ENSAM 2-Fondations PDF [PDF]

Zitiervorschau

Fondations •

Chapitre I

Fondations superficielles •

Chapitre II

Fondations profondes

1

Fondations superficielles Objectif de ce chapitre • Calculer la capacité portante d’une fondation superficielle et déterminer son tassement 1- Description et comportement des fondations superficielles 2- Méthode « c-φ φ » : approche déterministe 2.1- Calcul de la capacité portante 2.2- Détermination des tassements 3- Méthode pressiométrique 3.1- Essai au pressiomètre de Menard 3.2- Application aux fondations superficielles 3.3- Grandeurs équivalentes

2

1- Description et comportement des fondations superficielles Classification des fondations

3

1.1- Description d’une fondation superficielle • Largeur d'une semelle

:B

• Longueur d'une semelle : L

une semelle est continue lorsque L > 5B

• Hauteur d'encastrement : D

épaisseur minimale des terres au-dessus du niveau de la fondation

• Ancrage de la semelle

profondeur de pénétration dans la couche porteuse

:h

• Radiers et dallages grandes dimensions 4

1.1- Description d’une fondation superficielle

a) Semelle filante

b) Semelle isolée

c) Radiers (ou dallages)

5

Domaine des fondations superficielles

D/B < 4
Fondations superficielles D/B ≥ 10
Fondations profondes 4≤ D/B 2,5

A

Lâches

< 0,5

B

Moyennement compacts

C

Compacts

> 2,5

A

Molles

< 0,7

B

Altérées

1,0 – 2,5

C

Compactes

Marnes, marnocalcaires

A

Tendres

B

Compacts

Roches

A

Altérées

B

Fragmentées

établi à partir des fourchettes indicatives de la pression limite

Pressiomètre pl (MPa)

Sables, graves

suivant la proposition suivante Craies

1,0 – 2,0

> 3,0 1,5 – 4,0 > 4,5 2,5 – 4,0 > 4,5

55

3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements • Amplitude totale du tassement final = somme de deux composantes

s = sc + s d sc : tassement sphérique (base de la fondation à la profondeur B/2), -

dû à des déformations volumiques ou consolidation max sous la base de la semelle

sd : tassement déviatorique - fluage (jusqu'à une profondeur de l'ordre de 8B) -

dû à des déformations de cisaillement max à une profondeur égale à la demi-largeur de la fondation B

Domaine Déviatorique sd

Domaine Sphérique sc

Domaine Déviatorique sd

56

3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements • Terrain homogène sc =

(

)

α q − σ v 0 .λ c .B 9 EM

EM

Modulé pressiométrique

q

Contrainte verticale appliquée au sol par la fondation

σv0

Contrainte verticale totale avant travaux, au niveau de la base de la future fondation,

(

)

 2 B sd = q − σ v 0 .B0 . λ d .  9 EM B0  

α

B

Largeur (ou diamètre) de la fondation

B0

Largeur de référence (0,60 m)

α

Coefficient rhéologique (nature du sol)

λc et λd

Coefficients de forme, fonction de L/B

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3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements - Coefficients rhéologique α Type

Tourbe α

Surconsolidé ou très serré Normalement consolidé ou normalement serré Sous-consolidé altéré et remanié ou lâche

1

Argile EM/pl

Limon α

EM/pl

Sable α

EM/pl

Sable et gravier α

EM/pl

Type

Roche

α

α

> 16

1

> 14

2/3

> 12

1/2

> 10

1/3

Très peu fracturé

9 à 16

2/3

8 à 14

1/2

7 à 12

1/3

6 à 10

1/4

Normal

1/2

Très fracturé

1/3

Très altéré

2/3

7à9

1/2

5à8

1/2

5à7

1/3

2/3

58

3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements - Coefficients de forme λc et λd L/ B

cercle

carré

2

3

5

20

λc

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,15

λd

1,00

1,12

1,53

1,78

2,14

2,65

59

3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements • Terrain hétérogène - Variation de EM avec la profondeur - Calcul de sc et sd avec des modules pressiométriques équivalents Ec et Ed - Calcul de Ec et Ed : sol divisé, à partir de la base de la semelle, en couches fictives d'épaisseur B/2 et numérotées de 1 à 16 1ere couche

Ec

EM = Ec = E1

Ed

4,0 1 1 1 1 1 = + + + + Ed E1 0,85 E2 E3,5 2,5 E6 ,8 2,5 E 9,16 Ei,j : moyenne harmonique des modules mesurés dans les tranches i à j exemple pour les couches 3,4, et 5 3,0 1 1 1 = + + E3,5 E3 E4 E5

60

3.2- Application aux fondations superficielles 3.2.2 Calcul des tassements • Terrain hétérogène - Si les valeurs de E9 à E16 ne sont pas connues, mais considérées supérieures aux valeurs susjacentes, Ed se calcule comme suit :

