Calcul d'un pieu vissé moulé dans une argile plastique

Michel BUSTAMANTE Docteur- ingénieur

Luigi GIANESELLI Technicien

Section des fondations Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Jean-Claude CAMBIER Bureau d'études Géoméca

RÉSUMÉ

L'article présente les résultats d'un essai de chargement effectué sur un pieu vissé moulé dans l'argile des Flandres. L'essai avait pour buts : - la vérification de la capacité portante réelle de ce type de pieu qui suscitait fréquemment de vives discussions entre spécialistes en raison du manque de méthode de calcul reconnue ; - de chiffrer les valeurs des différents para­mètres de calcul, q s > kp, k c afin d'élaborer une méthode de calcul basée sur l'interpré­tation des essais pressiométriques et péné-trométriques. Le dépouillement des résultats a montré que la portance globale de ce type de pieu était élevée, malgré une fiche et un diamètre somme toute modeste, et que par conséquent la techni­que du pieu vissé moulé était bien adaptée aux argiles plastiques du Nord de la France.

MOTS CLÉS : 42 - Calcul - Portance - Pieu -Béton coulé sur place - Essai - En place -Charge - Statique - Argile - Pressiomètre • Essai de pénétration statique -/Pieu vissé moulé.

Dans le cadre d'une étude de fondation pour un ensemble d'immeubles d'habitation, étude réalisée par la société Géoméca, il a été demandé au L C P C de vérifier, par un essai préalable de chargement en vraie grandeur, la portance réelle d'un pieu vissé moulé. Paradoxalement, ce type de pieu, d'ailleurs bien adapté aux sols cohérents du nord de la France et de la Belgique, et commercialisé déjà depuis de nombreuses années, suscitait fréquemment, au stade du projet, de vives discussions entre spécialistes en raison du manque de méthode de calcul reconnue.

L'essai envisagé eut donc pour but :

— de vérifier tout d'abord que le dimensionnement des pieux effectué au niveau du projet était non seulement satisfaisant, c'est-à-dire garantissait les marges de sécurité réglementaires, mais évitait tout dimensionnement abusif;

— d'apporter une idée précise du comportement général sous charge statique;

— de montrer comment s'effectue la distribution effective du frottement latéral et de l'effort de pointe sous différents taux de charge appliquée en tête ^t notamment sous les charges caractéristiques nominales QN, de fluage QC et limite QL,

— d'indiquer éventuellement quels pouvaient être les éléments de la mise en œuvre susceptibles d'avoir une répercussion sur la portance globale ou l'une de ses composantes;

53 Bul l , liaison Labo. P. et Ch. - 127 - sept.-oct. 1983 - Réf. 2826

— de chiffrer, enfin, les valeurs limites unitaires du frottement latéral qs et de la résistance de pointe Ql/SP pour être en mesure, à partir des caractéristi­ques géotechniques du sol, d'élaborer une méthode de calcul pour les pieux vissés moulés mis en œuvre dans les argiles plastiques, en raison de leur importance pour tout le nord de la France.

RECONNAISSANCE ET DONNÉES GÉOTECHNIQUES DU SITE D'ESSAI

La première campagne de reconnaissance effectuée en 1980 par la société Simecsol comprenait (fig. 1):

— sept sondages pénétrométriques statiques Parez ( l ) (Ps. 1 à Ps. 7);

— trois sondages carottés (S. 1 à S. 3);

— trois sondages pressiométriques Ménard (Pr. 1 à Pr. 3);

— la mise en place de trois piézomètres.

A la demande du L C P C , cette première campagne fut complétée par un sondage au pressiomètre autoforeur P A F , modèle 76, utilisable en étude courante. Ce sondage de 20 m de profondeur a été réalisé par le Laboratoire de Lille au voisinage immédiat du pieu d'essai (moins de 2 m). En outre, quatre sondages au pénétromètre statique Gouda ( 2) de 101 furent réalisés à moins de 1,5 m de l'axe du pieu pour le plus

A Pénétromètre stat ique Parez • Pressiomètre Ménard

Sondage carotté o Pénétromètre stat ique Gouda

0 10 20 30 m

proche (P. 3 et P. 4). L'ensemble des sondages a mis en évidence :

— une couverture de limons d'épaisseur variable (4 à 8 m) avec quelques passées sableuses,

— une couche d'argiles plastiques de l'Yprésien, reconnue jusqu'à 25 m de profondeur.

