StageCTC_Fondations Profondes IDH

LE PERFECTIONNEMENT SUR LES PROBLÈMES DE GÉOTECHNIQUE ET DE FONDATION DES OUVRAGES Fondations Profondes

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Programme de la Journée ¾ Partie 1 : Généralités ¾ Partie 2 : Les différents types de fondations profondes ¾ Partie 3 : Détermination de la capacité portante 9 9 9 9 9 9 9

3-1 : Paramètres de charge d’une fondation profonde isolée 3-2 : Calcul de Qpu et Qsu – Méthode pressiométrique 3-3 : Calcul de Qpu et Qsu – Méthode du pénétromètre statique 3-4 : Exemple avec la méthode pressiométrique 3-5 : Dimensionnement par les formules de battage 3-6 : Comportement des groupe de pieux 3-7 : Dispositions particulières concernant le béton Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Programme de la Journée ¾ Partie 4 : Pieux soumis à des efforts horizontaux et parasites ¾ Partie 5 : Exécution des pieux – Précautions de mise en œuvre ¾ Partie 6 : Spécifications particulières aux micropieux ¾ Partie 7 : Contrôles et essais de pieux

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Programme de la Journée ¾ Partie 8 : Dispositions constructives vis-à-vis du séisme ¾ Partie 9 : Pathologie des fondations profondes ¾ Partie 10 : Conclusion – Bilan – Le contrôleur technique et les fondations profondes

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Partie 1 - Généralités sur les fondations profondes

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Définition des fondations profondes ¾Les fondations profondes permettent de reporter les charges au-delà des couches de surface lorsque celles-ci sont peu résistantes ou trop compressibles. ¾Ce sont des fondations élancées Sol peu résistant et/ou compressible D Sol résistant

h B

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Limite entre fondation superficielle et profonde • Soit – B = largeur ou diamètre de la fondation – D = hauteur d'encastrement de la fondation D/B : élancement • Selon le DTU 13.1 et le Fascicule 62 on distingue : – si D/B ≤ 6 et D ≤ 3m : – les fondations superficielles • si D/B > 6 ( ou De/B > 5) et D > 3m : – les fondations profondes (ou pieux)

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Limite entre fondation superficielle et profonde

D/B ≤ 6 et D < 3 m

D/B > 6 et D ≥ 3 m

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Le « fonctionnement » d’une fondation profonde V Tête

Fût D h

B

H

¾ V et H : efforts appliqués en tête du pieu par la structure ¾ Qs : Frottement latéral ¾ Qp : Effort de pointe

Pointe

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Partie 2 - Les différents types de fondations profondes

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Classification des pieux au sens du DTU 13.2 Pieux façonnés à l’avance

Battu préfabriqué Métal battu Tubulaire précontraint Battu enrobé Battu ou vibrofoncé injecté haute pression

Pieux à tube battu exécutés en place

Battu pilonné Battu moulé

Pieux forés

Foré simple Foré tubé Foré boue Tarière creuse Vissé moulé Injecté haute pression

Puits

Fondations semi-profondes dont la justification s’apparente à celle des fondations superficielles

Pieux foncés

Béton foncé Métal foncé

Micropieux

Type I Type II Type III Type IV Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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1 – Les pieux façonnés à l’avance ¾

les pieux métalliques battus (type PH)

¾

les pieux préfabriqués battus (en B.A.)

¾

les pieux tubulaires précontraints

¾

les pieux battus enrobés

¾

les pieux foncés en béton ou métal

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1 – Les pieux façonnés à l’avance - Exemples Pieux H battus

Pieu préfabriqué battu

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Pieu tubulaire battu

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2 - les pieux à tube battu exécutés en place pieux battus pilonnés (type FRANKI)

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2 - les pieux à tube battu exécutés en place pieux battus moulés

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3 – Les pieux forés

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

foré simple foré tubé foré boue tarière creuse vissé moulé (dans DTU 13.2 uniquement) injecté haute-pression

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3 – Les pieux forés - Exemples Foré simple

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3 – Les pieux forés - Exemples Foré tubé

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3 – Les pieux forés - Exemples Foré boue (ici barrette)

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3 – Les pieux forés - Exemples Foré à la tarière creuse

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3 – Les pieux forés - Exemples Vissé moulé

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4 – Les puits Fondations semi-profondes dont la justification s'apparente plutôt à celle des fondations superficielles

