Chap 4 [PDF]

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Les Pieux : Définition : Un pieu est donc une fondation élancée qui reporte les charges de la structure sur des couches de terrain de caractéristiques mécaniques suffisante pour éviter la rupture du sol et limiter les déplacements à des valeurs simples. Le mot pieu désigne aussi bien les pieux, les puits et les barrettes. On désigne par pieu, une fondation réalisée mécaniquement et par puits une fondation profonde creusée à la main sous la protection d’un blindage. Une barrette est un pieu foré de section allongée ou composite (en T ou en croix par exemple). Un pieu est composé de 3 principales parties, la tête, la pointe, et le fût compris entre la tête et la pointe. La longueur d’ancrage h est la longueur de pénétration du pieu dans les couches de terrain résistantes. Mécaniquement on distingue la longueur D du pieu et la hauteur d’encastrement mécanique De. Cette valeur de De tient compte du fait que les caractéristiques de la couche d’ancrage sont nettement supérieures à celles des sols de couverture traversés par le pieu (Fig.I.1). Au-delà de De/B>6, et D>3, nous sommes dans le domaine des fondations profondes.

Figure I.01 : Définition et caractéristiques géométriques des pieux

Historique : Des pilots en bois ont été utilisés dès l'époque préhistorique. De nombreux ouvrages anciens conservés jusqu'à nos jours sont fondés sur pieux, en particulier en Hollande et en Italie (le Campanile de Venise, datant de l'an 900, comporte des pieux battus). Les pieux anciens étaient battus à la masse ou à l'aide d'un mouton actionné à la main, le relevage s'effectuait par un système de cordes et poulie {sonnette à taraude,) et l'enfoncement était obtenu par la chute libre de la masse sur le pieu {battage au mouton sec). Dans la fabrication des pieux, l'acier et le béton (quelquefois la conjugaison des deux) sont pratiquement aujourd'hui les seuls matériaux employés. La conception des ouvrages où sont mis en oeuvre ces éléments exige une bonne connaissance de la mécanique des sols.

Sonnette à taraude Rôle des pieux : Lorsque le sol situé immédiatement sous les ouvrages ne présente pas des qualités de portance suffisantes, les pieux constituent une solution de fondations profondes. La figure montre les différents cas de résistance des pieux. Les pieux contribuent parfois indirectement aux fondations, leur rôle étant uniquement d’améliorer les performances du sol, soit comme pieux de compactage soit comme drains ; dans ce dernier cas, ils sont constitués de matériau drainant (sable, gravier, mèche de fibre, etc.). Ils sont utilisés également pour résister à : - des efforts latéraux (poussée des terres, efforts dus au vent ou au freinage, etc.). - des efforts de traction : ils ont alors un rôle d’ancrage (fondations de pylônes). Dans ces derniers cas, il est préférable de les incliner dans la direction des efforts résultants pour réduire les effets de flexion auxquels, par leur forme élancée, ils résistent mal.

Résistance des pieux Classification des pieux : Les pieux peuvent être classés de différentes façons selon les paramètres d'intérêt. Ces paramètres sont regroupés dans le tableau 1.1, adapté du Manuel Canadien d'Ingénierie des Fondations (MCIF, 2006).

Pour l’évaluation de la force portante, notamment, il est plus important de considérer le type de sollicitation imposée au sol par la mise en place du pieu. C’est ainsi que l’on distingue : - les pieux dont la mise en place provoque un refoulement du sol ; - les pieux dont l’exécution se fait après extraction du sol du forage et qui, de ce fait, ne provoquent pas de refoulement du sol ; - certains pieux particuliers dont le comportement est intermédiaire. a- Pieux refoulant le sol à la mise en place Dans ce groupe, on peut citer les pieux battus, qui sont des pieux soit façonnés à l’avance soit à tube battu exécutés en place. Pour les premiers, il s’agit essentiellement de pieux en métal et de pieux préfabriqués en béton armé. Pour les seconds, il s’agit de pieux battus moulés. Les principaux types de pieux actuels entrant dans ce groupe sont les suivants : - Pieu battu préfabriqué. - Pieu en métal battu. - Pieu en béton foncé. - Pieu en métal foncé. - Pieu battu pilonné. - Pieu battu enrobé. - Pieu tubulaire précontraint. - Pieu vissé moulé. I. Types de pieux : Les documents réglementaires classent les pieux selon les catégories ci-dessous : I.1 Pieux façonnés à l’avance : • battu préfabriqué • métal battu • tubulaire précontraint • battu enrobé • battu ou vibrofoncé, injecté haute pression I.2 Pieux à tube battu exécuté en place : • battu pilonné • battu moulé I.3 Pieux forés : • foré simple • foré tubé • foré boue • tarière creuse (type 1 à type3 selon la technologie utilisée) • vissé moulé • injecté haute pression