A u droit du pieu d'essai, la couche de limons atteint une épaisseur de 6 m, le niveau de la nappe phréatique oscillant entre 1,15 et 1,50 m du terrain naturel.

Les figures 2, 3 et 4 synthétisent les différentes caractéristiques géotechniques obtenues pour les sondages les plus proches du pieu d'essai.

On remarquera qu'en ce qui concerne les sondages pressiométriques type Ménard, le plus proche (Pr. 1) reste situé à quelques 50 m du pieu, ce qui est considérable pour un terrain indiquant une hétérogénéité certaine. Ainsi , lors des interprétations ultérieures liées aux méthodes pressiométriques de calcul (voir § Méthodes pressiométriques) on s'alignera sur le sondage établi au P A F . Le fait que celui-ci ait été réalisé à moins de 2 m du pieu d'essai, et la qualité des corrélations « px-p2Q » dont on dispose à ce jour pour les argiles plastiques [1] autorisent à prendre ce sondage comme référence.

On notera également les faibles valeurs qc obtenues dans les argiles de compacité px ou p20 comprises entre 1,5 et 1,8 M Pa. De même le rapport moyen qjp20 égal sur ce site à 2,4 est nettement en dessous des rapports habituels obtenus pour ce type de matériau, estimés par certains auteurs [2] de 3 à 3,5.

Le tableau I récapitule les valeurs moyennes des paramètres pénétrométriques et pressiométriques pour les différentes sous-couches.

TABLEAU I

Pénétromètre statique Pressiomètre

Nature des sols

Type Parez *

Type Gouda

Sonde Ménard *

Sonde PAF 76

le (MPa)

le (MPa)

PY (MPa)

Pio (MPa)

Limons : l à 5 m 1,0 à 2,0 0,1 à 1,5 0,15 à 0,45 0,3

Argile des Flandres :

5à 9m 9 à 14 m

14 à 17m

1,0 à 2,5 2,0 à 4,0 2,0 à 4,0

1,0 à 2,0 1,5 à 3,0 1,5 à 4,0

0,6 à 1,3 1.0 à 1,40 1.1 à 1,85

0,7 0,9 1,5

* Valeurs données à titre d'information en raison de l'éloignement des sondages par rapport au pieu d'essai.

Fig. 1. — Implantation des sondages de reconnaissance par rapport au pieu d'essai.

(') Diamètre de la pointe: 45 mm, vitesse de fonçage : 2 cm/s. (2) Mis en œuvre par la société France-Atlas. Diamètre de la pointe : 36 mm, vitesse de fonçage : 2 cm/s.

54

ESSAIS AU PRESSIOMETRE AUTOFOREUR

SONDAGE PAF: 1

M O U V A U X 1 5 9 1

Pqrc du H a u t m o n t

. D»«. 1 S - 2 a u 3 - 3 - 8 2

Coordonnées L a m b e r t x : 6 5 f ) 1 0 v . 3 3 4 DO

Cote N G F d e d é p a r t : ~ 3 6 m Niveau d'eau : 1,50m

Fig. 2. — Coupe pressiométrique obtenue au pressiomètre autoforeur PAF modèle 76.

55

CONFECTION D U PIEU D'ESSAI

Afin de limiter la gêne occasionnée au chantier par la préparation et le déroulement de l'essai, on a préféré tester un pieu situé en dehors de l'emprise des futurs bâtiments (fig. 1).

Le pieu d'essai a été réalisé et équipé le 29.09.81 entre 15 h 15 min et 17 h 45 min. L a succession des différentes phases de sa confection est schématisée et illustrée par les figures 5, 6 et 7.

Phase 1 (fig. 6a, b)

Mise en place de la pointe perdue (fig. la) sur la tarière à hélice saillante (de diamètre maximal DH = 575 mm et de diamètre nominal DN = 410 mm) et accouplement sur le tube de fonçage ( 0 273 mm). Fonçage de l'ensemble par rotation et vérinage jusqu'à 18 m de profondeur. Cette opération, réalisée avec une machine Atlas (fig. 1b), a duré 31 min (cf. fig. 5).