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5 – Les pieux foncés Pieux métal vibrofoncés

Pieux béton vibrofoncés

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6 – Les micropieux Les micropieux : fondations profondes de diamètre ≤ 250 mm ¾ Type I : forage rempli de mortier par gravité, armé ou non armé ¾ Type II : forage équipé d’une armature, rempli de coulis ou mortier par gravité ou sous faible pression ¾ Type III : forage équipé d’armatures et d’un système d’injection. Injection globale et unitaire (IGU) ¾ Type IV : forage équipé d’armatures et d’un système d’injection. Injection répétitive et sélective. (IRS)

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6 – Les micropieux - Exemples Micropieux type IV

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Remarques – pieux picots et colonnes ballastées Pieux "picots"et colonnes ballastées (DTU 13.2) sont à rattacher à de l'amélioration de sol

Pieux picots Colonnes ballastées

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Autre classification – plus pratique Pieux Avec refoulement du sol

Pieux métal battus Pieux béton préfabriqués battus Pieux foncés - vibrofoncés Pieux battus moulés Pieux battus pilonnés

Sans refoulement du sol

Pieux forés simple Pieux forés tubés Pieux forés boue Pieux tarière creuse Pieux vissés moulés

Frottement latéral et résistance en pointe « améliorés » Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

Injectés

Pieux forés injectés haute pression Micropieux type III et IV

Frottement latéral « amélioré »

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Partie 3 - Détermination de la capacité portante

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3-1 Paramètres de charge d’une fondation profonde isolée

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Règles de calcul - Référentiel En France, actuellement, deux règlements : ¾ DTU 13.2 Fondations profondes pour le bâtiment (norme NF P11-212 de Septembre 1992) ¾ Fascicule 62, Titre V du CCTG – Règles techniques de conception et de calcul des fondations des ouvrages de génie civil de décembre 1993.

Dans l’avenir, un seul règlement : ¾ Eurocode 7 et ses normes d’application.

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Charge limite d’un pieu isolé V Tête

Fût D h

B

Charge limite Qu du pieu sollicité axialement en compression ou en traction : Qu = Qpu + Qsu avec

• Qpu = charge de pointe limite, • Qsu = charge limite en frottement latéral.

Pointe

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Charge admissible d’un pieu isolé en bâtiment En bâtiment le DTU 13.2 fait référence à la charge limite avec application des coefficients réducteurs suivants :

– aux E.L.U. : Qa(ELU) = 0.5 Qpu + 0.75 Qsu – aux E.L.S. : Qa(ELS) = 0.33 Qpu + 0.5 Qsu

Qa est appelée charge admissible ou capacité portante

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Charge admissible d’un pieu isolé en génie civil En génie civil, d'après le Fascicule 62, la charge axiale appliquée à un pieu doit être comprise entre : • Qmin = valeur minimale autorisée pour Qref en arrachement, • Qmax = valeur maximale autorisée pour Qref en compression, déterminées à partir de: • Ql = charge limite en compression, • Qs = charge limite en arrachement, • Qc = charge de fluage en compression, • QcT = charge de fluage en traction = Qs / 1.5, avec les coefficients réducteurs suivants: Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Charge admissible d’un pieu isolé en génie civil Coefficients de sécurité (suite) Détermination de Qmin et Qmax E.L.U

E.L.S

Pieux

Micropieux

Qmin

Qmax

Qmin

Qmax

Combinaisons fondamentales

-Qs/1.40

Ql/1.40

-Qs/1.40

Ql/1.40

Combinaisons accidentelles

-Qs/1.30

Ql/1.20

-Qs/1.20

Ql/1.20

Combinaisons rares

-QcT/1.40

Qc/1.10

-QcT/1.10

Qc/1.10

0

Qc/1.40

-QcT/1.40

Qc/1.40

Combinaisons quasi permanentes

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Coefficients réducteurs pour les pieux H et tubes Pour les pieux H, tubes métalliques ouverts et les palplanches : • section A • périmètre P • coefficients ρp et ρs à considérer pour les calculs de portance

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Remarque Soit • Qpu = charge limite de pointe • Qsu = charge limite en frottement latéral On distingue : • si 0.7 Qsu > 0.5 Qpu  les pieux sont dits flottants • si 0.7 Qsu < 0.5 Qpu  les pieux sont dits travailler en pointe

