Fondations Superficielles. [PDF]

Zitiervorschau

Réf. : C246 V2

Date de publication : 10 février 2017

Fondations superficielles

Date de dernière validation : 20 juillet 2020

Cet article est issu de : Construction et travaux publics | Mécanique des sols et géotechnique par Olivier BENOIT

Mots-clés géotechnique | sols | matériaux de construction | solidification | fondations superficielles

Résumé Les fondations superficielles permettent la transmission des efforts induits par un ouvrage au sol, qu’il soit sol meuble ou roche. Ce type de fondation a la particularité de solliciter les couches de sols les plus superficielles qui sont par définition des zones soumises aux actions naturelles et anthropiques pouvant modifier les caractéristiques des matériaux. Le dimensionnement d’une fondation superficielle prend en compte ses caractéristiques intrinsèques que sont ses dimensions (longueur, largeur), son matériau constitutif (béton armé, sol pour les ouvrages en terre), mais aussi l’assise sur laquelle elle est réalisée au travers de son encastrement (profondeur de la base de la fondation par rapport à la surface) et des modes de transmissions des efforts (essentiellement par la base).

Keywords geotechnical engineering | grounds | building materials | solidification | shallow foundations

Abstract Shallow foundations allow the transmission of forces induced by a structure on the ground, whether soil or rock. This type of foundation has the particularity of soliciting the most superficial layers of soil, by definition areas subjected to natural and anthropogenic actions that can change the characteristics of the materials. Designing this portion of the structure takes into account intrinsic characteristics: size (length, width), material composition (reinforced concrete for civil engineering buildings and structures, soil-like material for embankments), and the ground on which it stands (depth of footings from the surface) and effort transmission modes (mainly through the base of the foundations).

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Fondations superficielles par

Olivier BENOIT

Parution : février 2017 - Dernière validation : juillet 2020 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

Responsable Me´tier Ge´otechnique - Docteur UJF - Inge´nieur ISTG WSP France

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1. 1.1 1.2

De´finitions propres aux fondations superficielles................... Contexte normatif .............................................................................. Comprendre une fondation superficielle...........................................

2.

Actions, combinaisons, situations, e´tats limites .....................

—

3

3.

Excentrement du chargement des fondations superficielles

—

4

4. 4.1

Capacite´ portante des fondations superficielles ..................... Notions fondamentales du comportement des fondations superficielles ...................................................................................... Principe de la ve´rification de la capacite´ portante ............................ Me´thode pressiome´trique .................................................................. 4.3.1 De´termination de la pression limite nette e´quivalente ple* ... 4.3.2 De´termination de l’encastrement e´quivalent De ..................... 4.3.3 De´termination du facteur de portance pressiome´trique kp .... 4.3.4 De´termination du coefficient de re´duction de portance id lie´ a` l’inclinaison du chargement ................................................. 4.3.5 De´termination du coefficient de re´duction de portance ib lie´ a` la proximite´ d’un talus ......................................................... Me´thode pe´ne´trome´trique ................................................................. 4.4.1 De´termination de la re´sistance de pointe e´quivalente qce ..... 4.4.2 De´termination de l’encastrement e´quivalent De ..................... 4.4.3 De´termination du facteur de portance pressiome´trique kc .... 4.4.4 De´termination des coefficients de re´duction id et ib ............... Me´thode « c-j » ................................................................................. Ve´rification de la portance sous se´isme ............................................ 4.6.1 Capacite´ portance Nmax ............................................................ 4.6.2 Force d’inertie sans dimension ...............................................

—

5

— — — — — —

5 6 7 7 8 8

—

8

— — — — — — — — — —

9 9 9 9 10 10 10 12 12 13

Glissement des fondations superficielles.................................. Re´sistance au glissement de la base de la fondation Rh,d ................ Re´sistance frontale de la fondation Rp,d ............................................ Ve´rification du glissement sous se´isme ............................................

— — — —

13 13 14 14 14

4.2 4.3

4.4

4.5 4.6

5. 5.1 5.2 5.3

C 246v2 – 2 — 2 — 2

6.

Stabilite´ ge´ne´rale des fondations superficielles ......................

—

7.

Tassements des fondations superficielles .................................

—

14

8.

Structure des fondations superficielles.....................................

—

15

9.

Soule`vement hydraulique des fondations superficielles ........

—

16

10. Conditions de site et dispositions constructives .....................

—

16

11.

—

16

—

17

Conclusion........................................................................................

12. Glossaire ........................................................................................... Pour en savoir plus..................................................................................

Doc. C 246v2

L

es fondations permettent la transmission des efforts de la construction au sol par l’ensemble de ses e´le´ments ge´ome´triques (base et faces late´rales). Suivant le type de fondations, l’influence de ces e´le´ments est plus ou moins pre´ponde´rante. Une des caracte´ristiques des fondations permettant de les classer en famille est leur encastrement de´fini comme la profondeur entre la base de la fondation et la surface du sol.

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C 246v2 – 1

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

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Les fondations superficielles se caracte´risent par un encastrement faible par rapport a` ses dimensions, ce qui induit des modes de transmission des efforts au sol favorisant la base plutoˆt que les e´le´ments late´raux. Les ve´rifications a` re´aliser dans le cadre d’un dimensionnement de fondations superficielles sont de plusieurs natures et de´coulent de l’analyse des diffe´rentes interactions entre le sol et l’ouvrage. La ve´rification de la portance du sol est la plus intuitive. Elle permet de s’assurer que le sol est capable de supporter les charges de l’ouvrage. Cependant le torseur d’effort induit par la structure ou les e´le´ments exte´rieurs n’est pas obligatoirement vertical. La ve´rification au glissement entre la base de la fondation et le sol peut donc eˆtre essentielle dans certains cas. Ces efforts induisent des de´formations du sol qu’il faut e´galement appre´hender. La` aussi, les de´formations les plus intuitives (et les plus communes) sont les tassements, c’est-a`-dire les de´formations verticales du sol sous-jacent. Il faut e´galement s’assurer que les mate´riaux composant les fondations aient la re´sistance ne´cessaire aux efforts qu’elles reprennent. Enfin, il faut ve´rifier que les fondations soient stables dans leur environnement ge´ne´ral, cas particulie`rement important lorsque la construction se situe dans des zones sensibles du type terrain en pente, bord de talus,… Bien que l’ensemble de ces ve´rifications doivent eˆtre effectue´es pour chaque fondation, leur importance doit eˆtre appre´hende´e et hie´rarchise´e par l’inge´nieur ge´otechnicien qui de´cidera ensuite de ce qui rele`ve du dimensionnement par le calcul. Cet article a pour objectif de donner les cle´s pour re´aliser ces ve´rifications en faisant un point sur les approches utilise´es et les fac¸ons de les inte´grer dans le cadre de la normalisation que sont les Eurocodes 7 et 8 et leurs normes d’application.

1. De´finitions propres aux fondations superficielles

soient baˆtiments ou ouvrages de Ge´nie Civil. Ces ouvrages correspondent a` des ouvrages classiques repre´sentant la majorite´ des sujets d’e´tudes. Pour des ouvrages plus complexes pre´sentant des risques exceptionnels ou fonde´s dans des sols tre`s difficiles, les principes de l’Eurocode 7 peuvent eˆtre e´galement applique´s, mais comple´te´s par des ve´rifications supple´mentaires en ade´quation avec la complexite´ de l’ouvrage, du terrain et de son environnement.

1.1 Contexte normatif Au sein du corpus normatif des Eurocodes, plusieurs normes font re´fe´rence aux fondations superficielles et a` leur dimensionnement. L’Eurocode 7 (NF EN 1997-1) traite des calculs des ouvrages ge´otechniques. Dans ce cadre, la norme d’application traitant des proble´matiques de fondations superficielles est la NF P 94-261. Il faut e´galement noter la norme NF P 94-281 traitant des murs de soute`nement poids et dont une partie est consacre´e aux fondations superficielles dans ce cas plus spe´cifique. L’Eurocode 8 traite du calcul des structures pour leur re´sistance aux se´ismes et particulie`rement sa partie 5 (NF EN 1998-5) qui, entre autres, aborde les fondations superficielles sous sollicitations sismiques. Ces documents ont remplace´ les documents plus anciens qu’e´taient le DTU13.12 pour les fondations superficielles des baˆtiments et le Fascicule 62 titre 5 du CCTG pour les fondations des ouvrages de Ge´nie Civil, ainsi que les re`gles parasismiques PS92 pour les applications sous sollicitations sismiques. Les justifications de´veloppe´es dans les Eurocodes s’appliquent pour des ouvrages de cate´gorie ge´otechnique 2 (tableau 1) qu’ils

C 246v2 – 2

1.2 Comprendre une fondation superficielle Une fondation peut se de´finir selon plusieurs caracte´ristiques ge´ome´triques (figure 1). Bien entendu, par sa largeur B et sa longueur L, mais aussi par son encastrement D qui est la profondeur entre la base de la fondation et la surface du sol. En ge´otechnique, la notion d’encastrement a e´te´ ame´liore´e par l’introduction de l’encastrement e´quivalent De prenant en compte la qualite´ me´canique du sol le long de la profondeur d’encastrement D. Cet encastrement e´quivalent De est utilise´ dans l’Eurocode 7 pour de´finir les types de fondations tels que : – De/B < 1,5 Æ fondations superficielles ; – 1,5 < De/B < 5 Æ fondations semi-profondes ; – De/B > 5 Æ fondations profondes. & Deux types de fondations : rigide ou souple Une fondation superficielle peut eˆtre rigide ou souple. Cette distinction, importante dans la de´termination des tassements, est base´e principalement sur le rapport entre l’e´paisseur de la fondation h et sa largeur B (figure 1).