Phase 2 (fig. 6a) Mise en place du béton par l'intermédiaire du tube de fonçage. Cette opération avait été précédée, dans le cas présent, par la descente à l'intérieur du tube de fonçage d'un tube-logement métallique ( 0 50/55 mm) (fig. 7c) destiné par la suite à recevoir un train d'extensomètres amovibles. On notera que pour éviter tout étranglement du béton lors de sa mise en place, on a utilisé un béton très plastique (cône de 21/22) dosé de la façon suivante :

— granulai 0/5 : 900 kg, — granulai 7/14 : 950 kg,

20 temps de vérinage (s)

Í0 60 80 100

Fig. 5. — Vitesse de fonçage relevée lors

de l 'exécution du pieu d'essai vissé

moulé (VMO) .

•S 15

MOUVAUX

pieu V M O

Exécuté le 29.09.81

Arrêt du vérinage l

— ciment C L K 325 : 350 kg, — eau : 200 kg.

Phase 3 (fig. 6a)

Relevage du tube de fonçage et bétonnage du pieu. Ces opérations sont réalisées en inversant le sens de la rotation et en remontant simultanément le tube. Le béton remplit alors l'empreinte laissée par la tarière à hélice saillante (fig. Id).

Le pieu d'essai, équipé après bétonnage d'une cage d'armature sur les sept premiers mètres, avait une fiche dans le sol de 18 m. Plusieurs éprouvettes de béton furent prélevées lors du bétonnage pour déterminer par la suite les valeurs des modules EB, nécessaires pour l'interprétation de l'essai. Pour six éprouvettes d'âge égal à celui du béton du pieu le jour de l'essai, on a mesuré les valeurs suivantes EB : 36 400, 37 300, 36 600, 40 100, 40 900, 39 700 M P a .

On notera que le dégagement du pieu effectué uniquement sur les trois premiers mètres, après réalisation de l'essai statique de chargement, a permis de vérifier que le fût était en fait très régulier, ne présentant que de très faibles ondulations. Le diamètre moyen mesuré, pour ces trois premiers mètres, était de l'ordre de 550 mm. Cette valeur a été retenue lors de l'interprétation ultérieure, mais i l n'est pas interdit de penser que dans les couches plus compactes, près de la pointe, le diamètre moyen ne soit très légèrement plus faible.

Fig. 6a. — Phases caractéristi­ques de l'exécution d'un pieu

vissé moulé.

0 / v (mm) DH (mm)

310 425 360 490 410 575 460 630 510 690 560 770 610 830 Fig. 6b. — Diamètres caractéristi­

ques des outi ls de fonçage.

56

DISPOSITIFS DE CHARGEMENT ET DE MESURE

Le massif de réaction retenu fut le système France-Atlas constitué par quatre cuves à eau de 45 m 3

chacune (fig. 8) permettant de développer, après remplissage et lestage complémentaire, une poussée maximale de 2,0 M N . En raison du mode de solidarisation des cuves, le pieu dut être dégagé sur le premier mètre afin de pouvoir le charger par la suite. L a fiche totale dans le sol valait donc finalement 17 m

(fig. 9). L'application de la charge fut assurée par un vérin simple effet, alimenté par une pompe manuelle. Le contrôle de la charge fut assuré à l'aide d'un peson annulaire type L C P C de 2,5 M N . Les enfoncements de la tête du pieu ont été mesurés à l'aide de quatre comparateurs électriques (précision 1/100) disposés autour de la tête du pieu et montés sur une base de référence réputée fixe. Les mesures des raccourcisse­ments unitaires (A///) des tronçons fictifs du fût ont été effectuées à l'aide d'un extensomètre amovible comprenant sept bloqueurs dilatables, modèle 72 [3].

57

Plate - forme 0.55 „

+ 37.05 NGF

L IMON

ARGILE des

FLANDRES Fig. 9. — Géométrie du pieu d'essai et des tronçons fictifs de mesure.

® _ 7 f l m

• Niveaux des extensomètres Fig. 8. — Système de réaction constitué par quatre cuves à eau.

ESSAI DE CHARGEMENT ET INTERPRÉTATION DES MESURES

Le chargement du pieu a eu lieu trois semaines après sa confection, le 29 octobre 1981. Le programme de chargement, conforme aux directives générales du mode opératoire des L P C [4] ou du D T U 13-2 « Fondations profondes » [5], comportait un cycle unique de chargement de douze paliers de 0,16 M N .

Le temps d'application de chacun de ces paliers a été limité à une heure, à l'exception du dernier qui n'a pu être maintenu que 25 minutes.

