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FA049446
ISSN 0335-3931
NF P 94-150-2 Décembre 1999 Indice de classement : P 94-150-2
ICS : 93.020
Sols : reconnaissance et essais
Essai statique de pieu isolé sous un effort axial Partie 2 : En traction
© AFNOR 1999 — Tous droits réservés
E : Soil : Investigation and testing — Static test on single pile — Part 2: Tension pile D : Boden : Erkundung und Prüfungen — Statische Prüfung von Einzelpfählen unter axialer Kraft — Teil 2: Ziehung
Norme française homologuée par décision du Directeur Général d'AFNOR le 20 novembre 1999 pour prendre effet le 20 décembre 1999.
Correspondance
À la date de publication du présent document, il n'existe pas de travaux européens ou internationaux traitant du même sujet.
Analyse
Le présent document traite de l’essai statique de pieu isolé sous un effort axial de traction. Il définit les termes employés et les paramètres mesurés, spécifie les caractéristiques de l’appareillage lié à l’essai, fixe le mode opératoire, fournit la méthode de calcul des différents paramètres relatifs à cet essai et précise les résultats à présenter.
Descripteurs
Thésaurus International Technique : sol, pieu de fondation, essai en place, essai statique, essai de traction.
Modifications
Corrections Éditée et diffusée par l’Association Française de Normalisation (AFNOR), Tour Europe 92049 Paris La Défense Cedex Tél. : 01 42 91 55 55 — Tél. international : + 33 1 42 91 55 55
© AFNOR 1999
AFNOR 1999
1er tirage 99-12-F
Sols : reconnaissance et essais
Membres de la commission de normalisation Président : M PAREZ Secrétariat :
M BIGOT — LABORATOIRE REGIONAL DE L'EST PARISIEN — DREIF M
AMAR
LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES
M
BARNOUD
GEOTEC
M
BLONDEAU
COMITE PROFESSIONNEL DE LA PREVENTION ET DU CONTROLE TECHNIQUE / SOCOTEC
M
CASSAN
FONDASOL
M
CHAILLOT
SNCF
M
DORÉ
MECASOL
M
IALYNKO
SIMECSOL
M
LEGENDRE
SONDAGE, FORAGE ET FONDATIONS SPECIALES — SYNDICAT NATIONAL DES ENTREPRENEURS / SOLETANCHE BACHY
M
MALATERRE
EDF — TEGG — DGG
M
PAREZ
SOL — ESSAIS
M
PHILIPPONNAT
UNION SYNDICALE GEOTECHNIQUE
MME
PINEAU
AFNOR
M
RINCENT
RINCENT BTP SERVICES
M
ZERHOUNI
SOLEN GEOTECHNIQUE
BNSR P94
—3—
NF P 94-150-2
Sommaire Page Avant-propos ....................................................................................................................................................... 5 1
Domaine d’application ....................................................................................................................... 5
2
Références normatives ..................................................................................................................... 5
3
Principe de l'essai .............................................................................................................................. 6
4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3
Généralités ......................................................................................................................................... 7 Définitions ............................................................................................................................................ 7 Notations et symboles ......................................................................................................................... 7 Effort de frottement latéral ................................................................................................................... 9 Frottement latéral unitaire local ........................................................................................................... 9 Classes d'essai .................................................................................................................................... 9 Essai à la rupture ................................................................................................................................. 9 Essai de contrôle ................................................................................................................................. 9 Programme de l’essai de traction ........................................................................................................ 9
5 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7
Appareillage ....................................................................................................................................... 9 Le système de réaction ...................................................................................................................... 10 Le système d'application de l'effort .................................................................................................... 11 Dispositif de mesurage et de repérage .............................................................................................. 11 Temps ................................................................................................................................................ 11 Déplacement de la tête du pieu ......................................................................................................... 11 Efforts ................................................................................................................................................ 13 Température ...................................................................................................................................... 13 Visualisation des grandeurs mesurées .............................................................................................. 13 Déplacement de la base de repérage ................................................................................................ 13 Matérialisation d'un périmètre de sécurité ......................................................................................... 13
6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3
Mode opératoire ............................................................................................................................... 13 Préparation de l'essai ........................................................................................................................ 13 Données sur l'ouvrage et le site : ....................................................................................................... 13 Données sur le pieu soumis à essai : ................................................................................................ 14 Préparation du pieu ........................................................................................................................... 14 Délai entre la réalisation du pieu et l'essai ......................................................................................... 15 Contrôles et vérifications ................................................................................................................... 15 Estimation du déplacement minimal de la tête du pieu à la rupture .................................................. 16 Réalisation de l'essai ......................................................................................................................... 16 Essai à la rupture ............................................................................................................................... 16 Essai de contrôle en traction ............................................................................................................. 17 Suivi en cours d’essai ........................................................................................................................ 17