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

Tableau 1 – Cate´gories ge´otechniques d’apre`s l’annexe N de la norme NF P 94-261 Classes de conse´quences (1)

CC1

Conditions de sites

Cate´gories ge´otechniques

Bases de justifications

Simples et connues

1

Expe´rience et reconnaissance qualitative admises

2

Reconnaissance ge´otechnique et calculs ne´cessaires

Complexes Simples

Sol

D h L

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Complexes

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CC3

Simples ou complexes

3

Reconnaissance ge´otechnique et calculs approfondis

B Figure 1 – Fondation superficielle type

(1) Les classes de conse´quences par rapport a` la ruine ou l’endommagement de l’ouvrage sont e´tablies vis-a`-vis des personnes, des ouvrages et des constructions avoisinantes, ainsi que de la protection de l’environnement

 Si h > B, ge´ne´ralement L > 10 B) ; – les semelles isole´es sont des fondations rigides dont le rapport entre la longueur L et la largeur B est faible. Parmi ces semelles isole´es, toutes les ge´ome´tries de base sont possibles, les plus courantes e´tant les semelles rectangulaires, les semelles carre´es (B = L) et les semelles circulaires (diame`tre B) ; – les radiers sont des fondations souples dont les dimensions L et B sont tre`s grandes. La notion de fondation souple pour un radier peut eˆtre toute relative. Un exemple parfait de radier souple est un radier sous un re´servoir de grande dimension (type cuve pe´trolie`re). Dans certains cas, il est recherche´ de rigidifier le radier afin, notamment, de re´partir des charges ponctuelles descendues par la structure en un chargement plus uniforme sur le sol. Cette rigidite´ est obtenue ge´ne´ralement en renforc¸ant le ferraillage et en augmentant l’e´paisseur de be´ton qui peut alors atteindre plusieurs me`tres. Ce type de fondation est tre`s utile lorsque le sol d’assise de l’ouvrage pre´sente des he´te´roge´ne´ite´s importantes afin de limiter les tassements diffe´rentiels. Dans ces conditions, les radiers « rigides » peuvent s’apparenter a` des semelles isole´es de grande dimension. Il est important de distinguer les radiers des dallages. Ces derniers ne supportent pas – ou tre`s peu – de charges permanentes et sont destine´s a` reprendre des charges variables. Leur

justification fait l’objet de me´thodes et de textes diffe´rents (DTU13.3 norme NF P 11-213) qui ne sont pas l’objet de cet article.

2. Actions, combinaisons, situations, e´tats limites Les me´thodes de justification des fondations superficielles base´es sur l’Eurocode 7 et ses normes d’application sont des me´thodes semi-probabilistes avec une se´curite´ obtenue au travers de coefficients partiels. Cette me´thode est base´e sur l’identification d’e´tats limites caracte´rise´s par une combinaison spe´cifique d’actions dans une situation particulie`re. Ces actions spe´cifiques sont de plusieurs natures (tableau 2). Les e´tats limites sont repre´sente´s par des combinaisons de valeurs caracte´ristiques de ces actions ponde´re´es par des coefficients y prenant en compte l’occurrence d’apparition de chacune d’elle. Chaque combinaison prend en compte la probabilite´ d’occurrence et la concomitance des actions variables suivant les situations. Les situations possibles en cours de construction ou d’exploitation sont multiples : – les situations durables ; – les situations transitoires ; – les situations accidentelles ; – les situations sismiques. & Les E´tats limites ultimes (ELU) sont les e´tats limites associe´s a` la ruine, l’instabilite´ ou toute forme de rupture de l’ouvrage qui peuvent mettre en danger la se´curite´ des personnes. Les combinaisons associe´es aux ELU sont : – les combinaisons fondamentales en situations durables et transitoires ; – les combinaisons accidentelles ; – les combinaisons sismiques. & Les E´tats limites de service (ELS) sont les e´tats au-dela` desquels des crite`res de service pre´cis de l’ouvrage ne sont plus satisfaits. Les combinaisons associe´es aux ELS sont : – les combinaisons caracte´ristiques(combinaisons subies par l’ouvrage au moins une fois dans sadure´e de vie) ; – les combinaisons fre´quentes (combinaisons subies par l’ouvrage avec une fre´quence non ne´gligeable) ; – les combinaisons quasi-permanentes (combinaisons subies par l’ouvrage pendant la grande majorite´ de sa dure´e de vie).

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C 246v2 – 3

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Tableau 2 – Cate´gories ge´otechniques d’apre`s l’annexe N de la norme NF P 94-261 Types d’actions

Descriptions

Exemples Poids propre du sol, des structures, des e´quipements

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Actions permanentes G

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Pousse´e/bute´e du sol Action a` caracte`re perTassement ou fluage du sol manent (lonsous l’effet d’un chargegue dure´e ment, d’un abaissement de d’applicala nappe ou de phe´nome`nes tion) de retrait-gonflement Action de l’eau assimile´e a` un effet de pression statique Action climatique (vent, neige, tempe´rature) Charge d’exploitation

Actions variables Q

Action a` caracte`re non permanent

Mouvements de fluides (vagues, vidange…) Actions hydrodynamiques Vibrations

Certaines de ces ve´rifications (situation accidentelle, soule`vement…) ne sont a` produire que selon les cas (type de projet, environnement, situation ge´ographique…). Toutes les ve´rifications doivent eˆtre re´alise´es, mais toutes ne ne´cessitent pas de savants dimensionnements. Par exemple, la ve´rification de la stabilite´ ge´ne´rale d’une fondation superficielle charge´e verticalement ancre´e dans un terrain plat de bonne qualite´ ne ne´cessite pas de calculs particuliers, mais il conviendra dans une note de dimensionnement d’e´crire qu’il n’y a pas de risque d’instabilite´. Ceci permet a` chacun de s’assurer que la ve´rification a e´te´ faite et surtout a` l’inge´nieur de penser a` le faire lorsque les conditions ne sont plus aussi favorables (par exemple une fondation avec un chargement important sur un terrain tre`s me´diocre en pente). Il est a` ce stade particulie`rement important de remarquer l’interaction entre le bureau d’e´tudes ge´otechniques, qui doit re´aliser les ve´rifications, et le bureau d’e´tudes de structure qui doit fournir tout ou partie des valeurs d’actions suivant les situations et les e´tats limites.

3. Excentrement du chargement des fondations superficielles

Chocs, explosions Actions dynamiques de l’eau (mare´es exceptionnelles, embaˆcles…)

Action de Actions accidentelles phe´nome`nes A exceptionActions gravitaires (chute de nels pierre, glissement de terrain…)

Les ve´rifications des fondations superficielles sont re´alise´es au niveau de la base des fondations (figure 2) par rapport au torseur des efforts (effort vertical Vd, efforts horizontaux Hd,x et Hd,y, moments Md,x et Md,y). Lorsqu’un moment est pre´sent dans le torseur applique´, la charge re´sultante n’est plus centre´e et il apparaıˆt un excentrement de´fini comme :

eB =

Se´ismes (1) (1) Les se´ismes provoquant des actions particulie`res sont traite´s a` part des actions accidentelles « classiques » dans les Eurocodes (combinaison accidentelle π combinaison du se´isme).

Les formulations des combinaisons, les valeurs des coefficients y sont donne´es dans les diffe´rents Eurocodes, notamment les Eurocodes 0, 1 et 7. L’ensemble des ve´rifications aux ELU pour les fondations superficielles sont re´alise´es selon l’approche 2 (pre´conisation de l’annexe national de l’eurocode 7) c’est-a`-dire la ponde´ration des actions (combinaisons e´voque´es pre´ce´demment) et celles des re´sistances (ponde´rations donne´es dans les paragraphes suivants). Les caracte´ristiques de sol ne sont pas ponde´re´es. Il est a` noter que seule la ve´rification de la stabilite´ ge´ne´rale du site (cf. § 6) est ge´ne´ralement re´alise´e en approche 3 (ponde´rations des caracte´ristiques de sol, limitation des ponde´rations des actions et des re´sistances). Concernant les fondations superficielles, les types d’e´tats limites a` conside´rer pour les ve´rifications sont repris dans le tableau 3. La ve´rification de la capacite´ portante du sol porte aux ELU sur l’absence de poinc¸onnement et aux ELS sur la limitation de la charge transmise au terrain.

C 246v2 – 4

avec

Md, y Vd

et e L =

Md, x Vd

(1)

eB

excentrement dans le plan transversal (contenant B),

eL

excentrement dans le plan longitudinal (contenant L),

Vd

valeur de calcul de la composante verticale du torseur des efforts,

Hd,x

valeur de calcul de la composante horizontale suivant l’axe x du torseur des efforts,

Hd,y

valeur de calcul de la composante horizontale suivant l’axe y du torseur des efforts,

Md,x

valeur de calcul du moment par rapport a` l’axe x du torseur des efforts (perpendiculaire a` la longueur L),

Md,y

valeur de calcul du moment par rapport a` l’axe y du torseur des efforts (perpendiculaire a` la largeur B).

Ces excentrements eB et eL de´pendant directement des combinaisons d’actions et des e´tats limites de´finis pre´ce´demment, ils doivent eˆtre de´termine´s pour chaque cas. Les ine´galite´s du tableau 4 doivent ensuite eˆtre ve´rifie´es. Aux ELU, si l’excentrement de´passe 30 % de la largeur B (ou diame`tre), des pre´cautions spe´ciales doivent eˆtre prises sur la raideur du sol support, la ve´rification de´taille´e des valeurs de calcul des

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

Tableau 3 – Ve´rifications a` produire pour les fondations superficielles Descriptions

E´tats limites

z

Situations Durable

ELU fondamentaux

y

Transitoire

Excentrement du chargement (GEO)

ELU accidentels

Accidentelle

ELU sismiques

Sismique

Hd,y

Durable

Md,y

ELS caracte´ristiques

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Transitoire

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ELS fre´quents

Durable

ELS quasi-permanents

Durable

Md,x

Hd,x x

L

B

Durable

Vd

ELU fondamentaux Transitoire

Capacite´ portante (GEO)

ELU accidentels

Accidentelle

ELU sismiques

Sismique Durable

Figure 2 – Torseur au niveau de la base de la fondation

ELS caracte´ristiques Transitoire ELS quasi-permanents

Durable

` actions et la de´finition de la position du bord de la fondation. A de´faut, des tole´rances de 10 cm sur les dimensions de la semelle sont applique´es.

