Mémoire de fin d'étude de Mastère

8/10/2019 Mmoire de fin d'tude de Mastre

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R EPU BLIQ U E A LG ER IEN N E D EM O C R A TIQ U E ET PO PU LA IR E

MINISTERE DE L'ENSEIGNEM ENT SUPERIEUR

Y ET DE LA REC HE RCH E SCIENT IFIQUE

y A l S ^ a l j ,

UNIVERSITE KASDI MERBAH

OU A R GLA

FA C U LTE D ES SC IEN C ES ET TEC H N O LO G IE ET SC IEN C ES D E LA

M A TIER E

DEPARTEMENT D'HYDRAULIQUE ET DE GENIE CIVIL

M moire de fin d tude

En vue de l 'obtention du diplme de M AST ER

Spcialit gnie civil

OPTION :Con struction Civile et Industrielle

THEME :

Modlisation Numrique D'un Pieu Isol

Sous Charge Axiale

Prsent par :

LOTFI MER ABET

O M A R LO U A H A D J

Soutenu Publiquemen t le :

Devant le Jury :

Prsident

Examinateur

Examinateur

Encadreur

: Mm. MAOUCHE.H

: M. ZANKH RI. A

: M. KEBAIL I .M

: M.KHELASSI. A

Ann e U niversitaire

2010/2011


2/150

REMERCIEMENTS

D'abordje remercie Dieu le tout puissant du bien fait

Au terme de cette tude en achevant notre mm oire

Nous voulons exprimer notre sincre gratitude notre encadreur

Mr Khelassi Amar

A notre enseignant

Mr Djireb Samir

qui nous ont a id pour faire ce travail.

Et aussi nos remerciements s'adressent aussi

Tous les enseignants du dpartement d'hydraulique et de gnie civil

A tous ceux qui nous ont aids et encourag de prs ou de loin

Nous leur disons

Merci


3/150

Je

rends grce Dieu

et

ddie ce travail:

J

M onpre, pour ta disponibilitet tesprcieu^conseils.

M amre, pour son soutien materneC inconditionnel

J

M esfrres etsurs, sur qui ai toujourspucompter.

J

Toute

[a

promotion 2010-2011

J

Tous Ces enseignants

qui ont

contriu

mna

formation.

J

Tous ceux^qui me sont chers

LOTFIMERABET


4/150

Tout d aordje tiens

remercier

Ce

Tout

Puissant de

m avoir donner Ce

courage

et [a patience pour arriver

cet

stade afin

de

rafiser

ce

travaif

que jeddie :

mes trschers parents qui m ont guid durant tesm oments

les pCuspniles de ce long chemin, ma mrequiat mes

ctse tma soutenu durant toutema vie, et monprequi a

sacrifitoutesavie afinde mevo ir devenir ceque jesuis,

merci m es parents.

J

A mes trschers rres etsurs.

J

toute ma famiCksans exception.

J

A tous

mes amis.

J

A

toute la promotion 2011

J

Enfin, je remerciemon6inme M ME RABA TLotfi qui a

contriu la ralisation de ce modeste travaif.

LOUAHADJ

Omar


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SMOMMAIRE

In t roduc t ion gn ra le

Partie A RECHERCH E BIBLIOGRAPH IQUE

CHA PITRE 1 : LE SOL

1.1 In trod uct ion 3

1 .2 No t ions E lm en ta i re s Su r La Ru p tu re De s So ls 3

1 .3 No tion sur la m can ique de mil ie u cont inue 4

1 .3 .1 Ten seur des contra in te 4

1 .3.2 Equ a t ions De L 'q u i l ib r e Loca l 5

1 .3 .3 Cond i t ion Au x Lim i te s 6

1 .4 Le Cer c le de M oh r 6

1 .4.1 Le ce rc le de M ohr deux d imen s ions 7

1 .4.2 Com posan te s des con t ra in te s en 2D 7

1 .5 Cr i t re De M ohr - Co u lom b 8

1 .5.1 No t io n De Cou rbe In t r in sque 8

1 .5 .2 Cri tre D e Co ulo mb 9

1.6 R sis ta nce au c isa i l lem ent des so ls 10

1 .7 L ' in te r fa ce so l - s t ruc tu re 10

1 .7 .1 D fin i t ion 10

1 .7 .2 t ude en labor a to ire de l ' in terfa ce so l-s t ruc tu re 10

1 .7 .3 la boi te de c isa i l lem ent d irec t 11

1 .7 .4 pr inc i pe de l 'ess a i 11

1 .7 .5 les rsul ta ts d 'e ssa is de la boi te de c isa i l lem ent 12

CHAPITRE 2 : FONDATIONS

2.1 D fin i t ion 13

2 .2 Di f f ren t s types des fonda t ions 13

2 .2 .1 Les fonda t io ns supe r f ic ie l l e s 13

2 .2 .2 Les fonda t io ns p ro fo ndes 14

2 .2 .2 .1 In trod uct ion 14

2 .2 .2 .2 Df in i t ion 14


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2 .2 .2 .3 His to r iqu es 16