Les mesures d'enfoncement de la tête du pieu ont permis d'établir les relations caractéristiques des figures 10, 11 et 12 :

— enfoncement de la tête (y0) - charge en tête (Q0),

— enfoncement de la tête (y 0) - logarithme du temps (0, — vitesse de fluage (a) - charge en tête (Q0).

La courbe de la figure 10 montre que la charge limite QL a été très nettement atteinte lors du 12e palier correspondant à l 920 k N . Il est à noter que cette

1500

Fig. 10. — Courbe de chargement du pieu d'essai.

58

I 1m n MOUVAUX (59) pieu vissé moulé essai du 29.10.81

1920 kN

Fig. 1 1 . — Relations enfoncement de la tête du pieu - logarithme du temps.

TABLEAU II

Charges (kN) Enfoncements (mm)

Charges (kN) Tête (v„) Pointe (yp)

QL = 1 920

1 750

15,5 à la l r emin 32,0 à la 15'min 62,0 à la 25' min

12,5 à la \" min 28,9 à la 15'min 59,1 à la 25'min

Qc = 1 350 6,2 3,7

QH = 964 3,5 1J

Après déchargement complet

Environ 64 —

f X ( m m )

MOUVAUX (59) pieu vissé moulé essai du 29.10.81

1 MOUVAUX (59) pieu vissé moulé essai du 29.10.81

•

/ 0C =1350 kN /

«

— • —i > — • — • - • — — • Charge en tête ( kN ) — . . . . . . — J

500

Fig. 12.

1000 1500 2000

Détermination graphique de la charge crit ique de fluage O...

charge n'a pu être maintenue que pour les toutes premières minutes, la vitesse d'enfoncement du pieu ne pouvant être compensée dans les minutes qui suivirent par le système pompe-vérin. A la 25 e minute, la charge limite QL finit par se stabiliser aux alentours de 1 750 k N et cela, après un enfoncement de la tête y0 de plus de 60 mm, soit plus de 1/10 du diamètre du pieu. Entre la 15e et la 25 e minute d'application du palier, intervalle au cours duquel on put observer très nettement le phénomène de poinçonnement, la vitesse d'enfoncement de la tête atteignit 3 mm/min. On a pu également vérifier par la suite que la vitesse d'enfoncement de la pointe était du même ordre (fig. 10).

Partant des relations y0 — lg / (fig. 11) exprimant l'évolution du fluage, on a déterminé (fig. 12) la valeur de la charge critique de fluage Qc. Cette dernière a été estimée à 1 350 k N , ce qui après application d'un coefficient de sécurité égal à 1,4, conduit à une charge nominale (admissible) QN = 964 k N . Le tableau II récapitule l'ensemble des charges caractéristiques mesurées et des enfoncements associés.

L'interprétation des résultats fournis par l'extensomè-tre amovible (fig. 13) permet de connaître la

Déformations unitairesAI/l 150 200 2S0 HO-6}

Fig. 13. — Distri­but ion des raccourcissements unitaires A / / / le long du fût.

59

distribution des efforts le long du fût (fig. 14) et d'établir la loi de mobilisation du frottement latéral unitaire qs (fig. 15) en fonction du déplacement par rapport au plan de référence des bases fixes, pour chacun des tronçons de mesure : A , B , C , D , E et F .

L'examen des courbes de la figure 14 montre que la pointe du pieu est sollicitée dès les premiers paliers pour atteindre 432 k N sous la valeur maximale de la charge limite (1 920 kN) à la première minute. On observera par la suite :

Qi = 585 k N à la 15e min, et

Ql = 675 k N à partir de la 25 e min.

Toutefois, à cette augmentation de l'effort sous la pointe correspondait, au fur et à mesure de l'enfoncement, une chute concomitante très nette du frottement latéral, expliquant la réduction d'environ 12 % de la charge limite QL initiale (1 750 au lieu de 1 920 kN). Le fait que la charge limite QL passe par un pic est intéressant à noter. Cela amène à conclure que, pour les pieux fichés dans les argiles plastiques, les coefficients de sécurité pris sur QL constituent un maximum susceptible de chuter, si pour une raison ou une autre le pieu venait à être surchargé.

Pour ce qui est des valeurs limites du frottement latéral unitaire qs correspondant à la charge limite maximale, on a mesuré pour les différents niveaux (fig. 15) :

— 5 à 10 kPa pour les limons de couverture et les premiers mètres de la couche d'argiles altérées des Flandres; — 85 à 120 kPa pour les argiles des Flandres comprises entre 9 et 18 m avec une valeur moyenne de 105 kPa.