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Calcul de Qpu et Qsu

¾Méthode pressiométrique ¾Méthode du pénétromètre statique ¾Méthode à l’aide des caractéristiques de résistance C et ϕ (uniquement dans DTU 13.2)

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3-2 Calcul de Qpu et Qsu Méthode pressiométrique

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Méthode pressiométrique

Terme de pointe Qpu : Qpu = kp . ple* . πD2/4

avec :

• kp = terme de portance dépendant du sol et du type de pieu • ple* = pression limite nette équivalente sous la pointe • D = diamètre du pieu

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Méthode pressiométrique

Frottement latéral : Qsu = Σi (πD . qsi . li) avec : • i : couche de sol considérée pour le frottement latéral • qsi : frottement latéral limite dans la couche i, déterminé en fonction du sol et du type de pieu à partir d'abaques, • li : longueur de pieu dans la couche i, • D = diamètre du pieu. Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Méthode pressiométrique Catégorie de sol ( DTU 13.2 )

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Méthode pressiométrique Calcul de kp ( DTU 13.2 )

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Méthode pressiométrique Classification des sols (Fasc. 62)

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Méthode pressiométrique Calcul de kp ( Fasc. 62 )

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Méthode pressiométrique Choix de la courbe de frottement ( DTU 13.2 )

DTU 13.2 Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Méthode pressiométrique Détermination de qs ( DTU 13.2)

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Méthode pressiométrique Choix de la courbe de frottement ( Fasc. 62 )

Fasc. 62

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Méthode pressiométrique Détermination de qs ( Fasc. 62)

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3-3 Calcul de Qpu et Qsu Méthode du pénétromètre statique

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Méthode pénétrométrique

Terme de pointe Qpu : Qpu = kc . qce . π.D2/4 avec : • kc = coefficient de portance dépendant du sol et du type de pieu • qce = résistance de pointe équivalente • D = diamètre du pieu

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Méthode pénétrométrique

Frottement latéral : Qsu = πD . ∫0h qs(z) dz

avec :

• qs(z) = min⎨ qc (z)/ β ; qs max ⎬

– qc(z) : résistance de pointe lissée à la profondeur z, – β : coefficient dépendant du type de pieu et du type de sol

• qs max : frottement latéral maximal Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Méthode pénétrométrique

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Méthode pénétrométrique

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3-4 Exemple avec la méthode pressiométrique

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Exemple - Méthode pressiométrique Exemple : pieu foré simple φ 400 mm de 11 m

Calcul suivant DTU 13.2

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Exemple - Méthode pressiométrique

Terme de pointe Qpu : Qpu = kp . ple* . πD2/4 On cherche kp ?

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Exemple - Méthode pressiométrique Catégorie de sol ( DTU 13.2 )

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Exemple - Méthode pressiométrique Calcul de kp ( DTU 13.2 )

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Exemple - Méthode pressiométrique

Terme de pointe Qpu : Qpu = kp . ple* . πD2/4 kp = 1.6 ple* = 2,5 MPa D = 0.4 m Qpu = 1,6.2500. π.(0.4)2/4 = 502 kN Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Exemple - Méthode pressiométrique

Frottement latéral : Qsu = Σi (πD . qsi . li) On cherche qsi ?

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Exemple - Méthode pressiométrique Choix de la courbe de frottement ( DTU 13.2 )

DTU 13.2 Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Exemple - Méthode pressiométrique Détermination de qs ( DTU 13.2)

120

35

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Exemple - Méthode pressiométrique

Frottement latéral : Qsu = Σi (πD . qsi . li) qs = 35 kPa dans argile, l = 8 m qs = 120 kPa dans craie, l = 3 m

Qsu = π.0,4.(35x8+120x3)= 804 kN

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Exemple - Méthode pressiométrique – aux E.L.U. : Qa(ELU) = 0.5 Qpu + 0.75 Qsu • Qa (ELU) = 0.5 x 502 + 0.75 x 804 = 854 kN

– aux E.L.S. : Qa(ELS) = 0.33 Qpu + 0.5 Qsu • Qa (ELS) = 0.33 x 502 + 0.5 x 804 = 568 kN

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3-5 Dimensionnement par les formules de battage