Durable ELU fondamentaux Transitoire Glissement (GEO) ELU accidentels

Accidentelle

ELU sismiques

Sismique Durable

4. Capacite´ portante des fondations superficielles

ELU fondamentaux Transitoire Stabilite´ ge´ne´rale (GEO)

Tassement / rotation (GEO)

ELU accidentels

Accidentelle

ELU sismiques

Sismique

ELS quasi-permanents

Durable Durable

ELU fondamentaux Transitoire ELU accidentels

Accidentelle

ELU sismiques

Sismique

Structure (STR) Durable ELS caracte´ristiques Transitoire ELS fre´quents

Durable

ELS quasi-permanents

Durable Durable

ELU fondamentaux Transitoire

Soule`vement (UPL) ELU accidentels

Accidentelle

4.1 Notions fondamentales du comportement des fondations superficielles Lorsqu’un chargement est applique´ a` une fondation superficielle, un tassement lui est associe´. En augmentant progressivement ce chargement, une courbe de comportement proche de la figure 3 est obtenue. Au de´but du chargement, le comportement est plus ou moins line´aire avec, donc, une proportionnalite´ entre tassement et charge. Cette zone, appele´e sur la figure 3 domaine « e´lastique », est celle dans laquelle les tassements peuvent eˆtre calcule´s selon les the´ories et formulations expose´es dans les paragraphes suivants. Au-dela` d’un certain chargement, le tassement n’est plus proportionnel a` la charge. Cette zone, appele´e sur la figure 3 domaine « plastique », est celle dans laquelle des zones plastifie´es se forment et se propagent sous la fondation. Cette plastification me`ne a` la rupture du sol (ou poinc¸onnement du sol) pour une charge donne´e appele´e « charge de rupture » (A′qnet sur la figure 3). La charge de rupture est calcule´e selon diffe´rentes the´ories et me´thodes de´taille´es ci-apre`s. Le calcul aux e´tats limites consiste a` appliquer des coefficients de se´curite´ a` cette charge de rupture pour qu’elle mate´rialise le cas souhaite´.

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Tableau 4 – Ve´rifications a` produire pour une charge excentre´e en fonction de la forme de la semelle Semelle filante (largeur B)

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Semelle rectangulaire (largeur B, longueur L)

Semelle circulaire (diame`tre B)

ELU fondamentaux accidentels et sismiques

1−

2e B 1 ≥ 15 B

⎛ 2e B ⎞ ⎛ 2e L ⎞ 1 ⎜ 1 − B ⎟ ⎝⎜ 1 − L ⎠⎟ ≥ 15 ⎝ ⎠

ELS quasi-permanents et fre´quents

1−

2e B 2 ≥ 3 B

⎛ 2e B ⎞ ⎛ 2e L ⎞ 2 ⎟ ⎜1− ⎟≥ ⎜⎝ 1 − B ⎠⎝ L ⎠ 3

1−

2e B 3 ≥ 4 B

ELS caracte´ristiques

1−

2e B 1 ≥ 2 B

⎛ 2e B ⎞ ⎛ 2e L ⎞ 1 ⎟ ⎜1− ⎟≥ ⎜⎝ 1 − B ⎠⎝ L ⎠ 2

1−

2e B 9 ≥ 16 B

1−

4.2 Principe de la ve´rification de la capacite´ portante

RV,d ELU

La justification de la capacite´ portante est base´e sur la ve´rification de l’ine´galite´ suivante :

A’ qnet

Vd − R0 ≤ Rv ,d

Charge

R v ,d =

R v ,k =

Vd − R0 ≤ avec

Domaine « élastique »

Par exemple, aux ELS quasi-permanents, il convient de se limiter au domaine e´lastique pour eˆtre en mesure de re´aliser les calculs de tassements. Il faut donc limiter le chargement transmis au terrain (Rv,dELS) de fac¸on a` eˆtre dans la zone e´lastique de la figure 3 et, de fac¸on tre`s pratique, afin de ne pas de´former irre´me´diablement le sol sous l’ouvrage. Pour les ve´rifications de la capacite´ portante aux ELU, la charge peut eˆtre dans la zone plastique (Rv,dELU) de la figure 3 tout en e´tant suffisamment e´loigne´e de la charge de rupture afin d’e´viter le poinc¸onnement du sol. Notons qu’alors les tassements obtenus seront plus importants que ceux de´termine´s pre´ce´demment a` l’ELS, mais qu’ils ne font pas partie des ve´rifications a` re´aliser.

Dans la pratique, il n’y a pas d’inte´reˆt a` dimensionner un ouvrage par rapport aux tassements dans des cas de charges correspondant

R v ,k γ r, v

(2)

(3)

A ′qnet γ r , v ,d

(4)

A ′qnet γ r , v γ r , v ,d

(5)

Vd

valeur de calcul de la composante verticale de la charge transmise par la fondation superficielle au sol,

R0

valeur du poids du volume du sol constitue´ du volume de la fondation sous le terrain apre`s travaux, et des sols compris entre la fondation et le terrain apre`s travaux,

Rv,d

valeur de calcul de la re´sistance nette du terrain sous la fondation superficielle,

Rv,k

valeur caracte´ristique de la re´sistance nette du terrain sous la fondation superficielle,

Domaine « plastique »

Figure 3 – Comportement type d’une fondation superficielle charge´e verticalement

C 246v2 – 6

2e B 3 ≥ 40 B

a` sa ruine, sauf ouvrages tre`s exceptionnels ge´ne´ralement non couverts par les Eurocodes (cf. paragraphe 1.1).

RV,d ELS

Tassement

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E´tats limites

A′

surface effective de la fondation superficielle,

qnet

contrainte nette du terrain sous la fondation superficielle,

g R,v

facteur partiel de portance,

g R,v,d

facteur partiel de mode`le.

Le poids de sol R0 est de´termine´ comme le produit de la contrainte totale verticale q0 que l’on obtiendrait a` la fin de travaux a` la base de la fondation superficielle d’une surface A en l’absence de celle-ci :

R0 = Aq0

(6)

La surface effective A′ de la fondation est la surface de la base en compression. Pour une fondation subissant un chargement vertical centre´, cette surface e´quivaut a` la surface de la base A.

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

En cas d’excentrement de la charge, la base de la fondation peut comporter des zones en de´compression, voire en soule`vement. Un coefficient de re´duction ie fonction de l’excentrement de la charge (eB et/ou eL, cf. § 3) est de´termine´ afin de re´duire la surface A prise en compte dans la ve´rification.

A ′ = ieA avec Semelle filante : i e = 1 −

(7)

B

& Aux ELU, pour des semelles filantes, avec un coefficient d’excen2e 1 trement 1 − B < la valeur de cette e´paisseur hr est : 2 B

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2e ⎛ ⎞ 2 arccos B ⎜ B − 1 − 4e B 1 − ⎛ 2e B ⎞ ⎟ Semelle circulaire : i e = ⎜ 2 ⎜⎝ ⎟ π πB B ⎠ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠

tiwekacontentpdf_c246 v2

hr = 3B − 6e B

La contrainte nette du terrain qnet est de´termine´e suivant diffe´rentes me´thodes. Les plus utilise´es en France et celles mises en avant dans la norme NF P94-261 sont base´es sur l’essai pressiome´trique et sur le sondage au pe´ne´trome`tre statique (Cone Penetrometer Test CPT). Elles sont expose´es ci-apre`s. Une me´thode base´e sur les proprie´te´s de cisaillement du sol (angle de frottement j et cohe´sion c) existe. Elle ne´cessite des essais de laboratoire de type « boıˆte de cisaillement » ou` « triaxial ». Cette me´thode, la plus ancienne, n’est que tre`s peu utilise´e en France mais est beaucoup plus re´pandue dans le monde. Elle est e´galement expose´e sommairement ci-apre`s. Le facteur partiel de portance g R,v de´pend des e´tats limites ve´rifie´s : – ELU fondamentaux et sismiques : g R,v = 1,4 ; – ELU accidentels : g R,v = 1,2 ; – ELS caracte´ristiques et quasi-permanents : g R,v = 2,3.

(9)

& Aux ELU, pour des semelles rectangulaires, avec un coefficient ⎛ 2e ⎞ ⎛ 2e ⎞ 1 d’excentrement ⎜ 1 − B ⎟ ⎜ 1 − L ⎟ < , la valeur de cette e´pais⎝ B ⎠⎝ L ⎠ 2 seur hr est :

hr = min (3B − 6e B ; 3L − 6e L ; 1,5B )

(10)

& Aux ELU, pour des semelles circulaires, avec un coefficient 2e 9 d’excentrement 1 − B < , la valeur de cette e´paisseur hr est : 16 B

hr =

8B 16e B − 3 3

(11)

& Pour tous les autres cas, aux ELU et ELS, la valeur de cette e´paisseur hr est :

hr = 1,5B

Le facteur partiel de mode`le g R,v,d de´pend de la me´thode de calculs utilise´e pour de´terminer la contrainte nette du terrain qnet : me´thode me´thode me´thode me´thode

La pression limite nette e´quivalente ple* est la pression limite nette « moyenne » sur une e´paisseur de sol hr imme´diatement sous l’assise de la fondation. Cette e´paisseur de sol hr repre´sente la zone d’influence de la fondation en terme de capacite´ portante. Elle est directement lie´e aux dimensions de la fondation et a` l’excentrement de son chargement.

2e B

⎛ 2e ⎞ ⎛ 2e ⎞ Semelle rectangulaire : i e = ⎜ 1 − B ⎟ ⎜ 1 − L ⎟ ⎝ B ⎠⎝ L ⎠

– – – –

4.3.1 De´termination de la pression limite nette e´quivalente ple*

pressiome´trique : g R,v,d = 1,2 ; pe´ne´trome´trique : g R,v,d = 1,2 ; « c-j » en conditions draine´es : g R,v,d = 2 ; « c-j » en conditions non draine´es : g R,v,d = 1,2.

(12)

La pression limite nette e´quivalente ple* est la moyenne ge´ome´trique des valeurs caracte´ristiques ou repre´sentatives de pression limite nette pl*,k ,i sur l’e´paisseur de la zone d’influence hr sous la base de la fondation (tranche de sol entre D, l’encastrement de la fondation et D + hr). Voir la figure 4. * =n ple ∏i=1pl*,k,i n

Le coefficient de mode`le pour la me´thode « c-j » en conditions draine´es est e´leve´ (e´gale a` 2), car il n’existe pas actuellement de justifications de cette me´thode fonde´es sur l’exploitation d’une base d’essais de fondations superficielles. L’utilisation d’autres me´thodes de calculs pour de´terminer qnet ne´cessitent de de´finir des facteurs partiels de mode`le g R,v,d particuliers (nous renvoyons le lecteur a` la norme NF P94-261 paragraphes 9.2 et 9.3 pour plus de de´tails).