3,6 1 1 1 1 = + + + Ed E1 0,85 E2 E3,5 2,5 E6 ,8 - De la même façon, si les modules E6 à E8 ne sont pas connues, Ed, est donné par :

3,2 1 1 1 = + + Ed E1 0,85 E2 E3,5 61

3.3- Grandeurs équivalentes 3.3.1 Pression limite nette équivalente • Sol homogène terrain sous fondation constitué, jusqu'à une profondeur d'au moins 1,5 B, d'un même sol ou de sols de même type et de caractéristiques comparables - on établit un profil linéaire de la pression limite nette pl* schématique, représentatif de la tranche de sol [D; D+1,5B]

pl* = pl − p0 = a . z + b - la pression limite nette équivalente est prise égale à

ple* = pl* ( ze ) avec

ze = D +

2 B 3

62

3.3- Grandeurs équivalentes 3.3.1 Pression limite nette équivalente • Sol non homogène Terrain sous fondation constitué, jusqu’à une profondeur d’au moins 1,5 B, de sols de natures différentes et de résistances mécaniques différentes (mais du même ordre de grandeur) - après élimination des valeurs singulières (ex : présence de blocs ou concrétions) - on calcule la moyenne géométrique sur la tranche de sol [D; D+1,5B]

ple* = n pl*1. pl*2 ............ pln* Sensiblement équivalent à :

( )

log ple* =

(

)

1 D +1,5B log p*l ( z ) dz ∫ 1,5 B D

63

3.3- Grandeurs équivalentes 3.3.2 Hauteur d’encastrement équivalente • paramètre conventionnel de calcul pour tenir compte du fait que les caractéristiques mécaniques des sols de couverture sont généralement plus faibles que celles du sol porteur De < D

De =

1 D * ∫ p l ( z ) dz * d ple

ple*

: pression limite nette équivalente du sol sous la base de la fondation d : généralement égal à 0, sauf s'il existe en surface des couches de très mauvaises caractéristiques dont on ne veut pas tenir compte dans le calcul de l'encastrement D : hauteur contenue dans le sol pl*(z) : obtenu en joignant par des segments de droite sur une échelle linéaire les différents pl* mesurés 64

Fondations •

Chapitre I

Fondations superficielles •

Chapitre II

Fondations profondes

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Fondations profondes Objectif de ce chapitre • Calculer la charge d'un pieu

1- Généralités 1.1- Définition 1.2- Mode de fonctionnement 1.3- Types de pieux

2- Méthode pressiométrique 3- Frottement négatif 4- Groupe de pieux 66

1- Généralités Classification des fondations

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1.1- Définition 1.1.1 Fondation profonde - C’est un élément structural mince fiché dans le sol, utilisé pour transmettre la descente des charges en profondeur, lorsque l’utilisation de fondations superficielles est non économique ou impossible. -Une fondation est considérée comme profonde lorsque l'élancement est important: : D/B < 4


Fondations superficielles

D/B ≥ 10


Fondations profondes

4≤ D/B 2,5

A

Lâches

< 0,5

B

Moyennement compacts

C

Compacts

> 2,5

A

Molles

< 0,7

B

Altérées

1,0 – 2,5

C

Compactes

A

Tendres

B

Compacts

A

Altérées

B

Fragmentées

1,0 – 2,0

> 3,0 1,5 – 4,0 > 4,5 2,5 – 4,0 > 4,5

86

2.2- Calcul de la charge limite de frottement latéral Qs • Effort total limite mobilisable par frottement latéral - Obtenu en multipliant la surface latérale du pieu par le frottement latéral unitaire limite - Concerne une hauteur qui ne correspond pas nécessairement à toute la hauteur de l'élément contenue dans le sol

Qs = P q s ( z ) dz h ∫ 0

P

: périmètre du pieu

qs

: frottement latéral unitaire limite à la cote z

h

: hauteur où s’exerce effectivement le frottement latéral hauteur de pieu dans le sol, diminuée ; - de la hauteur où le pieu comporte un double chemisage - de la hauteur où s’exerce le frottement négatif

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2.2- Calcul de la charge limite de frottement latéral Qs 2.2.1 Frottement latéral unitaire limite qs • Fonction de la pression limite nette pl* (qui exprime la compacité ou le serrage du sol) • Fonction du type de pieu et de la nature des terrains

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2.2- Calcul de la charge limite de frottement latéral Qs 2.2.1 Frottement latéral unitaire limite qs • Choix des courbes pour le calcul du frottement latéral unitaire qs

(1) Réalésage et rainurage en fin de forage. (2) Pieux de grande longueur (supérieure à 30 m). (3) Forage à sec, tube non louvoyé. (4) Dans le cas des craies, le frottement latéral peut être très faible pour certains types de pieux. Il convient d’effectuer une étude spécifique dans chaque cas. (5) Sans tubage ni virole foncés perdus (parois rugueuses). (6) Injection sélective et répétitive à faible débit. 89 (7) Injection sélective et répétitive à faible débit et traitement préalable des massifs fissurés ou fracturés avec obturation des cavités.

