laterale du pieu)

[

Qe

~

D

1 1

t t

1

t

1 1

tqs t t t

1 f

t

qp D

profondeur

Q

charges en tete

du pieu

qp

resistance unitaire de pointe

CIs

frottement

lateral unitaire

On peut definir egalement la charge'de fluage Qc au-dela de laquelle il n'y a pas stabilisation dans Ie temps sous charge constante. Pour les elements de fondations mis en reuvre sans refoulement de sol:

Qc = 0,5 Qpu + 0,7 Qsu Pour les elements de fondations mis en reuvre avec refoulement de sol:

Qc = 0,7 Qpu + 0,7 Qsu = 0,7 Qu Pour les pieux tubulaires metalliques ou les palplanches on utilise les formules ci-apres :

La surface a prendre en compte est donnee sur les schemas ci-apres :

Les coefficients PP et tableau ci-apres :

ps

sont definis dans Ie

Sables

Argiles Type de pieu

Pp

Ps

Pp

Ps

Thbulaire ouvert

0,50

(00

0,50

1,00

Pieu H

0,50

1,00

0,75

1,00

1,00

0,30

0,50

I

Palp1anches

0,50 ,

II est en principe possible de calculer la capacite portante d'un pieu a partir d'essais de laboratoire mais cette methode est tres peu utilisee en France en raison notamment de la difficulte a definir les parametres de sols. C'est pourquoi on utilise principalement les resultats d'essais in situ plus representatifs des sols en place.

4.3 Calcul a partir des resultat( d'essais pressiOm~;iqUe~.-l ".-->.'

-~'~'--------...J

- DTU -- 13.4 .. qp - qo = k (Pie - po) :;...

ou po et qo sont les pressions horizontales et verticales totales des terres au niveau considEm3. Pie est la pression limite equivalente donnee par la relation: .r:l ..)/

P,. 'Ie

l

== /\ v., I PI

< -

PI ~') . PI ~~

pl2 et pl3 sont respectivement les pressions Iimites 1m au dessus de la base du pieu, au niveau de la base et 1m en dessous. k est donne par la figure et Ie tableau ci-apres :

I

i

I

I l

I

au pl1,

I

._ ..

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31

.------

_

I I J

-------------_._--,

I Pieux fores . Banettes

a

Pieux battus . Pieux pointe injectee sous haute pression

-- --,2,7 Cat. 3

Cat. 2

2,G 1,6

1,5 1

0,8

o

o

< 0,7' < 0,8 3,0 >4.5

a a

> 2,5( >4,5

II

Categorie

Nature des sols

Pression limite PI (MPa)

Argile molle Limon et craie molle Sable argileux et Iimoneux ou vasard lache

1

Sable et grave moyennement compacts Argile et limon compacts Marne et marno-calcaire Craie alteree Roche alteree Craie fragmentee Marne tres compacte

2

Sable et gravier compacts a tres compacts Roche fragmentee

3

En raison du nombre trap faible de resullats experlmentaux, dant ilia categane 3 sont utillser avec prudence.

les valeurs K correspon-

a

Le frottement lateral qs est determine en fonction du type de sol et de la pression limite. Les tableaux et graphiques a utiliser sont donnes ci-apres. Mlse en ceuvre et nalure du picu

PressIon

limite

Nature du sol

Fore

Fore.Tube

(p~a)

82,S 6,0

1,0- 2,0

8,0- 15,0 >20,0

C

Argiles tres fermes a dures

A

Laches

B

Moyennement compacts

--~-~-J--o

•...

20

30

i H-Lo 40

50

deplacement

60

Yi

70

(mm)

4.6 Utilisation du battage des pieux 4.6.1 Formules de battage Les formules de battage ne sont pas utilisees pour calculer la portance du pieu. Elles sont utilisees a titre de verification lars du battage des pieux. Le schema de principe du battage est donne ci-apres :

e refus C casque H hauteur de chute du mouton M masse du mouton (masse frappante)

L

M'

masse du pieu et des accessoires de battage (masse frappee)

P

pieu

_

l

r

Les formules les plus utilisees sont les suivantes :

-- form ute des Hoilandais :

Le coefficient de securite vis-a-vis de la charge limite Qt est de 6 pour la formule des Hollandais et 4 pour la formule de Crandall (prise "' •.• ,.." •••••"'fo

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CEJiTFiE UPfOlM£HTAl Df mc~£nCHrs ET C'tiUDES DU BAJltnUiT ET DES lRA't'AUl PUBLICS 12. rue Br"ne.iol\. 7 S 737 F'AR!SCEOEX 1~ Te:.: f1i 539.22.33: .• 7ELEX: eral? 2500;\

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OSSERV,nONS,

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en

6.3 Autres methodes Elles sont nombreuses. Parmi elles on peut citer : -- la sismique parallele -- la methode des echos

7. Justifications Les principes utilises sont ceux decrits dans Ie fascicule 62V. La mise en place des Eurocodes 7 va probablement modifier ces regles et plus particulierement les coefficients utilises. On se contentera ci-apres de definir les grands principes des calculs. 7.1 Combinaisons d'action et sollicitations : 7.1.1 ELU (Etats Limites Ultimes ) -- Combinaisons fondamentales :

1,125' S { 1,2' Grrutx + 0,9' Gmin + YcwGw + [YsnGsnJ + YspGsp + YFwFw + YFlQIQIk +.L 1,15' 1>1