On remarque les très faibles valeurs mesurées sur les premiers mètres. Celles-ci sont nettement inférieures

(d'au moins 50 %) à ce que l'on a pu mesurer dans de pareils matériaux pour des pieux forés [6]. Cela ne peut s'expliquer que par le remaniement provoqué par le refoulement de matériaux sensibles sous vitesse de fonçage relativement élevée, estimée dans le cas présent à 3 m/min. Dans les couches d'argiles plus compactes, mais où la vitesse de fonçage était plus faible, de l'ordre de 1 m/min, on a mesuré des valeurs qs non seulement élevées, mais supérieures en moyenne à ce que l'on a l'habitude d'obtenir pour des sols identiques le long de pieux forés [7].

C A L C U L DES PIEUX VISSÉS MOULÉS DANS L'ARGILE PLASTIQUE

Partant de l'ensemble des résultats obtenus lors de l'essai de chargement, on a chiffré les valeurs des coefficients de portance caractéristiques associés à la méthode pressiométrique Ménard [8, 9] ainsi qu 'à la méthode développée à partir du PAF[10 , 11], cela dans le but de pouvoir rattacher le calcul des pieux vissés moulés à chacune de ces méthodes de prévision. La même démarche a été faite pour le pénétromètre statique.

Méthodes pressiométriques

Pressiomètre Ménard

Les facteurs de portance /cp correspondant aux différentes valeurs de la résistance de pointe valent (voir annexe) respectivement :

k~p = 1,03, après la l r e min, /tp = 1,47, à la 15e min, k~p = 1,73, à partir de la 25 e min.

60

Si l'on retient les deux dernières valeurs comme plus représentatives en raison des enfoncements du pieu, on obtient une valeur moyenne de 1,60.

On propose pour tout pieu vissé moulé dans les limons ou argiles plastiques, et dont la fiche est supérieure à l'encastrement critique, de calculer sa charge limite QL de la manière suivante :

QL = Ql + Ql ou selon Ménard : la résistance de pointe limite QF

L = kp. Sp(p1 — P0) + SP-QO

et le frottement latéral limite Ql = £ qsi • Asi

i

mais où les valeurs kp et qsi seraient déterminées à partir des abaques [12] des figures 16 et 17.

L'abaque de la figure 17 est à utiliser en respectant les directives du tableau III.

2,0.

1,0

' kp pour h e / D > à l ' encas t remen t c r i t ique

r \ - P 0 ( M P a ) 1 \ - P 0 ( M P a )

0 1,0 2,0 3,0 ¿,0

TABLEAU III Méthode pressiométrique

Abaques Pi (MPa)

Commentaires sur les conditions d'exécution

Q l < 0,5 Conditions habituelles prévues par le DTU 13-2.

Q.2 > 0,7 Ne retenir pour les argiles et limons de /7j < 1,0 MPa que lorsque la vitesse de fonçage est faible (moins de 1 m/min) sinon adopter Q.I.

Q 3 > 1,5 Ne retenir pour les argiles et limons que lorsque la vitesse de fonçage est faible (moins de 1 m/min), sinon adopter Q.2.

Enfin, on proposera pour le calcul de la charge nominale d'adopter un même coefficient [12] pour la pointe et le frottement, soit 2 :

Ql Ql

Fig. 16. — Abaque pour l 'évaluation du facteur de portance kp

(pressiomètre Ménard).

Q n ~Y 2

On peut vérifier (voir les calculs en annexe) que la prise en compte de ces recommandations conduit à une charge limite calculée QL = 1 994 k N , à comparer à la charge mesurée QL = 1 920 k N , et une charge nominale QN = 997 k N qui est à comparer à QN = 964 k N .

L'application des règles Ménard (ou F O N D 72) conduirait à une valeur QL = 2 791 k N , surestimant dangereusement la portance limite. Cela est dû principalement à l'obligation d'avoir à prendre en compte kp = 3,6 pour des argiles relevant de la catégorie II.

a qs(MPa)

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2.5 3,0 3,5

Fig. 17. — Abaque pour l'évaluation du frottement latéral unitaire qs

(pressiomètre Ménard).

Point important pour le calcul de la section de la pointe Sp et des tronçons de surfaces latérales du fût Asi, on proposera de retenir, dans la pratique, le diamètre suivant :

D = 0,9 DH

où DH correspond au diamètre maximal de l'hélice saillante (fig. 6b).