(13)

p l*

4.3 Me´thode pressiome´trique

D

B

La me´thode pressiome´trique utilise les valeurs de pressions limites pl* du sol. La contrainte nette du terrain qnet s’exprime alors comme : * qnet = i δ iβ k p ple

avec

id

coefficient de re´duction de portance lie´ a` l’inclinaison du chargement,

ib

coefficient de re´duction de portance lie´ a` la proximite´ d’un talus,

kp

facteur de portance pressiome´trique,

ple*

pression limite nette e´quivalente.

ple*

hr

(8)

Z Figure 4 – De´termination de la pression limite nette e´quivalente ple*

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C 246v2 – 7

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

4.3.2 De´termination de l’encastrement e´quivalent De Comme vu dans le § 1.2, l’encastrement e´quivalent De a e´te´ introduit pour prendre en compte la qualite´ des sols d’encastrement. Cet encastrement e´quivalent se de´termine comme suit a` l’aide des donne´es pressiome´triques :

De =

1 D * p z dz * ∫d l ( ) ple

(14)

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De fac¸on ge´ne´rale, d = 0 car il correspond a` la surface du sol. Cependant, si les caracte´ristiques du sol en surface sont particulie`rement me´diocres, il est possible de ne´gliger l’e´paisseur concerne´e et prendre d π 0.

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Meˆme si, par le calcul, il est possible d’obtenir un encastrement e´quivalent De supe´rieur a` l’encastrement ge´ome´trique D, par exemple si les pressions limites mesure´es au-dessus du niveau de l’assise sont supe´rieures a` la pression limite nette e´quivalente ple*, il est se´curitaire et tre`s fortement conseille´ de limiter :

De : De ≤ D

4.3.3 De´termination du facteur de portance pressiome´trique kp Le facteur de portance kp de´pend du sol, de l’encastrement et de la forme de la fondation. Il est donne´ par la relation : D −c e ⎞ D ⎞⎛ ⎛ k p = k p0 + ⎜ a + b e ⎟ ⎜ 1 + e B ⎟ ⎝ B ⎠⎝ ⎠

B ⎛ B⎞ k B + ⎜1− ⎟ k B L p, =1 ⎝ L ⎠ p, = 0 L

4.3.4 De´termination du coefficient de re´duction de portance id lie´ a` l’inclinaison du chargement L’inclinaison de la charge applique´e sur une fondation superficielle induit une re´duction de la capacite´ portante du sol. Cette re´duction de´pend a` la fois du type de sol et de l’angle d’inclinaison dd de´fini comme :

δd = arctan avec

Hd Vd

(17)

dd

valeur de calcul de l’angle d’inclinaison,

Hd

valeur de calcul de la composante horizontale des efforts,

Vd

valeur de calcul de la composante verticale des efforts.

& Pour un sol purement cohe´rent (j = 0, c π 0) :

⎛ 2δ ⎞ i δ,c = ⎜ 1 − d ⎟ ⎝ π ⎠

(15)

Les parame`tres a, b, c et kp0 sont donne´s pour des semelles carre´es (B/L = 1) ou filantes (B/L = 0) dans le tableau 5. Pour les semelles rectangulaires, une simple moyenne ponde´re´e suivant le rapport largeur B/longueur L est re´alise´e entre les cas « semelle carre´e » et « semelle filante » :

k p,B /L =

La relation (15) montre que le facteur de portance est directement lie´ au rapport De/B, rapport qui sert a` discriminer les types de fondations (cf. § 1.2). Il est a` noter que, pour les fondations semi-profondes (1,5 < De/B < 5), le facteur de portance a e´te´ limite´ a` un kpmax correspondant a` un rapport De/B = 2 ou 2,5 (cf. respectivement annexe D et annexe P de la norme NF P94-261).

2

(18)

& Pour un sol purement frottant (j π 0, c = 0), deux cas de figure sont pris en compte : 2

D

2δ ⎛ 2δ ⎞ − e π ⎛ 2δ ⎞ i δ,f = ⎜ 1 − d ⎟ − d ⎜ 2 − 3 d ⎟ e B si δd < ⎝ 4 π ⎠ π ⎝ π ⎠ 2

2

(19)

D

π ⎛ 2δ ⎞ − e ⎛ 2δ ⎞ i δ,f = ⎜ 1 − d ⎟ − ⎜ 1 − d ⎟ e B si δd ≥ ⎝ ⎝ 4 π ⎠ π ⎠

(16)

L

(20)

Tableau 5 – Valeur des parame`tres pour le calcul du facteur de portance kp (d’apre`s NF P94-261) Cate´gories de sol (1)

Semelles filantes (largeur B)

a

b

c

kp0

Semelle filante

0,2

0,02

1,3

0,8

Semelle carre´e

0,3

0,02

1,5

0,8

Semelle filante

0,3

0,02

2

1

Semelle carre´e

0,22

0,18

5

1

Semelle filante

0,28

0,22

2,8

0,8

Semelle carre´e

0,35

0,31

3

0,8

Semelle filante

0,2

0,2

3

0,8

Semelle carre´e

0,2

0,3

3

0,8

Argiles et limons

Sables et graves

Craies

Marnes et marno-calcaires Roches alte´re´es

(1) Le choix de la cate´gorie de sol, et notamment concernant les sols « interme´diaires », est a` faire suivant l’annexe A de la norme NF P94-261. Les sols « argiles et limons » regroupent les argiles limoneuses, les limons argileux, les argiles sableuses. Les sols « sable et graves » regroupent les sables argileux, les sables limoneux, les limons sableux.

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

& Pour un sol cohe´rent et frottant,

(

i δ ,cf = i δ , f + i δ ,c − i δ , f

Pour un sol cohe´rent et frottant (j π 0, c π 0) :

αc ⎞ ⎛ − ⎜ 1 − e γB tan ϕ ⎟

)⎜

⎟⎠

⎝

avec α = 0,6

Dans la pratique, les sols « purement cohe´rents » sont des sols fins sature´s au comportement non draine´. La cohe´sion c correspond alors e´galement a` la cohe´sion non draine´e cu. Les sols « purement frottants » sont des sols de type sable ou graves propres. L’angle de frottement j correspond a` l’angle de frottement interne j′.

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La majorite´ des cas rele`vent des sols « cohe´rent et frottant ». L’angle de frottement j correspond a` l’angle de frottement interne j′, la cohe´sion c correspond a` la cohe´sion draine´e c′ et le poids volumique g correspond au poids volumique de´jauge´ g ′ le cas e´che´ant.

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Cette me´thodologie de prise en compte de l’inclinaison du chargement est utilise´e dans les me´thodes pressiome´triques et pe´ne´trome´triques. Il est a` noter que, dans le cas ou` l’excentrement de la charge et son inclinaison aient des effets antagonistes (l’un favorable, l’autre de´favorable), la me´thode expose´e ci-dessus est tre`s se´curitaire, voire trop pessimiste. Le cas e´che´ant, il conviendra d’avoir recours a` des mode`les nume´riques afin de limiter le surdimensionnement.

4.3.5 De´termination du coefficient de re´duction de portance ib lie´ a` la proximite´ d’un talus La pre´sence d’un talus a` proximite´ d’une fondation superficielle induit e´galement une re´duction de la capacite´ portante du sol. Cette re´duction, mate´rialise´e par un coefficient ib, de´pend a` la fois : – du type de sol ; – de la distance de la fondation au talus (mesure´e horizontalement au niveau de la base de la fondation) ; – de la pente b du talus (cf figure 5). & Pour un sol purement cohe´rent (j = 0, c π 0) : 2

iβ,c = 1 −

β⎛ d ⎞ ⎜1− ⎟ pour d < 8B π ⎝ 8B ⎠

(22)

Pour un sol purement frottant (j π 0, c = 0) : 2

iβ, f

D ⎞ ⎛ d+ e ⎜ De tan β ⎟ = 1 − 0,9 tan β (2 − tan β ) ⎜ 1 − < 8B ⎟ pour d + 8B tan β ⎟ ⎜ ⎟⎠ ⎜⎝

αc ⎞ ⎛ − iβ,cf = iβ, f + iβ,c − iβ, f ⎜ 1 − e γB tan ϕ ⎟ avec α = 0,6 ⎜⎝ ⎟⎠

(

(21)

)

(24)

Ces relations ont e´te´ e´tablies par des mode`les physiques sous centrifugeuse. Elles sont valables si le talus est naturellement stable et si sa pente ne de´passe pas 45 (1H/1V). Dans le cas ou` le chargement de la fondation est incline´ vers l’inte´rieur du talus, la prise en compte du produit des deux coefficients de re´duction id et ib dans la relation (8) est trop de´favorable. Il convient alors de remplacer le produit id ib par un coefficient idb tel que : ⎞ ⎛ iβ (25) i δβ = min ⎜ − i δ ⎟ ⎠ ⎝i δ

Cette me´thodologie de prise en compte de la pre´sence du talus est utilise´e dans les me´thodes pressiome´triques et pe´ne´trome´triques.

4.4 Me´thode pe´ne´trome´trique La me´thode pe´ne´trome´trique utilise les valeurs de re´sistance de pointe qc du sol. La contrainte nette du terrain qnet s’exprime alors comme :

qnet = i δ iβ k c qce avec

(26)

id

coefficient de re´duction de portance lie´ a` l’inclinaison du chargement,

ib

coefficient de re´duction de portance lie´ a` la proximite´ d’un talus,

kc

facteur de portance pe´ne´trome´trique,

ple*

re´sistance de pointe e´quivalente.

4.4.1 De´termination de la re´sistance de pointe e´quivalente qce La re´sistance de pointe e´quivalente qce est la re´sistance de pointe « corrige´e » qcc sur l’e´paisseur de la zone d’influence hr sous la base de la fondation (tranche de sol entre D, l’encastrement de la fondation et D + hr).

qce =

(23)

1 D +hr qcc (z )dz hr ∫D

(27)

Cette e´paisseur de sol hr repre´sente la zone d’influence de la fondation en terme de capacite´ portante. Elle est directement lie´e aux dimensions de la fondation et a` l’excentrement de son chargement. Elle est de´termine´e suivant la me´thode de´crite dans le § 4.3.1. La re´sistance de pointe corrige´e qcc est obtenue en calculant la valeur moyenne qcm de la re´sistance de pointe lisse´e entre les profondeurs D et D + hr et en e´creˆtant, s’il y a lieu, le diagramme qc(z) a` la valeur 1,3qcm (cf. figure 6).