7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.2
Expression des résultats ................................................................................................................ 18 Essai à la rupture ............................................................................................................................... 18 Déplacement an de la tête du pieu entre le début et la fin de chaque palier : ................................... 18 Pente αtn ............................................................................................................................................ 18 Effort de traction à la rupture QtLE ..................................................................................................... 18 Effort critique de fluage en traction QtC .............................................................................................. 18 Répartition des efforts le long du fût .................................................................................................. 18 Essai de contrôle ............................................................................................................................... 19
8
Procès-verbal d'essai ...................................................................................................................... 19
NF P 94-150-2
—4—
Sommaire (fin) Page Annexe A (normative) Étalonnage et vérifications ......................................................................................... 20 A.1 Étalonnage de matériel — Périodicité de raccordement aux étalons ............................................... 20 A.2
Procès-verbal de vérification ............................................................................................................. 20
Annexe B (normative) Exploitation des mesures dans le pieu ..................................................................... 21 B.1 Détermination des efforts dans le pieu .............................................................................................. 21 B.2
Détermination du frottement latéral unitaire moyen .......................................................................... 24
B.3
Mobilisation du frottement latéral en fonction du déplacement relatif sol-pieu .................................. 24
B.4
Mobilisation du frottement latéral en fonction du déplacement de la tête du pieu ............................ 24
Annexe C (informative) Procès-verbal — Exemple ........................................................................................ 25
—5—
NF P 94-150-2
Avant-propos Le présent document constitue la partie 2 de la norme sur l'essai statique de pieu isolé sous effort axial. Cette partie traite des essais sous un effort de traction. Elle concerne deux essais : l’un des essais est conduit jusqu'à la rupture et l'autre s'effectue sous un effort de contrôle. L'essai de chargement à la rupture a pour but de connaître la force maximale d'arrachement que peut reprendre un pieu sous l’aspect interaction sol-pieu. L'essai de contrôle est réalisé sur un pieu de l'ouvrage en vue de s'assurer que la qualité d'exécution du pieu, son intégrité et son comportement sous les sollicitations prévues sont acceptables vis-à-vis du déplacement du pieu en tête. La partie 1 traite des essais sous un effort de compression.
1
Domaine d’application
Le présent document s'applique aux essais statiques de traction axiale effectués sur une fondation profonde armée : pieu ou micropieu foré ou battu, puits ou barrette, injectés ou non, quels que soient la technologie et le procédé de mise en œuvre de cette fondation profonde. Il concerne les deux classes d'essais suivants : — l'essai à la rupture ; — l'essai de contrôle sous un effort fixé contractuellement (Qte). Dans ce document, le mot «pieu» est employé à la place de «fondation profonde».
2
Références normatives
Ce document comporte par référence datée ou non datée des dispositions d'autres publications. Ces références normatives sont citées aux endroits appropriés dans le texte et les publications sont énumérées ci-après. Pour les références datées, les amendements ou révisions ultérieurs de l'une quelconque de ces publications ne s'appliquent à ce document que s'ils y ont été incorporés par amendement ou révision. Pour les références non datées, la dernière édition de la publication à laquelle il est fait référence s'applique. NF EN 1536, Exécution des travaux géotechniques spéciaux — Pieux forés (indice de classement : P 94-310). NF EN 12699, Exécution des travaux géotechniques spéciaux — Pieux avec renforcement du sol (indice de classement : P 94-311) 1). NF EN 1538, Exécution des travaux géotechniques spéciaux — Structures de soutènement — Parois moulées (indice de classement : P 94-320) 1).
1) En préparation.
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3
—6—
Principe de l’essai
L’essai consiste (voir Figure 1) : — à appliquer en tête du pieu, par paliers maintenus constants, un effort axial de traction selon un programme défini ; — à mesurer le déplacement axial de la tête du pieu ainsi que, éventuellement, les efforts à différents niveaux du fût (Figure 2).
Légende 1
Tête du pieu avant l’essai de traction
2
Tête du pieu après l’essai de traction
3
Terrain
4
Pieu
5
Frottement du sol sur le fût du pieu
Figure 1 — Essai de pieu sous un effort axial de traction — Principe
—7—
NF P 94-150-2
Légende
st
Déplacement du pieu en tête
Qt
Effort de traction en tête
Figure 2 — Essai de traction axiale de pieu — Courbe effort-déplacement en tête du pieu
4
Généralités
4.1
Définitions
4.1.1
Notations et symboles
A
est l'aire de la section transversale du fût définie sur la Figure 3.
ate
est le déplacement axial de la tête du pieu, lors de l'essai de contrôle entre 1 min et 60 min après le début du palier Qte.
atn
est le déplacement axial de la tête du pieu, entre 1 min et 60 min après le début du palier d’indice n.
B
est la largeur du pieu lorsque la section transversale est circulaire, carrée ou rectangulaire.
Be
est la largeur équivalente du pieu : Be = 4 A/P, lorsque la section droite ne peut pas se ramener à une section droite circulaire, carrée ou rectangulaire.
D
est la longueur du pieu dans le terrain.
E
est le module de déformation du pieu.
L
est la longueur totale du pieu.
Lo
est la longueur du pieu hors sol avant essai.
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—8—
P
est le périmètre du plus petit contour convexe de la section plane du pieu (voir Figure 3).