Pressiomètre autoforeur

La résistance limite unitaire qx de la fondation est calculée par une relation dérivée de la méthode Ménard de la forme :

1i—<lo = i>(P2o—Po)> où (j; est le facteur de portance.

Les valeurs effectives de $ qui varient d'ailleurs assez sensiblement en fonction de p0 (voir annexe) sont égales suivant le terme de pointe à :

5 = 1,48 à 0,99, après la l r e min, $ = 2,11 à 1,41, à la 15e min, <!/ = 2,48 à 1,66, après la 25 e min.

Si l'on tient compte des valeurs if correspondant aux charges mesurées lors de la 15e et de la 25 e minute (avec # 0 = 0,5 ou K0 = 1,0) parce que plus représentatives en raison des enfoncements observés, on obtient une valeur moyenne de l'ordre de 1,55 à 1,65. Comme on peut le constater, ces valeurs sont pratiquement égales à la valeur moyenne k~p associée au pressiomètre Ménard.

61

Cela inciterait à adopter pour le calcul du terme de pointe Qv

h des valeurs de <\i prises sur un abaque semblable à celui de la figure 16, mais fonction de p*0.

Pour ce qui est du frottement latéral, on peut également tenter d'établir une relation entre qs et /? | 0

ou éventuellement r m a x à partir des données du tableau IV.

Il est intéressant de constater que dans le meilleur des cas le frotte­ment mesuré qs n'excède pas en moyenne 50 % de la résistance au cisaillement -r m a x mesurée au P A F . Il constitue une part infime de cette dernière, en moyenne 10 % pour les limons de couverture et le début du toit de l'argile, au travers desquels la vitesse de fonçage est restée élevée.

A u vu des données du tableau IV, on peut proposer, pour le calcul du frottement le long d'un pieu vissé moulé, un système d'abaques apparenté à celui de la figure 17, mais aligné sur la caractéristique p*0. Par analogie avec le pressiomètre Ménard, l'utilisation des abaques Q. 1, Q. 2 et Q. 3 impliquerait de satisfaire aux recommandations du tableau III dans lequel on substituerait p*0 à p1.

On peut vérifier (voir annexe) que le calcul de QL sur ces bases conduirait aux charges caractéristiques :

QL = 1 847 k N à comparer à QL = 1 920 k N , QN = 923,5 k N à comparer à QN = 964 k N .

La méthode de calcul ainsi proposée paraît recevable, mais i l y a lieu toutefois de vérifier sa validité pour plusieurs autres cas.

TABLEAU IV

Sols Niveau fictif

du pieu

Pio

(kPa)

Po O

(kPa)

PÌo

(kPa) (%)

"̂max

(kPa) (kPa) Tmax

Argiles des Flandres

A B C D

1 682 1 356

912 748

239 217 167 109

1 443 1 139

745 639

48 43 42 44

263 232 147 140

120 80

105 5

0,46 0,34 0,71 0,04

Limons E F

402 265

58 14

344 251

44 54

61 55

5 10

0,08 0,18

(') Valeur calculée avec K , = 0,5 et y = 19kN/m3.

plastiques et les limons, d'adopter pour le calcul du terme de pointe QP

L un facteur kc = 0,6. En ce qui con­cerne le calcul du frottement latéral, on propose pour l'estimation de qs d'utiliser les abaques de la figure 18 à partir des recommandations du tableau V .

TABLEAU V Méthode pénétrométrique statique

Abaques 1c

(MPa) Commentaires

sur les conditions d'exécution

Q l < 0,7 Conditions habituelles prévues par le DTU 13-2

Q .2 > 1,2 Ne retenir pour les argiles et limons de qc < 2,5 que lorsque la vitesse de fonçage est faible (moins de 1 m/min), sinon adopter Q. 1.

Q.3 > 4,5 Ne retenir pour les argiles et limons que lorsque la vitesse de fonçage est faible (moins de 1 m/min), sinon adopter Q. 2.

Méthode pénétrométrique statique

On peut chiffrer, pour une valeur moyenne de qc = 3,5 M P a , les différentes valeurs du facteur de portance pénétrométrique /cc :

/Fc = 0,5 pour la l r e min, k~c = 0,7 pour la 15e min, = 0,7 pour la 15 min,

= 0,8 à partir de la 25 e min.