'¥OiQik}

avec les notations suivantes : - Gmax actions permanentes defavorables, , - Gmin actions permanentes favorables - Gw action des pressions statiques de l'eau dans 1a situation consideree actions eventuelles de frottement negatif, actions eventuelles de poussees laterales, actions hydrodynamiques dans'la situation consideree, valeur caracteristique de l'action variable de base, valeur de combinaison d'une action variable d'accompagnement. Le coefficient 'Ycw vaut : - 1,00 lorsque Ia pression de l'eau presente un caractere favorable, - 1,05 lorsque la pression de l'eau presente un caractere defavorable

______________________

J

Lorsqu'il y a lieu de prendre en compte des deplacements du sol: -'Ysn vaut 1,2 ou 1,0, sa valeur etant choisie de maniere a obtenir l'effet Ie plus defavorable, - 'Ypvaut 1,2 ou 0,6, sa valeur etant choisie de rnaniere a obtenir l'effet Ie plus defavorable Le coefficient YFw vaut 1,2 ou 0,9, sa valeur etant choisie de maniere obtenir l'effet Ie plus defavorable.

a

Le coefficient 'YFlQ] vaut : - 1,33 dans Ie cas general, - 1,20 pour les charges d'exploitation etroiternent bornees ou de caractere particulier. Le coefficient YQl vaut: - 1,50 dans Ie cas general, - 1,35 pour les charges d'exploitation etroitement bornees ou de caractere t"\",t"t1.t"lonl1A.,..

binaisons accidentelles

S{ GIIDlX + Groin + Gw+[GsnJ + GSp + Fw + FA + qluQu +

tl l.JI2iQik}

- FA

valeur nominale de l'action accidentelle, -'PllQa valeur frequente d'une action variable Qt - l.JIUQik valeur quasi permanente d'une autre action variable Qj. -- Combinaisons vis-a-vis des etats-limites de stabilite d'ensemble En regie generale, les sollicitations de calcul vantes:

a considerer

sont les sui-

7.1.2 ELS ( Etats Limites de Service) -- Combinaisons rares

Les sollicitations de calcul sont de la fOrnIe S { Gm;u

+ Gmit} + Gw + [Gsnl + Gsp + Fw + Qu +

tl 'POiQ

ik }

-- Combinaisons frequentes

Les sollicitations a considerer sont de la fonne S{ Gmax + Gmin + Gw + [GsnJ + Gsp + Fw + \}' llQIk + ~1 -- Combinaisons quasi permanentes

Les sollicitations

a considerer

sont de la fonne :

\}'2iQik }

7.2 Justifications: 7.2.1 Etats limites de mobilisation du sol

Qrnin Combinaisons fondamentales Combinaisons accidelltelles

Qrnax

_ Q~~;o Q1! 1,40

lAD

_ Qtll

Qu

1,30

.

1,20

Qmin Qmax Combinaisons

rares

~.&&

Combinaisons

quasi permanentes

0(*)

Note: D'autres verifications sont explicitees ici.

IAO

1,10

Qc lAO

a faire mais elles ne sont pas

.2.2 Etats Iimites concernant les materiaux constitutifs : --- Beton La contrainte moyenne de compression du beton est Iimitee I'ELS (sollicitations normales)

a 0,3 fc a

fc est calcule comme suit:

inf ffcj

1

fc28 fclim} I

j~=

GROUPE A Semelles suPerficielles et radiers Piemc,ou parois prtfabriques mis en place dans un forage Pieux tubulaires precontraints Pieux prerabriqu6s battus en beton anne Puits avec I>6tonvibre Puits avec I>6toonon vibrt --

!cUm

k1

1,.28

1;28 c28

1.00 1.00 1.15 1,15 1.00 1.20

25MPa 25MPa 25MPa 25MPa 25 MPa 25MPa 25Mpa 25MPa 25 MPa

1.20 1.20 1,20 1.10 1.20 1.50 1,20 1.05 1.20

30lUPa 30MPa

GROUPED Pieux Pieux Pieux Pieux

bauus pilonnes (l) battus mou1es et barrettes fores simples fores tubes :

- I>6tonnesa see - beronnes sous reau Pieux fores a la tari~re creuse (1) : -type 1 -type 2 - type 3 Pieux et barrettes betonnes sous boue. parois mouh~es (I)

Sauf dispositionsdifftrellle5du marcht, ces typesde pieux ne peuvenleue ulilists pour les fon*' -,_.:

___

...Ji_ •• _ ••• ___

,fl'll*.

Sauf circonstances particulieres (***. **), Ie coefficient k, prend les valems suivantes : - Elements du groupe A : - Elements du groupe B : o dont Ie rapport de 1a plus petite dimension nominale d a la longueur 1,05 est inf6rieur a 1120 : " dont 1a plus petite dimension nominale d est inferieure a 0,60 m : 1,30 - (d/2) ;I reunissant les deux conditions precedentes : 1,35 - (d/2) 1,00 autres cas : d 6tant exprime en metres. II

--- Acier Pour I'acier ce sont les regles du fascicule 61 V ( constructions metalliques ) qui s'appliquent . En pratique la contrainte dans I'acier ne doit pas exceder aux ELS et suivant Ie type de pieu 2/3 ou 75% de la limite elastique fe.

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