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Formule de battage La plus usitée est la formule dite des Hollandais : Rd = M2.h / F. e.(M + P) avec : • M : masse du mouton • h : hauteur de chute • P : masse frappée ( pieu + casque ) • e : refus ( enfoncement pour 1 coup ) • F : coefficient de sécurité ( = 6 ) d'autres formules existent :  formule de Crandall  formule Delmag

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3-6 Comportement des groupes de pieux

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Groupe de pieux Lorsque les charges sont importantes en regard de la capacité des pieux, ceux-ci sont groupés sous des massifs de liaison. Dans ce cas on ne peut se contenter de vérifier la résistance d'un pieu isolé et il convient de considérer l'ensemble du groupe Une couche compressible profonde peut être sollicitée par l'effet d'un groupe de pieux (tassement voire poinçonnement) Le groupe de pieux peut être assimilé à un radier fictif Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Groupe de pieux Lorsque les pieux sont rapprochés (généralement de moins de trois fois leur diamètre entre axe), la capacité de l'ensemble des n pieux = n x capacité de chaque pieu isolé x coefficient d’efficacité Ce Sol cohérent : • Ce = 0.25 (1+d/B) Sol granulaire compact • Ce = 1 - ((2 arctan (B/d) / π). (2-1/m-1/n)) formule de Converse-Labarre avec B = diamètre d'un pieu d = entre-axes m et n = nombre de lignes et colonnes de pieux • ou bien on considère une pile fictive Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Groupe de pieux Pile fictive • Qp calculé sur la base d'une fondation fictive de section S = a.b et • Qgs = P.qs.D

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3-7 Dispositions particulières concernant le béton

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Résistance du béton selon DTU 13.2

Résistance conventionnelle de calcul :

f *c = inf

( f cj ; f c lim ) k1.k 2

Avec : fcj : résistance caractéristique à j jours fclim : valeur limite dépendant de la technique de fondation (cf. tableau ci-après) k1 : coefficient tenant compte du mode de mise en place k2 : coefficient tenant compte des difficultés de bétonnage liées à la géométrie de la fondation

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Résistance du béton selon DTU 13.2 Type de fondation

fclim

k1

Groupe A

Pieux préfabriqués mis en place dans un forage Pieux tubulaires précontraints Pieux préfabriqués battus en béton armé Puits avec béton vibré Puits avec béton non vibré

fc28 fcj fcj fc28 fc28

1.00 1.15 1.15 1.00 1.20

Groupe B

Pieux battus moulés Pieux forés simples Pieux forés tubés : - Bétonnés à sec - Bétonnés sous l’eau Pieux et barrettes forés sous boue

fc28

1.30 1.30

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fc28 fc28 fc28 fc28 fc28

1.20 1.30 1.30

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Résistance du béton selon DTU 13.2 k2 Groupe A

1.0

Groupe B

Pour D/B > 20, k2 = 1.05 Pour B < 0.6 m, k2 = (1.3-B/2) Pour D/B > 20 et Pour B < 0.6 m, k2 = (1.35-B/2) Sinon k2 = 1.0

Exemple : Pieu foré simple, diamètre B = 0.6 m, longueur D =15 m fc28 = 25 MPa

→ k1 = 1,3 k2 = 1,05 et f*c = 25/(1,3.1,05) = 15.6 MPa

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Résistance du béton selon DTU 13.2 Justification en phase définitive ELS ¾ Contrainte maximale de compression du béton égale à 0,6.f*c ¾ Contrainte moyenne de compression du béton sur la seule section comprimée, égale à 0,3.f*c ¾ Etat-limite de fissuration : voir BAEL (A.4.5.33 si fissuration préjudiciable, A.4.5.35 si fissuration très préjudiciable)

ELU ¾ Sollicitations normales, voir BAEL A.4.3.1 à A.4.3.4 ¾ Sollicitations tangentes, voir BAEL A.5.1.1 et A.5.1.1

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Partie 4 - Pieux soumis à des efforts horizontaux et à des efforts parasites

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Efforts horizontaux et moments de flexion Lorsque les pieux sont soumis à des efforts horizontaux ou des moments de flexion en tête (cas des pieux excentrés par rapport au charges, ou des pieux inclinés par exemple), il est nécessaire de les dimensionner vis à vis de ces efforts, ce qui se fait en considérant la réaction élastique du sol le long du pieu. Le calcul est informatique (programme PILATE, MH PIEU…). Les cages d’armatures des pieux sont alors renforcées pour reprendre les contraintes de traction.