Qt
est la force axiale de traction appliquée en tête du pieu pendant l'essai.
QtC
est l’effort critique de fluage conventionnel déterminé à l’issue de l’essai de traction.
Qte
est la force axiale maximale de traction appliquée lors d'un essai de contrôle.
Qt, ELU est l’effort de traction du pieu à l’état limite ultime. Qt, ELS est l’effort de traction du pieu à l’état limite de service. QtG
est l’effort de traction correspondant à la limite élastique des matériaux constitutifs du pieu.
QtL
est l’effort d’arrachement limite du pieu estimé à partir des données géotechniques.
QtLE
est l’effort de traction conventionnel déduit de l'essai de traction du pieu.
Qtmax
est l’effort axial maximal de traction auquel il est prévu de soumettre le pieu d'essai.
Qts
est l'effort mobilisé le long du fût par frottement latéral du terrain sur toute la longueur du pieu.
qtsi
est le frottement latéral unitaire local sur un tronçon i du pieu.
st
est le déplacement de la tête du pieu.
ste
déplacement sous l'effort de traction maximal Qte imposé lors de l’essai de contrôle.
stLE
déplacement sous l'effort d'arrachement limite déduit de l’essai à la rupture.
st, 1
déplacement 1 min après le début du palier.
st, 60
déplacement 60 min après le début du palier.
αtn
est la pente du segment de la courbe de déplacement en fonction du logarithme du temps entre 1 min et 60 min lors d’un palier de traction n.
αts
est la valeur de αtn pour un effort Qt, ELS.
αte
est la valeur de αtn lors du palier Qte.
∆ltE
est le déplacement minimal de la tête du pieu à atteindre lors de l’essai à la rupture.
∆Li
est la longueur du tronçon i du pieu.
Légende A Be = 4 ------P
Figure 3 — Exemple de caractéristique conventionnelle de la section droite d'un pieu
—9—
4.1.2
NF P 94-150-2
Effort de frottement latéral
L'effort axial de traction en tête de pieu est égal à l'effort de frottement latéral (Qts). 4.1.3
Frottement latéral unitaire local
Sur un tronçon de pieu de longueur ∆Li et de périmètre P, entre les deux extrémités duquel l'effort total dans le pieu varie de ∆Qti, le frottement latéral unitaire local est : ∆ Q ti q tsi = ---------------P ⋅ ∆ Li
4.2 4.2.1
Classes d’essai Essai à la rupture
L'essai s'effectue selon le mode opératoire défini en 6.2.1. Il consiste à atteindre la rupture d'adhérence au terrain pour autant que l'effort correspondant à la limite élastique ne tenant compte que des matériaux constitutifs du pieu n'ait pas été atteinte.
4.2.2
Essai de contrôle
Il est réalisé en cours de travaux selon la procédure indiquée en 6.2.2 sur un pieu qui fait partie intégrante de l'ouvrage. La valeur de l'effort de traction à appliquer est fixée contractuellement en fonction de la valeur de l’effort auquel sera soumis le pieu à l’état limite de service Qt, ELS.
4.3
Programme de l’essai de traction
L'effort axial est imposé en tête du pieu par paliers. Chaque palier est maintenu constant pendant une durée fixée. La durée de passage d'un palier au suivant doit être inférieure à 1 min. Le déchargement du pieu se fait aussi par paliers.
5
Appareillage
La réalisation d'un essai nécessite l'ensemble du matériel suivant (voir Figure 4) : — un système de réaction ; — un système d'application de l'effort de traction sur le pieu ; — un dispositif de mesurage et de repérage.
NF P 94-150-2
— 10 —
Légende 1
Pieu
6
Plaque de répartition
2
Terrain
7
Mesurage de la force
3
Massif de réaction
8
Mesurage du déplacement
4
Base de repérage
9
Système d’application de l’effort de traction
5
Liaison du système de traction avec le pieu
Figure 4 — Appareillage de l'essai de pieu — Principe
5.1
Le système de réaction
Il doit répondre aux impératifs énumérés ci-dessous : — résister à l'effort concentré maximal Qtmax défini en 6.1.2 qu'il est prévu de transmettre au pieu d'essai ; — ne pas se déformer d'une amplitude incompatible avec le système utilisé pour l'application de l'effort maximal ; — ne pas induire de déplacements du sol qui pourraient modifier sensiblement le comportement du pieu d'essai ; — permettre l'accès à la tête du pieu afin d'y disposer le matériel de mesurage et d'effectuer les mesures. NOTE Dans le cas où la réaction est constituée d'un massif prenant appui sur le sol, il faut prendre en compte son tassement au cours de l'essai.
Lorsque la réaction est obtenue par d'autres pieux, la distance de l’axe du pieu d’essai à l’axe du pieu utilisé comme réaction doit être supérieure à 2 m et à 1,5 fois la somme des diamètres du pieu d’essai et du pieu utilisé comme réaction.