L a valeur moyenne pour les dernières valeurs, qui vaut donc 0,75, est relativement élevée si on la compare aux valeurs kc proposées par certains auteurs [9, 13] et qui sont comprises entre 0,45 et 0,50 pour des argiles. Dans le cas présent, la différence de l'ordre de + J50 % résulte de l'obligation de prendre en compte une valeur qc relativement basse ( 3) pour des argiles de p1 = 1,8 M P a .

On peut proposer, pour les études courantes, pour dimensionner les pieux vissés moulés dans les argiles

Fig. 18. — Abaque pour l'évaluation du frottement latéral unitaire qs

(pénétromètre statique).

(3) Sur d'autres sites, on a fréquemment trouvé dans de pareilles argiles des valeurs qc de l'ordre de 4,5 à 5,0 MPa.

62

Dans le cas présent, pour un pieu de diamètre D = 0,9 DH fiché dans une argile de qe = 3,5 M P a , on arrive sur ces bases à des charges calculées :

QL = 1 780 k N à comparer à QM = 1 920 k N , QN = 890 k N à comparer à QN = 964 k N .

On a également pu appliquer l'ensemble des méthode's proposées au cas d'un pieu d'essai vissé moulé dans ces mêmes^argiles et réalisé en décembre 1977 sur un site expérimental de la région de Tourcoing. Il faut rappeler tout d'abord que cet essai, effectué à la demande du B R G M et suivi par la société Simecsol, intéressait un pieu de diamètre DH = 710 mm et de fiche 16,50 m. La pointe était encastrée dans une argile de qc = 2,5 M P a et p* = 0,73 M P a . Ce pieu, qui n'était pas instrumenté, a été poussé jusqu'à sa charge limite ( 4) QL = 1 700 k N . L a charge critique de fluage Qc a été estimée à 1 260 k N .

Le tableau VI récapitule, pour le pieu de Tourcoing, l'ensemble des valeurs calculées et mesurées.

TABLEAU VI

Méthodes proposées par Bustamante-Gianeselli

Charge mesurée

(kN)

Pressiomètre Ménard

(kN)

Pénétromètre statique

(kN)

QL 1 700 1 630 1 830

Qc 1260 1 090 1 220

Q* 890 * 814 915

* Par application d'un coefficient de 1,4 sur la charge critique de fluage.

CONCLUSIONS

A u vu des résultats obtenus, i l a été possible de conclure ce qui suit :

— le dimensionnement préalable des pieux du projet était satisfaisant puisque l'on aurait finalement adopté des fiches de 17,7 m pour reprendre des charges nominales de QN = 659 k N . On a considéré, vu l'hétérogénéité certaine du site, qu'il était prudent de surdimensionner légèrement les fiches des pieux du projet;

(4) Valeur mesurée à l'aide d'un peson à jauges. La valeur donnée par les manomètres (QL = 2 000 kN) pouvant être considérée comme non représentative. Il faut remarquer à ce propos, que la charge de 1 700 kN obtenue lors du 9e palier correspondait bien à un poinçonnement du sol sous la pointe et non à une rupture des ondulations du fût. On a bien vu, dans le cas du pieu de Mouvaux, que sous la charge QL le pieu s'enfonçait brutalement.

— au niveau du comportement général sous charge statique, un pieu vissé moulé dans les argiles plastiques n'indique aucun particularisme, obéissant aux mêmes lois de mobilisation des efforts le long de son fût que les autres types de pieux forés ou battus;

— la portance globale de ce type de pieu s'avère élevée pour une fiche et un diamètre somme toute modestes. Cela résulte de l'importance du terme de pointe qu'assure le refoulement du sol (à l'instar des pieux battus) et des frottements unitaires conséquents pour des couches de compacité relativement moyenne (pour obtenir à coup sûr de tels frottements pour des pieux forés dans ces mêmes sols il y aurait lieu de recourir à l'artifice du grattage des parois);

— la technique du pieu vissé moulé, en raison même de sa rapidité d'exécution reste, bien évidemment dans les limites qui lui sont propres (longueur maximale 22 m et diamètre DH ^ 830 mm), très bien adaptée aux argiles plastiques du nord de la France. On conseillerait même, dans le but d'augmenter la rapidité du bétonnage, d'utiliser des bétons de très grande maniabilité, voire même des microbétons au mortier;

— il est possible de prévoir avec une bonne approximation la portance des pieux vissés moulés dans les argiles plastiques ou limons à partir des abaques proposés (voir partie consacrée au calcul) et l 'exploitation d'essais pressiométr iques (sonde Ménard ou même sonde P A F modèle 76) et pénétrométriques statiques CPT . On a considéré toutefois qu'en raison de leur plus grande sélectivité, le dimensionnement à partir des essais pressiométri­ques pouvait conduire parfois à une meilleure prévision des charges calculées.