4.4.2 De´termination de l’encastrement e´quivalent De

d

Comme vu dans le § 1.2, l’encastrement e´quivalent De a e´te´ introduit pour prendre en compte la qualite´ des sols d’encastrement. Cet encastrement e´quivalent se de´termine comme suit :

β

De = Figure 5 – Fondation superficielle a` proximite´ d’un talus

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1 D qcc (z )dz qce ∫d

(28)

C 246v2 – 9

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

4.4.3 De´termination du facteur de portance pressiome´trique kc Le facteur de portance kc de´pend du sol, de l’encastrement et de la forme de la fondation. Il est donne´ par la relation : D −c e ⎞ D ⎞⎛ ⎛ k c = k c0 + ⎜ a + b e ⎟ ⎜ 1 + e B ⎟ ⎝ B ⎠⎝ ⎠

(29)

Les parame`tres a, b, c et kc0 sont donne´s pour des semelles carre´es (B/L = 1) ou filantes (B/L = 0) dans le tableau 6. Pour les semelles rectangulaires, une simple moyenne ponde´re´e suivant le rapport largeur B/longueur L est re´alise´e entre les cas « semelle carre´e » et « semelle filante » :

k c,B /L =

B ⎛ B⎞ k B + ⎜1− ⎟ k B L c, =1 ⎝ L ⎠ c, = 0

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L

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(30)

L

qce

qcm

La relation (29) montre que le facteur de portance est directement lie´ au rapport De/B, rapport qui sert a` discriminer les types de fondations (cf. § 1.2). Il est a` noter que pour les fondations semi-profondes (1,5 < De/B < 5), le facteur de portance a e´te´ limite´ a` un kpmax correspondant a` un rapport De/B = 2 ou 2,5 (cf. respectivement annexe E et annexe P de la norme NF P94-261).

4.4.4 De´termination des coefficients de re´duction id et ib La de´termination des coefficients id et ib est identique pour la me´thode pe´ne´trome´trique et la me´thode pressiome´trique (cf. § 4.3.4 et 4.3.5).

4.5 Me´thode « c-j » La me´thode « c-j » utilise les valeurs des caracte´ristiques de cisaillement du sol de´termine´es par essais de laboratoire (boıˆte de Casagrande ou essai triaxial).

1,3qcm qc

La contrainte nette du terrain qnet s’exprime alors : – en conditions draine´es :

D

qc(z)

B

1 ⎡ ⎤ qnet = iβ ⎢c ′N cbcsci c + (D γ 1 + qext )N qbqsqi q + γ 2B ′N γ bγ s γ i γ ⎥ − q0′ 2 ⎣ ⎦

(31)

– en conditions non draine´es :

qnet = ( π + 2)cubcsci c + qext

qcc(z)

avec

ib

coefficient de re´duction du fait de la pre´sence d’un talus (cf. § 4.3.5),

c′ et cu

respectivement cohe´sion draine´e et cohe´sion non draine´e,

Nc, Nb, Ng

facteurs de capacite´ portante (cf. tableaux 7 et 8),

sc, sb, sg

coefficients de forme de la fondation (cf. tableaux 7 et 8),

bc, bb, bg

coefficients de base incline´e de la fondation (cf. tableaux 7 et 8),

i c, i b , i g

coefficients d’inclinaison de la charge (cf. tableaux 7 et 8),

hr

Z Figure 6 – De´termination de la re´sistance de pointe e´quivalente qce

(32)

Tableau 6 – Valeur des parame`tres pour le calcul du facteur de portance kc Cate´gories de sol (1)

Semelles filantes (largeur B)

a

b

c

kc0

Semelle filante

0,07

0,007

1,3

0,27

Semelle carre´e

0,1

0,007

1,5

0,27

Semelle filante

0,04

0,006

2

0,09

Semelle carre´e

0,03

0,02

5

0,09

Semelle filante

0,04

0,03

3

0,11

Semelle carre´e

0,05

0,04

3

0,11

Semelle filante

0,04

0,03

3

0,11

Semelle carre´e

0,05

0,04

3

0,11

Argiles et limons

Sables et graves

Craies

Marnes et marno-calcaires Roches alte´re´es

(1) Le choix de la cate´gorie de sol et notamment concernant les sols « interme´diaires » est a` faire suivant l’annexe A de la norme NF P94-261. Les sols « argiles et limons » regroupent les argiles limoneuses, les limons argileux, les argiles sableuses. Les sols « sable et graves » regroupent les sables argileux, les sables limoneux, les limons sableux.

C 246v2 – 10

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

Tableau 7 – Coefficients de l’e´quation de la me´thode « c-j » en conditions draine´es (d’apre`s NF P94-261) Coefficients

Termes de surcharge (ou de profondeur)

Portance

⎛ π ϕ′⎞ N q = e π tan ϕ ′ tan ⎜ + ⎟ ⎝4 2⎠ sq = 1 +

Forme

B′ sinϕ ′ L′

Termes de cohe´sion

Nc =

sc =

Inclinaison de la base

bq = (1 - atanj′)2

Inclinaison de la charge (1)

⎡ ⎤ ⎢ ⎥ H ⎥ i q = ⎢1 − A c ′ ′ ⎢ V+ ⎥ ⎢⎣ tanϕ ′ ⎥⎦

Nq − 1

Ng = (Nq - 1)tanj′

tanϕ ′

sqN q − 1

s γ = 1 − 0, 3

Nq − 1

(

bq 1 − bq

bc =

Termes de surface (ou de pesanteur)

)

bg = (1 - atanj′)2

N c tanϕ ′

m +1

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m

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B′ L′

ic = iq −

⎡ ⎤ ⎢ ⎥ H ⎥ i γ = ⎢1 − A c ′ ′ ⎢ V+ ⎥ ⎢⎣ tanϕ ′ ⎥⎦

1− iq N c tanϕ ′

(1) Lorsque la composante horizontale de la charge est en direction de B, le parame`tre m est de´fini comme :

B′ L′ m = mB = B′ 1+ L′ 2+

• Lorsque la composante horizontale de la charge est en direction de L, le parame`tre m est de´fini comme :

m = mL =

L′ B′ L′ 1+ B′

2+

• Lorsque la composante horizontale de la charge fait un angle q avec la direction de L, le parame`tre m est de´fini comme

m = mθ = mL cos2 θ + mB sin2 θ

Tableau 8 – Coefficients de l’e´quation de la me´thode « c-j » en conditions non draine´es (d’apre`s NF P94-261) Coefficients

Termes de surcharge (ou de profondeur) (1)

Termes de cohe´sion

Termes de surface (ou de pesanteur) (2)

Portance

Nq = 1

Nc = p + 2

Ng = 0

Forme

Sq = 1

s c = 1 − 0 ,2

Inclinaison de la base

bq = 1

bc = 1 −

Inclinaison de la charge

iq = 1

ic =

B′ L′

–

2α π+2

–

H ⎤ 1⎡ ⎢1 + 1 − ⎥ A ′cu ⎥⎦ 2 ⎢⎣

–

(1) En posant j = 0 et c = cu (condition non draine´e, sol purement cohe´rent), les coefficients du terme de surcharge sont e´gaux a` 1. (2) Le coefficient de portance du terme de surface e´tant nul, les autres coefficients de ce terme sont sans objet.

g 1, g 2

q′0

respectivement poids volumique du sol audessus et en dessous de la base de la fondation (cf. figure 7), poids du sol au-dessus de la base de la fondation (= g 1D),

qext

contrainte exte´rieure applique´e sur le sol autour de la fondation (attention, cette contrainte est diffe´rente de qnet – cf. figure 7),

D

encastrement de la fondation,

B′

largeur effective de la fondation superficielle (= ieB – cf. § 4.2).

qext

B

qext

qnet D

γ1

γ2 Figure 7 – De´termination de la re´sistance de pointe e´quivalente qce

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C 246v2 – 11

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

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Remarque En condition draine´e, il convient de faire attention a` la pre´sence d’eau et a` l’utilisation des poids volumiques de´jauge´s et des contraintes effectives qui en de´coule (notations en « ′ » : g ′, q′…

tiwekacontentpdf_c246 v2

Tableau 9 – Valeurs des parame`tres utilise´s dans la relation 33 (d’apre`s NF EN 1998-5)

La me´thode « c-j » est suˆrement la me´thode de calculs de la capacite´ portante la plus e´tudie´e en me´canique des sols et est base´e sur le principe de superposition de Terzaghi consistant simplement a` additionner trois termes : – surcharge (ou profondeur) : charge limite pour un sol purement frottant et charge´ late´ralement ; – cohe´sion : charge limite pour un sol non pesant frottant et cohe´rent ; – surface (ou pesanteur) : charge limite pour un sol pesant purement frottant. Le de´veloppement des calculs permettant la de´termination des coefficients de capacite´ portante Nq, Nc et Ng , base´s sur ces principes et sur la the´orie rigide-plastique en conditions draine´es et non draine´es, sont l’objet de tre`s nombreux ouvrages de me´canique des sols [5] [6] vers lesquels nous renvoyons le lecteur.

4.6 Ve´rification de la portance sous se´isme La ve´rification de la capacite´ portante pour des situations sismiques est re´alise´e suivant les recommandations de l’Eurocode 8 partie 5 (NF EN 1998-5) [4]. Elle est conduite a` l’aide de l’expression ge´ne´rale :

(1− eF ) ( βF ) cT

(

)

(1− f F ) (γ M ) cM ′

cT b

+

(

cM

)

⎤ ⎤ a⎡ k k′ c⎡ k k′ N ⎢ 1 − mF N ⎢ 1 − mF −N⎥ −N⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ γ RdNEd γ RdVEd γ RdMEd ou N = ;V = et M = BNmax Nmax Nmax

d

Sols purement cohe´rents

Sols purement frottants

a

0,7

0,92

b

1,29

1,25

c

2,14

0,92

d

1,81

1,25

e

0,21

0,41

f

0,44

0,32

m

0,21

0,96

k

1,22

1

k’

1

0,39

cT

2

1,14

cM

2

1,01

c’M

1

1,01

b

2,57

2,9

g

1,85

2,8

− 1 ≤ 10 (33)

avec Nmax capacite´ portante de la fondation sous charge verticale centre´e,

4.6.1 Capacite´ portance Nmax Nmax correspond a` la capacite´ portante d’une fondation superficielle non encastre´e sous charge verticale.