— 11 —
5.2
NF P 94-150-2
Le système d'application de l'effort
Pour un essai donné, le matériel doit permettre : — d'appliquer un effort axial au moins égal à l'effort maximal prévu Qtmax (voir 6.1.2) avec une course suffisante pour absorber les déformations du pieu, du système de réaction et de sa liaison au pieu ; — de maintenir constant l'effort axial pendant toute la durée des paliers avec une incertitude inférieure à 2 % de la valeur lue ; — d'atteindre un palier de traction en 1 min au plus. La transmission de l'effort au pieu se fait par l'intermédiaire d'une barre de traction ou d'un système équivalent.
5.3
Dispositif de mesurage et de repérage
5.3.1
Temps
Le moyen de mesure du temps doit permettre d'apprécier la seconde.
5.3.2
Déplacement de la tête du pieu
Trois types de matériel sont nécessaires. a) Des capteurs associés à une base de repérage Les caractéristiques des capteurs fixés à la base de repérage doivent être telles que : -
la plage de mesure du déplacement axial soit au moins 1,2 fois le déplacement maximal estimé ;
-
le déplacement axial de la tête du pieu soit mesuré en trois points au moins, dont le barycentre coïncide sensiblement avec l'axe du pieu (voir Figure 5) ;
-
le déplacement de la tête du pieu dans le plan transversal soit mesuré, selon au moins deux directions orthogonales (voir Figure 6) ;
-
l'incertitude sur la mesure des déplacements doit être inférieure à la plus grande des deux valeurs suivantes : •
0,1 mm ;
•
2/1000 de la valeur lue.
b) Une base de repérage Les déplacements sont mesurés par rapport à des repères fixes, éloignés conventionnellement d'au moins 3 m du nu des appuis éventuels du système de réaction et du pieu lui-même. NOTE Ces repères fixes peuvent être constitués par des pieux existants, autres que ceux servant éventuellement de massif de réaction.
c) Un appareil de nivellement Le déplacement de la tête du pieu et de la base de repérage doit être mesuré par nivellement optique à partir d’une base de référence. La méthode utilisée doit permettre de contrôler les déplacements verticaux avec une incertitude de 1 mm. NOTE Autant que possible, le système de mesure doit être mis à l'abri des variations de température qui pourraient affecter les résultats. Les phénomènes pouvant perturber les mesures, tels que les vibrations, doivent être maintenus à un niveau acceptable sur le site pendant l'essai, ou s'ils ne peuvent être maîtrisés, ils doivent faire l'objet de mesures périodiques.
NF P 94-150-2
— 12 —
Légende 1
Terrain
2
Pieu
3
Emplacement des palpeurs des capteurs de déplacement axial
4
Emplacement des palpeurs des capteurs de déplacement transversal
5
Transmission de l’effort de traction au pieu
Figure 5 — Système de mesure des déplacements axiaux et transversaux — Exemple
— 13 —
5.3.3
NF P 94-150-2
Efforts
a) En tête L'effort doit être mesuré au moyen d'un dispositif centré sur le pieu. L'incertitude sur la mesure de cet effort doit être inférieure à la plus petite des deux valeurs suivantes : •
5 % de la valeur mesurée ;
•
1 % de l’effort maximal transmis au pieu.
b) Le long du fût Si pour répondre aux objectifs fixés à l'essai, les efforts le long du fût doivent être appréciés, le type, le nombre et la position des dispositifs de mesure sont à définir préalablement à la réalisation du pieu.
5.3.4
Température
La température extérieure sur le site sous abri est mesurée avec une exactitude de ± 1 °C.
5.3.5
Visualisation des grandeurs mesurées
Quel que soit le moyen de mémorisation des données, l'opérateur doit disposer d'une visualisation simultanée des grandeurs mesurées : temps, déplacement, force, température.
5.3.6
Déplacement de la base de repérage
Afin de contrôler des mouvements accidentels, la base de repérage doit être rattachée à une base topographique de référence située hors de la zone d’influence du dispositif d’essai.
5.3.7
Matérialisation d'un périmètre de sécurité
Un périmètre de sécurité doit être délimité avec interdiction d'accès sauf au personnel effectuant les mesures.
6
Mode opératoire
6.1
Préparation de l'essai
Avant de réaliser un essai, il faut rassembler les informations sur le site et sur l'ouvrage, et connaître le but de l'essai ainsi que les caractéristiques du pieu. Ensuite, le matériel est mis en place et il est procédé aux contrôles et vérifications préalables aux mesures.
6.1.1
Données sur l'ouvrage et le site :
— plan masse ; — rapport complet des études de sol déjà réalisées avec toutes les annexes contenant le plan d'implantation des sondages, le carnet des sondages et des essais géotechniques ; — hypothèses prises en compte pour dimensionner les pieux : coupes géotechniques, caractéristiques mécaniques du sol, régime hydraulique, nombre de pieux à réaliser par type et efforts à reprendre ; — position du repère topographique et ses coordonnées.