2.3- Calcul de la charge limite totale Ql • Cas général des pieux travaillant en compression

Ql = Q p + Qs

• Cas des pieux travaillant en arrachement

Ql = Qs

90

2.4- Grandeurs équivalentes 2.4.1 Pression limite nette équivalente • cas d’une formation porteuse homogène couche pour laquelle les valeurs maximales de pl n’excèdent pas 2 fois les valeurs minimales de pl

ple* = a

: B/2

1 D +3a * ∫ p l ( z ) dz D 3 a + b -b

pour B > 1m

0,50m pour B < 1m b

: min {a,h}, avec h = hauteur de l'élément de fondation contenue dans la couche porteuse

pl*(z) : obtenue en joignant par des segments de droite sur une échelle linéaire les différents pl* mesurés

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2.4- Grandeurs équivalentes 2.4.2 Hauteur d’encastrement équivalente

De = avec

1 D * ∫ pl ( z ) dz * ple 0

pl* = pl − p0 pl* pl p0 ple*

pression limite nette pression limite mesurée contrainte totale horizontale au même niveau dans le sol avant essai pression limite nette équivalentes

92

3- Frottement négatif (effet parasite)

3.1- Description du phénomène 3.2- Méthode de calcul

93

3.1- Description du phénomène • Pieu traversant une couche molle pour aller s'ancrer dans un substratum résistant - si la couche molle est surchargée (par un remblai par exemple), elle va tasser sous le poids de la surcharge - le sol s'enfonce par rapport au pieu (et non l'inverse) • S'il y a déplacement, il y a frottement au contact sol/pieu - il se développe donc un frottement latéral dirigé vers le bas dans la couche compressible et dans le remblai - ce frottement provoque un effort de compression dans le pieu

94

3.1- Description du phénomène

• Les déplacements verticaux du sol (tassements) sont maximaux à la partie supérieure et diminuent avec la profondeur - déplacement AA' dû au tassement de H déplacement CC' dû au tassement de H-z - à partir de H', tassement du sol ≤ enfoncement du pieu

point neutre N

95

3.1- Description du phénomène •

éventuellement point neutre / tastpieu= tastsol


au-delà frottement devient positif porteur et non porté 96

3.1- Description du phénomène • Hauteur d’action du frottement négatif Tassement

Epaisseur de la couche compressible 5m

10 m

+20 m

1 à 2 cm

Couches non porteuses, négliger les couches compressibles dans le calcul de la force portante des pieux

2 à 10 cm

Prendre le frottement négatif sur la partie de l’appui dans le remblai (ou le sol). Valeur maximum déduite de la formule ci-dessus sur : 3 m de pieu

Plus de 10 cm

5 m de pieu

10 m de pieu

Prendre le frottement négatif sur la partie de l’appui dans le remblai (ou le sol). Valeur maximum déduite de la formule ci-dessus sur : 5 m de pieu

7 m de pieu

14 m de pieu 97

3.1- Description du phénomène Exemple : Culée remblayée fondée sur pieux de pointe traversant sol mou

98

3.2- Méthode de calcul • Principes de base - le frottement négatif est un phénomène lent, puisque lié à la consolidation des couches compressibles

à prendre en compte : caractéristiques mécaniques effectives c' etϕ‘

- au-delà du point neutre N, le frottement négatif n'existe plus et devient positif - si le pieu traverse un remblai surchargeant le sol, le frottement négatif s'exerce sur toute l'épaisseur du remblai et sur la couche compressible jusqu'en N

99

3.2- Méthode de calcul • Calcul du frottement négatif unitaire fn - soit σv'(z) la contrainte effective verticale à une profondeur quelconque z et à proximité immédiate du fût du pieu

σ 'h ( z ) = K σ 'v ( z )

K : coefficient de pression des terres au contact sol/pieu

- si δ est l'angle de frottement sol/pieu (dépend du type de pieu et de la nature du sol)

f n = σ 'h tan δ = σ 'v K tan δ

100

3.2- Méthode de calcul • Calcul de la valeur maximale du frottement négatif - le frottement négatif total Gsf sur le pieu est obtenu par intégration de fn depuis la partie supérieure du pieu jusqu'à la profondeur du point neutre

[

Gsf = P 0,5γ 0 . H 02 . K 0 . tanδ 0 + (γ 0 . H 0 . H1' + 0,5γ 1 . H1'2 ). K1 . tanδ1 remblai sur la partie H0