F Force d’inertie sans dimension du sol,

Elle peut eˆtre de´termine´e, soit par les me´thodes pressiome´triques et pe´ne´trome´triques de´veloppe´es ci-avant, soit par les formulations (34) et (35) ci-apre`s de´pendant du type de sol d’assise (cf. annexe F norme NF EN 1998-5).

g Rd Coefficient partiel de mode`le de´pendant du type de sol :

& Pour un sol purement cohe´rent :

B largeur de la fondation,

– – – – –

sable moyennement dense a` dense : g Rd = 1, sable laˆche sec : g Rd = 1,15, sable laˆche sature´ : g Rd = 1,5, argile non sensible : g Rd = 1, argile sensible : g Rd = 1,15,

Nmax = ( π + 2) avec

a, b, c, d, e, f, m, k, k′, cT, cM, c′M, b, g : parame`tres de´pendant du type de sol (cf. tableau 9). Notons que des contraintes s’appliquent aux valeurs de N et V suivant le type de sol : – pour des sols purement cohe´rents :

0 < N ≤ 1 et V ≤ 1

(

re´sistance au cisaillement non draine´ du sol (ge´ne´ralement c = cu cohe´sion non draine´e ou c = τ cy re´sistance au cisaillement cyclique non draine´),

B

largeur de la fondation,

gM

coefficient partiel sur les proprie´te´s du mate´riau : g cu = 1,4, g tcy = 1,25.

& Pour un sol purement frottant :

Nmax =

C 246v2 – 12

)

k′

(34)

c

– pour des sols purement frottants :

0 < N ≤ 1 1 − mF

c B γM

avec

1 ⎛ av ⎞ 2 ρg ⎜ 1 + ⎟ B N γ ⎝ 2 g⎠

g

acce´le´ration de la pesanteur,

r

masse volumique,

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(35)

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

av

acce´le´ration verticale du sol,

B

largeur de la fondation,

Ng

coefficient de capacite´ portante calcule´ selon la formule du tableau 7.

avec

Remarque Le calcul de la capacite´ portante Nmax est relativement de´licat suivant les donne´es en la possession du ge´otechnicien et la me´thode choisie (Eurocode 7 ou Eurocode 8) peut influencer le re´sultat de fac¸on importante.

4.6.2 Force d’inertie sans dimension La de´termination de la force d’inertie sans dimension F de´pend e´galement du type de sol. Parution : février 2017 - Dernière validation : juillet 2020 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

& Pour un sol purement cohe´rent :

tiwekacontentpdf_c246 v2

F = avec

ρagSB

(36)

c

valeur de calcul de la composante horizontale de la charge transmise par la fondation superficielle au sol,

Rh,d

valeur de calcul de la re´sistance au glissement de la fondation sur le terrain,

Rp,d

valeur de calcul de la re´sistance frontale ou tangentielle de la fondation a` l’effet de Hd.

Remarque Dans le cadre particulier des fondations dites « semi-profondes » (cf. § 1.2), il est e´galement possible de prendre en compte le frottement sur les faces verticales dans le sens de l’effort Hd. Le lecteur pourra retrouver les crite`res le permettant dans l’annexe P de la norme NF P94-261.

5.1 Re´sistance au glissement de la base de la fondation Rh,d La de´termination de la re´sistance au glissement est base´e sur la loi de frottement de Mohr-Coulomb et utilise les caracte´ristiques me´caniques classiques que sont l’angle de frottement et la cohe´sion en conditions draine´es et non draine´es.

c

re´sistance au cisaillement non draine´ du sol (ge´ne´ralement c = cu cohe´sion non draine´e ou c = τ cy re´sistance au cisaillement cyclique non draine´),

r

masse volumique,

ag

acce´le´ration du sol pour un sol de classe A (cf. NF EN 1998-1),

& En conditions draine´es, la re´sistance au glissement de la base est donne´e par : V tan δa,k ( + A ′ck′ ) (39) Rh,d = d γ R,h γ R,d,h

S

parame`tre caracte´ristique de la classe de sol (cf. NF EN 1998-1),

avec

B

largeur de la fondation.

& Pour un sol purement frottant :

F = avec

Hd

ag

Vd

valeur de calcul de la composante verticale de la charge transmise par la fondation superficielle au sol,

da,k

valeur caracte´ristique de l’angle de frottement a` l’interface entre le sol et la base de la fondation. Pour les fondations coule´es en place, da,k = j’. Pour les fondations pre´fabrique´es lisses, da,k = 2/3j’,

(37)

g tanϕd′

acce´le´ration du sol pour un sol de classe A (cf. NF EN 1998-1),

A’

surface effective de la fondation superficielle,

ck ’

cohe´sion draine´e,

g

acce´le´ration de la pesanteur,

g R,h

j’d

angle de frottement tel que tanj’d = tanj’ / g j’ et g j’ = 1,25.

facteur partiel pour la re´sistance au glissement (g R,h = 1,1 a` ELU fondamental et g R,h = 1 a` ELU accidentel),

g R,d,h

facteur partiel de mode`le (g R,d,h = 1,1).

ag

Remarque  Dans les situations les plus courantes, la force d’inertie sans dimension peut eˆtre prise e´gale a` 0 pour les sols cohe´rents.  Pour les sols sans cohe´sion, la force d’inertie sans dimension peut eˆtre ne´glige´e si agS ≤ 0,1 g.

5. Glissement des fondations superficielles

Il convient de remarquer que la prise en compte de la cohe´sion draine´e doit eˆtre re´alise´e avec beaucoup de pre´cautions et dans la plupart des cas ne´glige´e. Notons que la norme NF P94-261 recommande de ne pas l’utiliser (mais ne l’interdit pas). & En conditions non draine´es, la re´sistance au glissement de la base est donne´e par :

⎞ ⎛ A ′cu,k Rh,d = min ⎜ ; 0,4 Vd ⎟ ⎠ ⎝ γ R,h γ R,d,h avec

Vd

(40)

valeur de calcul de la composante verticale de la charge transmise par la fondation superficielle au sol,

Le principe de la ve´rification au glissement des fondations superficielles consiste a` ve´rifier aux e´tats limites ade´quats (cf. tableau 3) que l’effort applique´ horizontalement sur la fondation est plus faible que la somme des re´sistances aux frottements sous la base et de la re´sistance de bute´e de la face oppose´e a` l’effort.

A’

surface effective de la fondation superficielle,

cu,k

valeur caracte´ristique de la cohe´sion non draine´e,

La justification du non-glissement de la fondation est ainsi base´e sur la ve´rification de l’ine´galite´ suivante :

g R,h

facteur partiel pour la re´sistance au glissement (g R,h = 1,1 a` ELU fondamental et g R,h = 1 a` ELU accidentel),

g R,d,h

facteur partiel de mode`le (g R,d,h = 1,1).

Hd ≤ Rh,d + Rp,d

(38)

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5.2 Re´sistance frontale de la fondation Rp,d Pour une fondation superficielle, seule la re´sistance frontale est e´ventuellement utilise´e. Elle est donne´e par :

Rp,d =

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avec

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Rp,k

6. Stabilite´ ge´ne´rale des fondations superficielles

(41)

γ R,e

Rp,k

valeur caracte´ristique de la re´sistance frontale de la fondation a` l’effet de Hd,

g R,e

facteur partiel pour la re´action frontale (g R,e = 1,4).

Remarque L’utilisation de la bute´e dans le cadre de la justification au glissement d’une fondation superficielle doit eˆtre faite avec circonspection et beaucoup de re´flexion. En effet, le de´veloppement d’un effort de bute´e n’intervient que pour un de´placement important qui est souvent incompatible avec les de´placements tole´re´s dans les structures porte´es par les fondations. De plus, il est tre`s ale´atoire de miser sur la pe´rennite´ des sols autour d’une fondation superficielle qui peuvent eˆtre remanie´s assez facilement dans le cadre de travaux d’ame´nagement, par exemple l’e´paisseur mobilisable est donc tre`s difficilement estimable. Tous ces e´le´ments entraıˆnent le plus souvent la ne´gligence de la bute´e mobilise´e en phase de´finitive.

La ve´rification de la stabilite´ ge´ne´rale du site est souvent ne´glige´e pour des raisons plus ou moins bonnes dans le cadre du dimensionnement de fondations superficielles. S’il est impe´ratif de ve´rifier cette stabilite´ avant les travaux, pendant les travaux et en phase d’exploitation, il peut ne pas eˆtre ne´cessaire de re´aliser des calculs dans certains cas. Les conditions devant interpeller le ge´otechnicien sont les plus couramment un site en pente et/ou avec des conditions de sol tre`s me´diocres. Souvent, cette ve´rification se traduit par des dispositions constructives spe´cifiques aux fondations (liaisonnement des fondations, fondations dans le sens de la pente, redans…), voire aux sites (renforcement, soute`nement,…). La justification de la stabilite´ ge´ne´rale est base´e sur la ve´rification de l’ine´galite´ suivante :

Tdst,d ≤ avec

Tdst,d Rst,d

5.3 Ve´rification du glissement sous se´isme

g R,d

La justification du non-glissement de la fondation sous se´isme est base´e sur la ve´rification de l’ine´galite´ suivante :

VEd ≤ FRd + Epd avec

(42)

VEd

valeur de calcul de l’effort tranchant horizontal au se´isme,

FRd

valeur de calcul de la force de frottement entre la base et le sol au se´isme,

Epd

valeur de calcul de la re´sistance late´rale due a` la bute´e des terres au se´isme.

La force de frottement FRd, pour des semelles hors nappe et en condition draine´e, peut eˆtre donne´e par la relation :

FRd = NEd

avec

tan δ γM

(43)

NEd

valeur de calcul de l’effort normal sur la base au se´isme,

d

angle de frottement de l’interface sol-structure,

gM

coefficient partiel de mate´riau g M = g j’ = 1,25.