NF P 94-150-2
6.1.2
— 14 —
Données sur le pieu soumis à essai :
— plan d'implantation ; — mode d'exécution et technologie ; — date de réalisation du pieu avec la chronologie des incidents éventuels ; — caractéristiques du pieu : a) nature : -
bois (origine, essence, nature de la surface, traitement éventuel) ;
-
béton (composition, date du bétonnage, résistance à l'écrasement des prélèvements dont l'origine, le moyen d'obtention et la position sont précisés, module d'élasticité, plan de ferraillage et nature des aciers) ;
-
métal (nuance, module élastique, type de profilés).
b) mode de mise en œuvre : -
forage ;
-
fonçage (battage, vibrage, vérinage, vissage et les combinaisons de ces techniques).
-
forage avec injection ;
-
gaine perdue (longueur, épaisseur).
c) géométrie : -
longueur L ;
-
aire de la section transversale du pieu A ;
-
aire de la section droite des armatures éventuelles ;
-
inclinaison par rapport à la verticale.
d) effort de traction correspondant à la limite élastique des matériaux constitutifs du pieu QtG : -
emplacement et caractéristiques des tubes de réservation pour l'utilisation éventuelle d'extensomètres amovibles ou pour la mesure des déplacements de la base et de certaines sections du pieu ;
-
estimation de l'effort d’arrachement limite QtL, à partir des données géotechniques, et de l'effort de traction maximale Qtmax auquel il est prévu de soumettre le pieu d'essai :
Q tmax = 1,5 Q tL et Q tmax ≤ 0,9 Q tG -
estimation de l'allongement du pieu sous l'effort de traction QtG correspondant à la limite élastique des matériaux constitutifs ;
-
pour l'essai de contrôle, l’effort maximal Qte est fixé en fonction de l’effort axial de traction appliqué au pieu en service :
Q te ≤ 1,3 Q tELS
6.1.3
Préparation du pieu
Cette opération consiste à : — confectionner la tête de pieu qui doit recevoir le dispositif de liaison entre le pieu et le système de réaction ; — aménager un passage pour les câbles des appareils de mesure installés et/ou à installer dans le pieu ; — matérialiser l'emplacement des capteurs de déplacement et déterminer leur position par rapport au nord ; — positionner les extensomètres amovibles éventuels dans les tubes de réservation prévus à cet effet et les solidariser aux niveaux définis contractuellement.
— 15 —
6.1.4
NF P 94-150-2
Délai entre la réalisation du pieu et l'essai
Entre l'exécution du pieu d'essai et l'essai de traction, on doit laisser s'écouler le temps nécessaire pour obtenir à la fois, une résistance suffisante des matériaux constitutifs du pieu et la dissipation des phénomènes transitoires affectant le terrain pendant la phase de mise en place du pieu. À titre indicatif, le délai peut varier de une à quatre semaines.
6.1.5
Contrôles et vérifications
Les dispositifs de réaction et de traction doivent être agréés par tous les intervenants et parties concernées par l'essai. Les vérifications sont effectuées conformément à l'annexe A. Il faut s'assurer de la stabilité de la base de référence pendant l'essai. Une fois notées les valeurs «zéro» de la force axiale, des extensomètres éventuels et du dispositif de mesure du déplacement, le contrôle du montage et du bon fonctionnement des appareils se fait par une mise en traction du pieu selon le programme indiqué sur la Figure 6. Un effort de 0,05 Qtmax est appliqué pendant 15 min avec lecture de la force et des déplacements aux temps t = 1, 2, 3, 5, 7, 15 min. La lecture des extensomètres, s'ils existent, est faite au temps : t = 10 min.
Légende
Qt
Effort axial de traction
t
Temps
Figure 6 — Préparation de chaque essai — Programme de traction Après déchargement, les mesures sont effectuées avec la même périodicité afin de détecter toute anomalie. Le matériel reste en place jusqu'au début de l'essai afin de conserver le réglage effectué pendant la phase de préparation.
NF P 94-150-2
6.1.6
— 16 —
Estimation du déplacement minimal de la tête du pieu à la rupture 1 ∆ l tE = 0,9 Q tG -------- L + ∆ l g AE
où : ∆lg
est le déplacement fixé conventionnellement à 0,01 m pour mobiliser le frottement latéral limite ;
E
est le module de déformation du pieu.
6.2
Réalisation de l'essai
Le processus dépend de la classe d'essai.
6.2.1 6.2.1.1
Essai à la rupture
Programme de chargement-déchargement
Une fois notée l'origine du déplacement, le pieu est mis en traction selon le schéma indiqué sur la Figure 7. Les efforts de traction sont appliqués par incréments égaux à 0,1 Qtmax et maintenus constants pendant 60 min. La phase de traction cesse lorsque l'effort de traction 0,9 QtG a été atteint ou lorsque le déplacement de la tête du pieu a dépassé le déplacement estimé à la rupture ∆ltE. Lors du déchargement, les paliers d'amplitude 0,2 Qtmax ont une durée de 1 min.