]

remblai et couche d'argile sur la partie H1'

périmètre de la section droite du pieu

Remarque Si le sol est sous la nappe, il faut utiliser les conditions déjaugées Cette méthode conduit souvent à une surestimation du frottement négatif On doit considérer l'effet d'accrochage une partie du poids des terres transmise dans le pieu par le frottement négatif mobilisé au-dessus du point considéré

101

3.2- Méthode de calcul •

Effet d'accrochage


considérer

à proximité du fût σ’v réduite parce qu’une partie du poids des terres est transmise dans le pieu par le frottement négatif mobilisé au-dessus du point neutre : c’est l’ effet d’accrochage. 102

3.2- Méthode de calcul • Importance du frottement négatif total Gsf - Gsf peut être très élevé et absorber une part prépondérante, voire la totalité de la capacité portante du pieu - afin de réduire Gsf , des dispositions spéciales peuvent être prises : • traitement de la surface des pieux battus avec des enduits à base de bitume • double chemisage sur une certaine hauteur

103

3.2- Méthode de calcul • Valeurs de K· tan δ Type de pieu Nature du sol

Foré tubé

Foré

Batu

Tourbe, argile et limon mous

0,10

0,15

0,20

Argile et limon fermes à durs

0,15

0,20

0,30

Sables et graves très lâches

0,35

0,35

0,35

Sables et graves lâches à peu compacts

0,45

0,45

0,45

0,5 à 1

0,5 à 1

0,5 à 1

Sables et graves moyennement compacts à compacts

Cas particuliers - pieux battus ou chemisés enduits de bitume (sols fins)

K × tan δ = 0,02

- cake annulaire de bentonite

K × tan δ = 0,05

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4- Groupe de pieux

4.1- Capacité portante d’un groupe de pieux sous sollicitations axiales 4.1.1- Groupe dans un sol cohérent 4.1.2- Groupe dans un sol sans cohésion

4.2- Tassement d’un groupe de pieux 4.3- Frottement négatif maximal pour un groupe de pieux

105

4.1- Capacité portante d’un groupe de pieux sous sollicitations axiales • Coefficient d’efficacité Ce du groupe de pieux

Ce = N

charge limite du groupe N × charge du pieu isolé

: nombre de pieu

- On considère ici essentiellement les pieux flottants, pour lesquels la résistance en frottement latéral est prépondérante vis-à-vis de la résistance en pointe - Ce = 1 pour les pieux de pointe (pas d’interaction entre les pieux)

106

4.1- Capacité portante d’un groupe de pieux sous sollicitations axiales 4.1.1 Groupe dans un sol cohérent • Cas d’un entre-axes supérieur à 3 diamètres - formule de Converse-Labarre

Ce = 1 −

2 arctan B S  1 1 2 − −  π m n 

B

: diamètre d’un pieu,

S

: entre-axes,

m et n

: nombre de lignes et de colonnes du groupe

107

4.1- Capacité portante d’un groupe de pieux sous sollicitations axiales 4.1.1 Groupe dans un sol cohérent • Cas d’un entre-axes inférieur à 3 diamètres - On considère l’ensemble des pieux et le sol qu’ils enserrent comme une fondation massive fictive de périmètre P et de longueur D - La charge limite de pointe Qp se calcule comme celle d’une fondation superficielle ou profonde selon le rapport D/B. S’il existe une couche molle sous-jacent, il faut considérer la fondation comme fondée sur un bicouche - La charge limite en frottement latéral Qs pour un milieu homogène est :

Qs = P. cu. D cu : cohésion apparente 108

4.1- Capacité portante d’un groupe de pieux sous sollicitations axiales 4.1.2 Groupe dans un sol sans cohésion • Dans un sol pulvérulent, il y a moins d’interaction entre les pieux d’un groupe • Ce = 1

Q l (groupe) = N × Q l (unité )

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4.2- Tassement d’un groupe de pieux • Méthode empirique de Terzaghi prévoir le tassement d’un groupe de pieux flottants

- la descente du chargement est faite en supposant que la charge en tête du groupe est transmise à une semelle (fictive) à un niveau donné - la répartition des contraintes en profondeur est faite sur la base de la théorie de BOUSSINESQ ou avec l’approximation trapézoïdale 2V : 1H - le tassement se calcule par l’approche oedométrique par exemple

110

4.2- Frottement négatif maximal pour un groupe de pieux

- On supposer que le phénomène d’accrochage est amplifié en présence de plusieurs pieux, et que le frottement négatif, s’il y en a, s’exerce sur la surface de la pile circonscrite au groupe - Dans le cas très fréquent où le groupe de pieux est supposé liaisonné en tête par un chevêtre rigide, ce qui provoque vraisemblablement une uniformisation du frottement négatif, on applique à chaque pieu la moyenne par pieu du frottement négatif total obtenu pour l’ensemble du groupe

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