Sous nappe, la valeur de calcul de la force de frottement est e´value´e en conditions non draine´es par la relation (40) en remplac¸ant Vd par Ned. La re´sistance late´rale Epd est de´termine´e en fonction de la pression des terres sur la face de la fondation re´sistant a` l’effort horizontal. Sa valeur est ge´ne´ralement limite´e a` 30 % de la re´sistance de la bute´e passive totale.

C 246v2 – 14

Rst,d γ R,d

(44)

valeur de calcul de l’effort de´stabilisant le long d’une surface de glissement, valeur de calcul de la re´sistance stabilisatrice le long d’une surface de glissement, coefficient de mode`le : en approche 3, g R,d = 1,2 pour des ouvrages sensibles aux de´formations (par exemple ouvrages d’art, baˆtiments, autres structures « rigides ») et g R,d = 1,1 pour des ouvrages peu sensibles aux de´formations (par exemple de´blais ou remblais, renforce´s ou non, ne supportant pas un ouvrage sensible aux de´formations).

Remarque Il convient de noter que la stabilite´ ge´ne´rale peut se ve´rifier, aussi bien en approche 2 qu’en approche 3. Cependant, les me´thodes de type Bishop a` rupture circulaire (les plus utilise´es actuellement dans les logiciels ge´otechniques) sont difficilement compatibles avec l’approche 2. Dans les zones soumises aux proble´matiques sismiques, la stabilite´ ge´ne´rale doit eˆtre ve´rifie´e, ide´alement par des me´thodes d’analyse dynamique. Cependant, cette ve´rification est re´alise´e le plus souvent avec des me´thodes pseudo-statiques en prenant en compte les forces sismiques d’inertie horizontales et verticales (cf. NF EN 1998-5). Ces me´thodes fonctionnent dans les cas les plus courants, mais ne doivent pas eˆtre utilise´es dans les sols capables de ge´ne´rer de fortes surpressions interstitielles, ou dans les cas de de´gradation de la rigidite´ des mate´riaux sous chargement cyclique.

7. Tassements des fondations superficielles La ve´rification des tassements absolus, diffe´rentiels et des rotations d’une fondation superficielle doit eˆtre re´alise´e dans la plupart des cas aux ELS quasi-permanents.

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Cette ve´rification peut utiliser plusieurs me´thodes :

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– me´thode pressiome´trique base´e sur les essais au pressiome`tre Me´nard et s’appliquant ge´ne´ralement pour les semelles rigides (cf. annexe H de la norme NF P94-261) ; – me´thode pe´ne´trome´trique base´e sur l’utilisation du CPT s’appliquant ge´ne´ralement pour les semelles rigides (cf. annexe I de la norme NF P94-261). Plusieurs autres me´thodes base´es sur le pe´ne´trome`tre CPT existent dans le monde ; – me´thode des tranches utilisant les caracte´ristiques œdome´triques et s’appliquant pour l’ensemble des semelles (cf. annexe J de la norme NF P94-261). Notons que cette me´thode est e´galement utilise´e en utilisant d’autres essais laboratoire et in-situ permettant d’obtenir ainsi des modules corre´lables avec le module œdome´trique ; – me´thodes e´lastiques utilisant des essais triaxiaux et les corre´lations d’autres essais en laboratoire et in-situ permettant ainsi de retrouver les parame`tres d’e´lasticite´ s’appliquant pour l’ensemble des semelles (cf. annexe J de la norme NF P94-261) ; – me´thodes nume´riques (type e´le´ments finis ou diffe´rences finies) mode´lisant a` la fois sols et ouvrages par des lois de comportement dont les parame`tres sont ge´ne´ralement issus d’essais en laboratoire. Ces diffe´rentes me´thodes sont de´veloppe´es dans une multitude d’ouvrages ([C 246] et [1] [5] [6] [7]) et l’apparition des Eurocodes ne les ont pas modifie´es. Nous laisserons donc le lecteur a` ces re´fe´rences pour les modalite´s et les de´tails de ces approches. Quelle que soit la me´thode utilise´e, le principe est de ve´rifier que les de´formations du sol restent compatibles avec l’ouvrage a` re´aliser. Les valeurs de tassements et de rotations sont ainsi compare´es a` des valeurs seuils de´finies suivant la structure et la ge´ome´trie de l’ouvrage et de ses mate´riaux constitutifs. Ces seuils sont fournis dans les Eurocodes structuraux, et notamment dans l’Eurocode 2 traitant du be´ton arme´, mate´riaux constitutifs de la quasi-totalite´ des semelles superficielles. Figure 8 – De´finition des de´formations d’un baˆtiment

Par exemple, il est pre´cise´ qu’un tassement diffe´rentiel de 1/500 est souvent admis, parfois limite´ a` 1 ou 2 cm suivant le cloisonnement du baˆtiment ou la fragilite´ des mate´riaux le composant (paroi tre`s fortement vitre´e par exemple).

Sous sollicitations sismiques, des tassements tre`s importants peuvent avoir lieu dans certains types de sols soumis a` des chargements cycliques.

Pour une structure, plusieurs types de mouvements sont a` conside´rer (cf. figure 8 [5]) :

En re`gle ge´ne´rale, il faut prendre garde en zone sismique a` la pre´sence de mate´riaux laˆches, non sature´s et sans cohe´sion sur une forte e´paisseur a` faible profondeur.

– – – –

les tassements absolus et relatifs ; les rotations absolues et relatives ; la de´flexion absolue et relative ; l’inclinaison,…

Des tassements excessifs peuvent e´galement se produire avec des argiles molles dont la re´sistance sera alte´re´e par les sollicitations cycliques.

L’annexe L de la norme NF P94-261 donne quelques repe`res en terme de : – rotation relative :  ELS, pour la plupart des structures : 1/500,  ELS, pour un cadre ouvert : entre 1/300 et 1/2000,  ELU : 1/150 ;

Dans ces cas de figure, des essais de chargement cyclique seront a` re´aliser et des ame´liorations de sol peut-eˆtre a` envisager.

8. Structure des fondations superficielles

– tassements : – tassements absolus pour structures a` fondations isole´es : 50 mm, – tassements diffe´rentiels pour structures a` fondations isole´es : 20 mm. De nombreuses e´tudes ont e´galement e´te´ re´alise´es [C 246] afin de statuer sur des seuils a` prendre en compte, tant par rapport : – aux dommages visuels et esthe´tiques ; – aux dommages compromettant l’usage de l’ouvrage (ELS) ; – aux dommages compromettant la stabilite´ de l’ouvrage (ELU).

Les ve´rifications a` produire concernant la structure des fondations superficielles de´pendent des mate´riaux constitutifs de celles-ci. Dans la majorite´ des cas, les fondations superficielles sont re´alise´es en be´ton arme´ et leur dimensionnement doit suivre la norme EN 1992 (Eurocode 2). Pour d’autres mate´riaux, les normes ad hoc seront prises en compte : – Eurocode 3 pour les structures en acier ; – Eurocode 4 pour les structures mixte acier/be´ton ; – Eurocode 5 pour les structures en bois ; – Eurocode 6 pour les structures en mac¸onnerie).

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FONDATIONS SUPERFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Pour les fondations en be´ton arme´, un comportement e´lastique line´aire isotrope, caracte´rise´ par un module de de´formation longitudinale, est ge´ne´ralement utilise´. La valeur caracte´ristique de ce module appele´ Ek est souvent prise e´gale a` 20 GPa pour la de´termination des efforts de flexion dans les semelles et les radiers.

10. Conditions de site et dispositions constructives

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9. Soule`vement hydraulique des fondations superficielles

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de ve´rifier l’inte´gralite´ de ces modes de rupture. Il conviendra de se re´fe´rer a` l’Eurocode 7, mais e´galement aux diffe´rents guides existants notamment du Comite´ franc¸ais des barrages et re´servoirs (CFBR) [2] et du Comite´ franc¸ais des grands barrages (CFGB) [3].

Les fondations superficielles peuvent eˆtre soumises dans certains cas a` des proble´matiques de rupture de terrain ayant une origine hydraulique.

Les fondations superficielles sont, en ge´ne´ral, les fondations les plus simples a` re´aliser car proches de la surface : il est donc possible de s’assurer de la bonne interaction entre l’ouvrage et le sol, ainsi que de ve´rifier la qualite´ des mate´riaux constitutifs.

& Les modes de rupture les plus courants dus a` des phe´nome`nes hydrauliques sont : – le soule`vement hydraulique global duˆ a` la pousse´e d’Archime`de : ce phe´nome`ne se produit lorsque la pression de l’eau sous une structure ou une e´paisseur de terrain de faible perme´abilite´ devient supe´rieure a` la contrainte verticale moyenne ; – le soule`vement hydraulique duˆ a` l’annulation des contraintes effectives verticales : ce phe´nome`ne se produit lorsque des forces d’e´coulement dirige´es vers le haut s’opposent au poids du sol re´duisant a` ze´ro la contrainte effective verticale. Les particules sont alors entraıˆne´es vers le haut et la rupture se fait par bouillonnement ; – l’e´rosion interne lorsque l’eau entraıˆne des particules de sols a` l’inte´rieur d’une couche ou a` l’interface avec la structure. Cette e´rosion peut e´voluer vers une e´rosion re´gressive et entraıˆner l’effondrement de la structure du sol et la rupture de l’ouvrage.

Cependant, le fait qu’elles soient re´alise´es dans les parties superficielles du sol est e´galement un handicap : – proble´matique de gel/de´gel ; – retrait/gonflement du fait de la variation de teneur en eau ; – me´diocrite´ des mate´riaux ; – pre´sence de remblais non maıˆtrise´s,…

& Pour les fondations superficielles, le cas le plus courant est le soule`vement hydraulique par la pousse´e d’Archime`de. La justification est base´e sur la ve´rification de l’ine´galite´ suivante :

Par exemple :  Encastrer une fondation superficielle assez profonde´ment permet de limiter l’impact des variations de tempe´rature (gel/de´gel) et de la teneur en eau (retrait/gonflement). Cette profondeur doit eˆtre e´tudie´e en fonction des re´gions (altitude, ge´ologie, tempe´rature,…).