Figure 7 — Essai à la rupture sous un effort de traction
— 17 —
6.2.1.2
NF P 94-150-2
Mesures
Le début d'un palier correspond au moment où l'effort de traction prévu est atteint. À chaque palier, les mesures de force et de déplacement de la tête du pieu sont notées aux temps t = 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 60 min. En cas d'utilisation d'extensomètres, deux mesures au moins doivent être faites : — la première doit débuter au temps t = 5 min ; — la seconde doit être terminée au temps t = 60 min. La durée des lectures des extensomètres, qui est fonction de leur nombre et de leur type, ne doit pas excéder 5 min. Lors du déchargement, les mesures se font au temps t = 1 min.
6.2.2
Essai de contrôle en traction
Une fois les réglages effectués sous un effort de traction de 0,05 Qte (voir Figure 6) et notée l'origine du déplacement, le pieu est mis en traction. Les efforts de traction sont appliqués jusqu'à Qte par incréments égaux à 0,2 Qte. Ils sont maintenus constants pour chaque palier pendant 60 min (voir Figure 8). Comme cet essai s'effectue sur un pieu de l'ouvrage avant sa mise en service, l'effort maximal de traction ne doit pas dépasser Qte. Le déchargement se fait avec les mêmes paliers maintenus 1 min. — Mesures Les lectures sont faites aux mêmes temps que pour l'essai à la rupture.
Figure 8 — Essai de contrôle sous un effort de traction 6.2.3
Suivi en cours d’essai
Une mesure de contrôle du déplacement de la tête du pieu et de la base de repérage doit être faite, au moins une fois par palier, par nivellement. La courbe donnant le déplacement de la tête du pieu à la fin de chaque palier, en fonction de l’effort appliqué, doit être tracée au fur et à mesure du déroulement de l’essai.
NF P 94-150-2
7
— 18 —
Expression des résultats
Les valeurs des paramètres sont notées au cours de l'essai ainsi que les éléments perturbateurs éventuels.
7.1
Essai à la rupture
Les mesures sont exploitées de la manière suivante :
7.1.1
Déplacement an de la tête du pieu entre le début et la fin de chaque palier :
st1
le déplacement de la tête du pieu au temps t = 1 min ;
st60
le déplacement de la tête du pieu au temps t = 60 min.
— le numéro du palier est noté n avec n un nombre entier. Calculer : a n = ( s t60 – s t1 ) n sous l'effort Q tn La courbe de déplacement de la tête du pieu est obtenue à chaque palier à partir des couples de valeur (lgt, st) avec les commentaires suivants : — st est le déplacement axial cumulé de la tête du pieu depuis le début de l’essai jusqu’à l’application de l’effort Qtn d’un palier ; — l'origine des temps est prise à chaque palier n au moment où l'effort de traction prévu est atteint ; — l'unité de temps est prise égale à 1 min.
7.1.2
Pente αtn
À chaque palier Qtn, est calculée la pente αtn du segment de la courbe de déplacement en fonction du logarithme décimal du temps. Si la courbe présente des anomalies, il convient d'en rechercher les raisons. Si cette courbe ne présente pas d'anomalies, αtn est la pente de la droite de régression calculée à partir des couples de valeurs mesurées entre 5 min et 60 min.
7.1.3
Effort de traction à la rupture QtLE
C'est, conventionnellement, l'effort de traction appliqué au pieu qui produit un déplacement st égal à ∆ltE. Si ∆ltE n'a pas été atteint, QtLE est noté supérieur ou égal à la valeur du dernier palier. 7.1.4
Effort critique de fluage en traction QtC
L’effort critique de fluage est déterminé par une construction effectuée sur la courbe (αtn, Qtn/Qtmax). Les parties linéaires du début et de la fin de cette courbe sont prolongées jusqu’à leur intersection, la bissectrice de l’angle qu’elles forment recoupe la courbe (αtn, Qtn/Qtmax) au point QtC/Qtmax (voir annexe C). 7.1.5
Répartition des efforts le long du fût
L'exploitation des mesures extensométriques éventuelles fournit la répartition des efforts le long du fût du pieu (voir annexe B).
— 19 —
7.2
NF P 94-150-2
Essai de contrôle
L’essai de contrôle est exploité comme indiqué en 7.1.2 avec détermination des couples de valeurs (αtn, Qtn). Les paramètres déduits de l'essai sont : — le déplacement ste de la tête du pieu sous l’effort de traction Qte ; — le déplacement αte entre 1 min et 60 min sous l’effort de traction Qte. La valeur de la pente ats associée à la courbe de déplacement de la tête du pieu en fonction du temps sous l’effort Qt,ELS est : — soit celle calculée sur les couples de valeurs mesurées sous l'effort de traction si cet effort correspond à un palier ; — soit interpolée sur la courbe (αtn, Qtn) dans le cas contraire.