Enfin, compte tenu des avantages liés à la conception de ce type de pieu, i l serait opportun de tester un pieu instrumenté confectionné cette fois dans les sables ou sables graveleux.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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63

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[9] BUSTAMANTE M . , GiANESELLi L . , Prévision de la capacité portante des pieux isolés sous charge verticale. Règles pressiométriques et pénétrométriques, Bull, liaison Labo. P. et Ch., 113, mai-juin 1981, p. 83-108.

[10] BAGUELIN F. , JÉZÉQUEL J.-F. , LE MÉHAUTÉ A . , Le pressiomètre autoforeur et le calcul des fondations, Congr. de Brighton 1979, vol. 2.

[11] BAGUELIN F., Rules of foundation design using self-boring pressuremeter tests results, Sympos. on the pressuremeter and its marine applications, Paris, avr. 1982.

[12] BUSTAMANTE M., GIANESELLI L., Calcul de la capacité portante des pieux isolés sous charge statique verticale, Rapp. LCPC, déc. 1982.

[13] PHILIPPONNAT G., Méthode pratique de calcul d'un pieu isolé à l'aide du pénétromètre statique, Rev. Fr. Géotech., 10, p. 55-64.

ANNEXE

A. PRESSIOMÈTRE MÉNARD

Diamètre de l'hélice saillante : DH = 565 mm,

Diamètre effectif : D = 550 mm,

Section pointe présumée : Sp = 0,237 m2,

avec y = 19 kN/m3 à 17 m de profondeur q0 = 323 kN/m2

et K0 = 0,5, p0 = 246 kPa,

Pie - Po = 1 720 - 246 = 1 460 kPa,

d'où on a tiré :

k~p = 1,03 pour QP

L = 432 kN, k~p = 1,47 pour Ql = 585 kN, k~p = 1,73 pour Ql = 675 kN.

Calcul de la charge limite QL d'après les abaques des figures 15 et 16 (Bustamante, Gianeselli) :

— p* = 1 460 kPa, kp = 1,75, Sp = 0,20 m2

(D = 0,9 D„ = 0,508 m)

Terme de pointe : Ql = 575 kN,

Frottement : de l à 5 m, abaque Q. 1, de 5 à 9 m, abaque Q. 1, de 9 à 14 m, abaque Q. 2, de 14 à 17 m, abaque Q. 3,

d'où 2 | = 115,2 + 192,0 + 560,0 + 552,0 = 1 419 kN

Charge limite ôi. = 575 + 1 419 = 1 994 kN, QL

Charge critique de fluage QC = -— = 1 329 kN,

QL Charge nominale QN = — = 997 kN.

B. PRESSIOMÈTRE AUTOFOREUR MODÈLE 76

Calcul de la valeur :

La valeur p0 = 735 kPa mesurée en place au niveau de la pointe semblant trop élevée en raison d'un refoulement très probable du sol (bourrage de la trousse coupante et/ou vitesse de foncage trop grande), on a également calculé en tenant compte de plusieurs valeurs de K0 à savoir K0 = 0,5 et K0 = 1,0. Ces dernières conduisent aux valeurs respectives de p0 = 246 kPa et p0 = 323 kPa.

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Les valeurs correspondantes *]> valent ainsi :

( ° ' 9 9

i> = } 1,05 pour Ql = 432 kN ( 1,48

( !<41

$ = J 1,50 pour Ql = 585 kN ( 2,11 ( 1,66

$ = î 1,76 pour Ql = 675 kN (2,48

Calcul de la charge limite QL d'après les abaques des figures 15 et 16

p*0 = 1 460 kPa, $ = 1,75, Sp = 0,20 m 2

Terme de pointe : Ql = 575 kN

Frottement (calculé cette fois à partir de p\0) :

Ql = 95,8 + 176,0 + 520,0 + 480 = 1 272 kN,

d'où 2Q L = 575 + 1 272 = 1 847 kN,

QN = 923,5 kN.