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Efforts horizontaux et moments de flexion La réaction élastique du sol est donnée par la relation : p = kh.y Avec kh : coefficient de réaction horizontale (≡ ressort) Cette réaction est bornée par les contraintes de poussée (pa) et butée (pp)

EI : produit d’inertie du pieu caractérise la rigidité de flexion du pieu

A l’équilibre, on calcule les efforts (Moment fléchissant et effort tranchant) et la déformée horizontale du pieu.

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Efforts horizontaux et moments de flexion On peut également choisir, lorsque c’est possible, d’éviter ces efforts « parasites » en réalisant un réseau de longrines pour redresser les charges (suppression des moments) et répartir les efforts horizontaux sur l’ensemble des pieux (diminution de l’effort horizontal).

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Efforts parasites verticaux : le frottement négatif Lorsqu'un pieu traverse une couche compressible et qu'une surcharge entraîne un tassement de cette dernière, ce déplacement du sol provoque au contact sol-pieu un frottement latéral dirigé vers le bas générant un effort de compression dans le pieu. Au delà d'une certaine profondeur le tassement du sol est égal ou inférieur au tassement du pieu sous l'effet de la charge qui lui est transmise ; le point situé à cette profondeur est appelé le point neutre Le frottement latéral unitaire qui dépend du type de pieu et de la nature du seul peut être déterminé et la valeur maximale de frottement négatif estimé par intégration jusqu'au point neutre. Ce frottement calculé est surestimé si l'on ne tient pas compte de l'effet d'accrochage Formation CTC Sud – Isabelle DAIGNE HALFON

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Efforts parasites verticaux : le frottement négatif fn = σ'v k tan δ k = σ'h / σ'v σ'v est réduit en profondeur, le poids des terre étant transmis dans le pieu par frottement, c'est l'effet d'accrochage

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Efforts parasites horizontaux Lorsqu'un pieu traverse une couche compressible et que cette dernière est l'objet d'un chargement dissymétrique, le pieu est exposé aux effets liés au tassement de cette couche mais aussi à ceux des mouvements latéraux qui en résultent. Les efforts de flexions auxquels sont soumis les pieux peuvent entraîner leur rupture. 2 méthodes permettent de calculer ces efforts parasites : 1° méthode de Tschebotarioff Mmax = 0.067 . γ0 . H0 . H2 . B

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Efforts parasites horizontaux 2° méthode dite en g(z)

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gmax dépend de : • cu du sol compressible • Fs (glissement profond) • β angle du talus de remblais • position du pieu par rapport crête du remblai

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Partie 5 - Exécution des pieux – Précautions de mise en œuvre

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Précautions de mise en oeuvre Bétonnage sous l'eau Le bétonnage sous l'eau nécessite l'utilisation d'un tube plongeur Pour les pieux tubés sous la nappe il convient d'équilibrer, si nécessaire, la pression de l'eau dans le tubage ( par mise à niveau ) afin d'éviter les sous-pressions

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Précautions de mise en oeuvre Curage du fond (pieux forés) La présence de sol remanié en fond de forage peut être à l'origine de tassement Il peut également poser des problèmes lors de l'amorçage du bétonnage (pieux sous boue) Il peut être nécessaire d'effectuer un curage du fond

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Précautions de mise en oeuvre Présence de nappe en charge La rencontre d'une nappe en charge, outre les problèmes propre à la réalisation des pieux qu'elle va générer, peut entraîner des désordres aux avoisinants, par sous-tirage des matériaux Traversée de vides souterrains La présence de cavités naturelles ou anthropiques nécessite un remplissage préalables de ces dernières ou un chemisage des pieux, voire les deux

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Précautions de mise en oeuvre Risques spécifiques aux pieux battus La présence d'un niveau résistant surmontant une couche de faible résistance peut être la cause d'un refus prématuré préjudiciable à la stabilité du pieu ( tassement voire poinçonnement ) La surpression interstitielle due au battage des premiers pieux peut entraîner des phénomènes de refus prématurés Le battage de pieux au sein d'argiles molles saturées peut entraîner un serrage du béton frais des pieux voisins

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Partie 6 - Spécifications particulières aux micropieux

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Spécifications particulières aux micropieux

Définition : pieux forés de petits diamètres (D