8
Procès-verbal d'essai
Le procès-verbal doit comporter les informations minimales suivantes (voir exemple dans l'annexe C) : a) la référence au présent document NF P 94-150-2 ; b) l’identification du pieu d'essai et la référence du plan d'implantation ; c) les caractéristiques du pieu d'essai : -
date de la fin de la mise en œuvre avec les incidents éventuels ;
-
longueur du pieu, aire des différentes sections transversales du pieu, technologie et procédé de mise en œuvre, présence éventuelle d'une gaine ;
-
inclinaison du pieu par rapport à la verticale ;
-
aire de la section droite des armatures ;
-
limite élastique des matériaux constitutifs du pieu.
d) la position des appareils utilisés pour mesurer les déplacements et éventuellement les efforts le long du pieu ; e) la date et l’heure du début et de fin de l'essai ; f) la représentation graphique des résultats qui comprend : -
le programme de chargement-déchargement en fonction du temps ;
-
l'évolution des déplacements axial et transversal de la tête du pieu en fin de palier de traction en fonction des efforts appliqués ;
-
l'évolution de la température, à proximité du système de mesurage, en fonction du temps ;
-
les courbes de déplacement en fonction du temps pour chaque palier, avec en ordonnée le déplacement de la tête du pieu et en abscisse le logarithme du temps t exprimé en minutes ;
-
la pente αtn en fonction des efforts appliqués ;
-
l'effort de traction limite QtLE pour l'essai à la rupture ou Qte pour l'essai de contrôle ;
-
le déplacement estimé à la rupture ∆ltE.
g) les observations liées à la réalisation de l'essai ainsi que les incidents et les détails opératoires non prévus dans la norme et susceptibles d'avoir une influence sur le résultat ; h) les valeurs numériques des paramètres mesurés seront fournies sur demande sous forme de tableaux en annexe au procès-verbal ainsi que, éventuellement : -
la répartition des efforts dans le pieu ;
-
le frottement latéral unitaire moyen sur une tranche de pieu repérée ;
-
le frottement latéral unitaire moyen en fonction du déplacement du pieu au même niveau.
À titre indicatif, un exemple de procès-verbal d'essai d'arrachement à la rupture est donné dans l'annexe C.
NF P 94-150-2
— 20 —
Annexe A (normative) Étalonnage et vérifications Init numérotation des tableaux d’annexe [A]!!! Init numérotation des figures d’annexe [A]!!! Init numérotation des équations d’annexe [A]!!!
A.1
Étalonnage de matériel — Périodicité de raccordement aux étalons
Les instruments et moyens de mesure sont gérés conformément aux prescriptions établies par le Bureau National de Métrologie (BNM). Lors des essais, les capteurs, pesons et anneaux dynamométriques doivent avoir été raccordés à un étalon depuis moins d’un an. En cas d'utilisation de capteurs de mesure de déplacements, ceux-ci doivent avoir été étalonnés avec leur chaîne de mesure depuis moins d’un an. Les extensomètres amovibles doivent être étalonnés avant chaque essai au moins pour la plage d'utilisation prévue. Les extensomètres incorporés dans le pieu doivent être fournis avec leur courbe d'étalonnage.
A.2
Procès-verbal de vérification
Pour chaque appareil ou dispositif de mesure, le procès-verbal doit comporter au minimum : — la date du dernier raccordement à l'étalon ; — l'identification de l'appareil et son lieu d'étalonnage ; — la température à laquelle la vérification a été effectuée ; — le nom de l'organisme vérificateur accrédité ; — la date limite de validité.
— 21 —
NF P 94-150-2
Annexe B (normative) Exploitation des mesures dans le pieu Init numérotation des tableaux d’annexe [B]!!! Init numérotation des figures d’annexe [B]!!! Init numérotation des équations d’annexe [B]!!!
B.1
Détermination des efforts dans le pieu
Pour un extensomètre amovible ou un extensomètre non récupérable placé dans un pieu, la déformation de sa base de mesure de longueur bn est, par convention, la même que celle du tronçon de pieu de longueur identique. La mesure des déformations en des extensomètres (voir figure B.1) permet d'établir le diagramme des efforts (voir annexe C).
a) Notation
NF P 94-150-2
— 22 —
Légende 1
Terrain
2
Pieu
3
Effort de traction
4
Extensomètres
5
Frottement latéral
6
Section transversale du pieu b) Mesure avec extensomètres non récupérables — Exemple
— 23 —
NF P 94-150-2
Légende 1
Terrain
2
Pieu
3
Effort de traction
4
Ruban d’extensomètre
5
Frottement latéral
6
Section transversale du pieu
7
Tube de réservation pour les extensomètres amovibles
8
Bloqueurs de l’extensomètre c) Mesure avec extensomètres amovibles — Exemple
Figure B.1 — Efforts dans un tronçon de pieu — Exemple de mesure Le comportement des matériaux constitutifs du pieu étant supposé élastique et linéaire, l'effort axial dans le pieu est calculé, au milieu de la base de mesure de l'extensomètre utilisé, pour un palier de charge donné par :
Qn = en En An avec :
En
module élastique moyen du tronçon correspondant à la base de mesure de rang n ;
en
déformation de l'extensomètre de longueur bn ;
An
aire de la section transversale moyenne du tronçon correspondant à la base de mesure de rang n.