I.4 Pieux foncés : • béton foncé • métal foncé I.5 Micropieux de diamètre inférieur à 250 mm Principes d’exécution des principaux types de pieux : Il existe plusieurs types de pieux, les principaux sont les suivants : I.1 Pieux battus : Les pieux battus sont les plus anciens. Les hommes préhistoriques s’en servaient déjà pour fonder leurs villages lacustres à la surface de lacs ou d’étangs. Des sondages en ont prouvé l’existence sous une pyramide égyptienne datant d’environ 2.000 ans av. J.-C. Ces pieux sont façonnés à l’avance sur le chantier ou loin de celui-ci selon les cas. Ils sont mis en place par battage. L’enfoncement est obtenu par la chute, libre ou activée, d’une masse métallique, le mouton, sur la tête du pieu. En général les foreurs battaient les pieux tant qu’ils voulaient bien descendre. Les premières formules fixaient un enfoncement maximum pour un certain nombre de coup de la sonnette. Pour éviter sa détérioration, la tête du pieu est généralement protégée par un casque de battage. Cette pièce, dont l’emploi est indispensable, entraîne une perte d’énergie de battage. (Rendement de battage de 0,7 à 0,8). Le pieu est battu jusqu’au refus, le refus désigne l’enfoncement permanent moyen sous l’effet d’un coup de mouton correspondant à une certaine énergie de battage. I.2 Pieux forés : Les pieux forés sont des éléments de construction permettant de fonder un bâtiment ou un ouvrage, réalisés par excavation de matériaux (au moyen d’un forage) puis coulage de béton dans le sol. Différents outils sont utilisés selon la dureté des sols (tarière creuse, etc.). Dans le cas de sols de faible cohésion, un tubage ou l'utilisation de boues permet d'assurer la tenue des terres durant les opérations de forage.

Figure I .02 : Principe de réalisation d'un pieu foré en béton armé : Principe de réalisation d'un pieu foré en béton armé : 1. Mise en station de la foreuse. 2. Forage. 3. Mise en place d'une cage d'armatures. 4. Coulage du béton. Principe de fonctionnement : I.1 Cas d’un pieu isolé : Un pieu transmet au sol les charges qu’il supporte : - par l’appui de sa base sur le sol résistant (effort de pointe noté Qp) - par le frottement latéral entre le sol et le pieu (effort de frottement latéral noté Qs) L’effort de pointe est proportionnel à : - section de la base du pieu - à la résistance du substratum L’effort de frottement latéral est proportionnel à : - la surface de contact entre le pieu et le sol - au coefficient de frottement pieu-sol (rugosité du pieu, pression latérale, coefficient de frottement interne du sol) Le frottement latéral du pieu n’est mobilisable que s’il y a déplacement relatif entre le pieu et le sol. Si le pieu a tendance à s’enfoncer dans un sol stable, le frottement sol-pieu génère un effort vertical ascendant (frottement positif) Si au contraire, le pieu étant immobile, le sol à tendance à tasser, le frottement sol-pieu est négatif. Cela a pour conséquence de surcharger le pieu. Pour remédier à ce problème (couches compressibles, remblais récents non stabilisés), on chemisera le pieu par un tubage afin de diminuer l’effet du frottement négatif.

Figure I .03 : Pieu isolé

Conditions d'emploi des pieux : Le choix d'un type de pieux résulte de données et critères : a- Techniques : - nature de l'ouvrage, type et importance des charges, - longueur possible des pieux, - nature du sol, - présence d'eau, agressivité particulière, - causes de détérioration, - possibilité de mise en oeuvre et environnement, - matériaux disponibles, - délais d'exécution souhaités ; b- Economiques : - ressources locales et matières premières (bois, acier, ciment), - possibilités d'approvisionnement, accès, transport, - ressources en main-d'oeuvre, coût, - matériel disponible, - comparaison des coûts des différents types techniquement satisfaisants, - coût de l'entretien éventuel et des conséquences sur les ouvrages voisins, - crédits disponibles. Paramètres de sol pour le dimensionnement des pieux : Les dimensions et le type de pieux sont déterminés selon la nature du sol (tableau). Pour les pieux construits sur place ou préfabriqués, ils sont généralement déterminés à partir de considérations économiques et pratiques. Le choix du type de pieux est également dicté par l'importance de la structure à supporter.

Tableau : Choix du type de pieux selon la nature du sol.

Les pieux sont généralement dimensionnés soit sur la base de méthodes empiriques, soit sur la base d'essais in situ. Les deux principaux paramètres du sol pour le calcul de pieux sont la cohésion (c) et l'angle de frottement interne (φ). De plus, dans le cas des charges latérales, la valeur du module de réaction du sol Es est nécessaire pour le dimensionnement des pieux (Bowles, 1977 et Frank, 1995).