Gdst,d + Qdst,d ≤ Gstb,d + Rd avec

(45)

Gdst,d

valeur de calcul des actions de´stabilisatrices permanentes (par exemple : pression d’eau permanente, forces permanentes dirige´es vers le haut,…) ;

Qdst,d

valeur de calcul des actions de´stabilisatrices variables (par exemple : pression d’eau variable, forces variables dirige´es vers le haut,… ;

Gstb,d

valeur de calcul des actions stabilisatrices permanentes (par exemple : poids de l’ouvrage) ;

Rd

valeur de calcul des re´sistances additionnelles au soule`vement (par exemple : frottements, ancrages,…).

Les facteurs partiels pour de´terminer ces actions sont de´finis dans l’annexe A de l’Eurocode 7 (NF EN 1997-1). – pour les actions de´stabilisatrices permanentes : g G,dst = 1 ; – pour les actions de´stabilisatrices variables : g Q,dst = 1,5 ; – pour les actions stabilisatrices permanentes : g G,stb = 0,9 ; – pour les re´sistances additionnelles :  angle de frottement interne : g j’ = 1,25,  cohe´sion effective : g c’ = 1,25,  cohe´sion non draine´e : g cu = 1,4,  re´sistance d’ancrage : g a = 1,4. Dans le cas particulier d’ouvrages hydrauliques (barrage, digue, de´versoir,…), qui impliquent des gradients hydrauliques importants (diffe´rences de niveaux d’eau amont/aval), il sera ne´cessaire

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Bien entendu, il est possible, avant de penser aux fondations profondes, de s’inte´resser a` l’ame´lioration des caracte´ristiques du sol ou de son renforcement. De nombreuses techniques existent suivant les proble´matiques a` traiter et nous renvoyons le lecteur aux ouvrages et publications spe´cialise´es. Dans les cas courants, il est important que le dimensionnement des fondations superficielles s’accompagnent de dispositions constructives permettant a` elles seules de re´duire les ale´as et les risques lors de la construction.

 De meˆme, une fondation doit avoir une largeur suffisante meˆme si le terrain a` une bonne capacite´ portante pour e´viter des proble`mes de re´alisation (ferraillages, tole´rance a` l’excentrement des charges,…) : 50 cm semble eˆtre un minimum (maison individuelle par exemple).

11. Conclusion Les fondations superficielles sont encore le mode de fondations le plus utilise´s dans le monde, car le plus simple et le plus e´conomique dans la plupart des cas. Le passage aux Eurocodes n’a pas bouleverse´ la ge´otechnique, mais il a « de´poussie´re´ » nos habitudes. Il a rappele´ a` l’ensemble des professionnels que la justification d’un ouvrage, aussi simple soit-il, doit passer par une phase de re´flexion sur sa construction, son usage, ses contraintes afin de ve´rifier qu’aucun de ces cas ne mettra en pe´ril l’ouvrage ou ceux qui s’en servent. Bien entendu, toutes ces ve´rifications ne ne´cessitent pas force´ment des calculs tre`s e´labore´s et le bon sens permet de re´soudre bon nombre de proble`mes. De plus, pour les ouvrages et les sites plus complexes, la mode´lisation nume´rique ouvre des voies prometteuses. Les logiciels actuels permettent d’appre´hender des proble´matiques en trois dimensions avec des mode`les toujours plus proches des comportements re´els. Et le de´veloppement des syste`mes nume´riques nous re´serve encore bien des e´volutions.

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–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FONDATIONS SUPERFICIELLES

Il conviendra juste de rappeler que tout mode`le, aussi puissant soit-il, ne reste qu’un mode`le et que la ge´otechnique se pratique avant tout sur le terrain…

12. Glossaire

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Pe´ne´trome`tre statique ; cone penetrometer test (CPT)

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Sondage in-situ consistant a` foncer une pointe conique dans le sol a` vitesse constante (environ 2 cm/s) en mesurant l’effort applique´. Cet effort peut eˆtre relie´ entre autres a` la capacite´ portante du sol. L’effort de frottement late´ral est e´galement mesure´ par l’interme´diaire d’une bague a` l’arrie`re du coˆne. Cette donne´e comple´mentaire permet d’obtenir des renseignements sur le type de sol et sur son potentiel de lique´faction au se´isme. Cet outil est utilise´ tre`s largement dans le monde. Pressiome`tre : pressiometer Essai in-situ re´alise´ dans un forage consistant a` mettre en pression une sonde cylindrique qui se dilate et comprime les parois du forage jusqu’a` la rupture. L’e´tude des pressions et des volumes injecte´s permet d’obtenir un module du sol (pouvant eˆtre relie´ a` d’autres modules de type e´lastique), une pression de fluage et une pression limite du sol. Ces parame`tres permettent d’aborder les

proble´matiques de portance, de tassements, voire de stabilite´. Cet essai est tre`s utilise´ en France, mais tre`s peu dans le monde. Essai triaxial : triaxial test Essai de laboratoire consistant a` appliquer une contrainte sur une carotte de sol au moyen d’un fluide (ge´ne´ralement de l’eau), puis d’appliquer un de´placement sur les bases du cylindre afin de mesurer les efforts induits jusqu’a` la rupture de l’e´chantillon. Ces mesures permettent de de´terminer des parame`tres intrinse`ques du sol comme l’angle de frottement et la cohe´sion. Cet essai peut eˆtre re´alise´ dans des conditions draine´es ou non, et en suivant des chemins de contrainte de´finis suivant les conditions a` reproduire. Essai de cisaillement direct : direct shear test Essai de laboratoire consistant a` appliquer un effort vertical sur un e´chantillon de sol dans une boıˆte compose´ de deux parties coulissant horizontalement l’une sur l’autre. La partie infe´rieure subit un de´placement a` vitesse controˆle´e (rapide en condition non draine´e, lente en condition draine´e) et les efforts horizontaux sont mesure´s. Ces mesures permettent de de´terminer des parame`tres intrinse`ques du sol comme l’angle de frottement et la cohe´sion. Oedome`tre : Oedometer Essai de laboratoire consistant a` appliquer un effort vertical sur un e´chantillon de sol dans un moule ne permettant aucune de´formation horizontale. La de´formation du sol en fonction de la charge est mesure´e. Ces mesures permettent de de´terminer des parame`tres de compressibilite´ du sol afin d’e´valuer les tassements.

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P O U R

Fondations superficielles par

Olivier BENOIT Responsable Me´tier Ge´otechnique – Docteur UJF – Inge´nieur ISTG WSP France

Sources bibliographiques

Parution : février 2017 - Dernière validation : juillet 2020 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

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Comite´ Franc¸ais des Grands Barrages. – Petits barrages – Recommandations pour la conception, la re´alisation et le suivi. Cemagref Editions (1997). DAVIDOVICI (V.) et LAMBERT (S.). – Eurocode 8 – Fondations et proce´de´s d’ame´lioration de sol – Guide d’application. E´dition Afnor et e´dition Eyrolles (2013).

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PHILIPPONNAT (G.) et HUBERT (B.). – Fondations et ouvrages en terre. E´dition Eyrolles (2006).

[7]

PLUMELLE (C.). – The´orie et pratique de la ge´otechnique. E´ditions Le Moniteur (2013).

` lire e´galement dans nos bases A BRIANC¸ON (L.), CAZEAUDUMEC (B.) et PINCENT (B.). – Auscultation ge´otechnique. [C 229] (2016).

QUIRIN (L.) et MULLER (S.). – Eurocode 8 : fondations superficielles et profondes. [C 250] (2015)

HANTZ (D.), MAZET-BRACHET (D.) et ROSSETTI (J.P.). – Risques naturels gravitaires – Ge´ologiques et torrentiels . [C 257] (2016).

PILOT (G.). – Me´canique des sols – Symboles, unite´s et de´finitions. [C 201] (2015).

MAGNAN (J.P.). – Description, identification et classification des sols. [C 208] (2015).

Normes et standards NF EN 1997-1

juin 2005

AFNOR Eurocode 7 : Calcul ge´otechnique – Partie 1 : Re`gles ge´ne´rales.

NF EN 1997-2

septembre 2007

AFNOR Eurocode 7 : Calcul ge´otechnique – Partie 2 : Reconnaissances des terrains et essais.

juin 2013

AFNOR Justification des ouvrages ge´otechniques – Norme d’application nationale de l’Eurocode 7 – Fondations superficielles.

NF P 94-261

NF P 94-281

avril 2014

NF EN 1998-1 septembre 2005

AFNOR Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur re´sistance aux se´ismes – Partie 1 : Re`gles ge´ne´rales, actions sismiques et re`gles pour les baˆtiments.

NF EN 1998-1

de´cembre 2006

AFNOR Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur re´sistance aux se´ismes – Partie 2 : Ponts.

NF EN 1998-5 septembre 2005

AFNOR Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur re´sistance aux se´ismes – Partie 5 : Fondations, ouvrages de soute`nement et aspects ge´otechniques.

AFNOR Justification des ouvrages ge´otechniques – Norme d’application nationale de l’Eurocode 7 – Ouvrages de soute`nements – Murs.

Re´glementation De´cret n 2010-1254 du 22 octobre 2010 relatif a` la pre´vention du risque sismique NOR : DEVP0910497D.

Arreˆte´ du 24 janvier 2011 fixant les re`gles parasismiques applicables a` certaines installations classe´es NOR : DEVP1102251A.

De´cret n 2010-1255 du 22 octobre 2010 portant de´limitation des zones de sismicite´ du territoire franc¸ais NOR : DEVP0823374D.

Arreˆte´ du 19 juillet 2011 modifiant l’arreˆte´ du 22 octobre 2010 relatif a` la classification et aux re`gles de construction parasismique applicables aux baˆtiments de la classe dite « a` risque normal » NOR : DEVL1115254A.

Arreˆte´ du 22 octobre 2010 relatif a` la classification et aux re`gles de construction parasismique applicables aux baˆtiments de la classe dite « a` risque normal » NOR : DEVP1015475A.

Arreˆte´ du 26 octobre 2011 relatif a` la classification et aux re`gles de construction parasismique applicables aux ponts de la classe dite « a` risque normal » NOR : DEVP1125429A.

Sites Internet  CFBR – Comite´ franc¸ais des barrages et re´servoirs http://www.barrages-cfbr.eu

 CFBG – Comite´ franc¸ais des grands barrages http://www.barrages-cfbr.eu

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