NF P 94-150-2
B.1.1
— 24 —
Pieu composite
Dans ce cas, le module équivalent Ee de la section d'aire A est déterminé par : i = m i=m Ee = S i ⋅ E i ⁄ Si i = 1 i=1
∑
∑
où :
Ei et Si
désignent respectivement le module d'Young et l'aire des sections des m matériaux constitutifs du pieu dans la section transversale d'aire A.
B.1.2
Cas particulier
Pour un pieu en béton armé dans lequel le pourcentage d'acier est au plus égal à 0,5 %, le module Ee peut être pris égal à celui du béton.
B.2
Détermination du frottement latéral unitaire moyen
À partir des efforts axiaux (Qtn et Qtn – 1) mesurés aux deux extrémités d'un tronçon de pieu, de rang n et de surface latérale Slat, n (voir Figure B.1 b)), le frottement latéral unitaire affecté au milieu de ce tronçon est par convention :
Q tn – Q tn – 1 q tsn = ---------------------------------S lat,n
B.3
Mobilisation du frottement latéral en fonction du déplacement relatif sol-pieu
Par convention, le sol est supposé ne pas se déplacer pendant la durée d'un essai de traction de pieu. Le déplacement de la section transversale du pieu au milieu du tronçon sur lequel a été calculé le frottement latéral unitaire moyen (voir B.2) est le déplacement en tête (s) diminué du déplacement dû aux déformations élastiques entre la tête du pieu et le niveau considéré (voir Figure B.1 b)). La courbe de mobilisation du frottement latéral unitaire qsn en fonction du déplacement sln est la représentation graphique du couple de points ( qsn, stn). i = n–1
s tn
Qo Lo = s t – ---------------------------– E m,o ⋅ A m,o
∑ i=1
2 L m,i L m,n Q m, i – 1 + Q m,i Q m, n – 1 + Q m,n -------------------------------------- × ------------------------------------- – ----------------------------------------- × ---------------------------------------A + A E + E E A m, n – 1 + A m,n m, i – 1 m,i m, i – 1 m,i m, n – 1 + E m,n
avec :
Am,i = 0,5 . (Ai – 1 + Ai) Qm,i = 0,5 . (Qi – 1 + Qi) Lm,i = 0,5 . (Li – 1 + Li) Em,i = 0,5 . (Ei – 1 + Ei)
B.4
Mobilisation du frottement latéral en fonction du déplacement de la tête du pieu
La courbe de mobilisation du frottement latéral unitaire qsn en fonction du déplacement en tête est la représentation graphique du couple de points (qsn,stn).
— 25 —
NF P 94-150-2
Annexe C (informative) Procès-verbal — Exemple Init numérotation des tableaux d’annexe [C]!!! Init numérotation des figures d’annexe [C]!!! Init numérotation des équations d’annexe [C]!!!
Essai statique de pieu isolé sous un effort de traction axial Essai à la rupture effectué conformément à la norme NF P 94-150-2 Organisme : Établi par :
Site : N° dossier Réf : plan d'implantation
Caractéristiques du pieu
Date de la fin d'exécution du pieu :
Nature : Mise en œuvre : D= Géométrie B = Aire section armature : Charge limite élastique QtG = Charge limite estimée QtL = Inclinaison du pieu : Qtmax =
LO =
L=
N° PALIER n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-8
-6
-4
-2
0
Effort de traction Qt/Qtmax
0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Qt
kN
st,1
mm
ou mm st, 60
fin de palier
st, 60 – st,1
mm
∝tn Début d'essai
Fin d'essai
Date
Date
Heure
Heure
∆lte = 0,01 + Qtmax . L/AE =
QtG =
Résultats Essai de pieu
∆ltE :
mm
QtC =
m kN
MN
QtL =
QtLE =
Figure C.1 — Procès-verbal d'un essai de traction à la rupture
kN
MN
NF P 94-150-2
— 26 —
PROCÈS-VERBAL ESSAI DE TRACTION AXIALE DE PIEU
ESSAI DE CONTRÔLE effectué conformément à la norme NF P 94-150-2
Organisme : Établi par :
N° dossier : Réf : plan d'implantation
Caractéristiques du pieu
Date de la fin d'exécution du pieu :
- Longueur totale
L=
m
- Longueur hors sol
Lo =
m
- Longueur avec frottement latéral
D=
m
- Aire de la section transversale
A=
cm2
- Diamètre du pieu
B=
mm
- Effort de traction de service
Qts =
kN
P=
m
Site
- Inclinaison du pieu = - Périmètre du pieu - Type de pieu PV contrôle de la chaîne de mesure N° PALIER n
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Effort de traction
0
0,2 Qte
0,4 Qte
0,6 Qte
0,8 Qte
1 Qte
0,8 Qte
0,6 Qte
0,4 Qte
0,2 Qte
0
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Qt
kN
st, 1
mm
st, 60 ou fin de palier mm st, 60 – st,1
mm
∝tn Début d'essai
Fin d'essai
Date
Date
Heure
Qts =
Résultats de l’essai de contrôle
∝te =
mm
Heure
kN
Qte =
kN
ste =
Figure C.2 — Procès-verbal d'essai de traction de contrôle — Exemple
mm
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