2 .2 .2 .4 Pr inc ipes de fonc t io nnem en t 19

2.2 .2 .4 .1 Cas d ' un p ieu iso l 19

2.2 .2 .4 .2 Cas de grou pes de p ieu x : 20

2 .2 .2 .5 Clas s i f i ca t ion des p ieux 21

2 .2 .2 .5 .1 P ieux refo ulan t le so l la mi se en p lace 21

2 .2 .2 .5 .2 Pie ux ne refo ulan t pas le so l la mis e en p lace 24

2 .2 .2 .5 .3 Pie ux par t icu l iers 28

2 .2 .2 .6 Cla ss if ica t ion des p ieu x se lon Terza ghi 28

CHAPITRE 3 : CALCULE DE LA CAPACITE PORTANTE

DES FONDATIONS PROFON DES

3.1 Gn ra l i ts 29

3 .2 Ape ru su r l e s pa ram t re s in f luenan t l a capac i t p o r tan te d 'u ne

fonda t ion Pro fond e 29

3 .2 .1 Den s i t du mass i f 30

3 .2 .2 Eta t de surfa ce des inc lus ions 31

3 .2 .3 Ef fe t du tem ps 31

3 .3 Fo rm ules de ba t tage 32

3 .3 .1 G nra l i t s 32

3 .3 .2 Fo r mu le des Ho l la nda i s 32

3 .3 .3 Fo r mu le de Cranda l l 33

3 .4 D te rm ina t ion de l a cha rge po r tan te pa r l e s fo rm u les s ta t iques 33

3 .4 .1 Exp ress ion gn ra le de l a fo rce po r tan te Q

l

33

3 .4 .2 Pre ss ion l imite e t rs is tan ce l imite sous la poin te 34

3 .4 .3 Fro t tem ent la tra l 36

3 .5 Calcu l de la char ge por t ante Q

l

par t i r de l 'essa i au Pre ss io m tre 38

3 .5 .1 Qu 'e s t - c e que le p re s s iom t re ? 38

3 .5 .2 Gn ra l i t s 40

3 .5 .3 Co ntra in te l imite de poin te q

p

e t rs is tance l imite de poin te Q

p

4 0

3 .5 .4 Fro t tem ent la tra l Q

f

4 2

3 .6 Calcu l de la char ge por t ante Q

l

par t i r de l 'essa i au P ntr om tre 43

3 .6 .1 Qu 'e s t - c e que le pn t rom t re ? 43


7/150

3 .6 .1 .1 Le pn t rom t re dyna miq ue 43

3 .6 .1 .2 Le pn t rom t re s ta t ique 44

3 .6 .2 Gn ra l i t s 45

3 .6 .3 Con tra in te l imite q

p

sous la poin te 46

3 .6 .4 Fro t tem ent la tra l uni ta ir e l imite , 48

3 .7 Tasse men t d 'u n p ieu i so l 48

3 .8 Fro t tem en t Ng a t i f Su r Les P ieu x 50

3 .8 .1 Desc r ip t ion du ph nom ne 50

3 .8 .2 Pr inc ipe de l ' va lua t ion du f ro t tem en t nga t i f max ima l 51

3 .8 .3 Hau teu r d 'ac t ion du f ro t tem en t nga t i f 52

3 .8 .4 Con t ra in te ve r t i ca le e f fec t iv e a '

v

. E f f e t d ' a c c r o c h a g e 5 3

Partie B ETUDE NUM ERIQUE

CHAPITRE 4 : LES LOIS DE COM PORTEM ENT

4.1 In troduc t i on 56

4 .2 Lo is de com por tem en t e t m can iqu e des mi l i eux con t inus 56

4 .3 Lo is de com por tem en ts l ina i re s des ma t r iaux 57

4.3 .1 M od le las t ique l inaire iso tro pe ( lo i de H oo ke) 57

4 .3 .2 Lo i de com por ten t la s t ique pa r fa i t em en t p la s t ique 58

4 . 3 .3 L o i d e c o m p o r t e m e n t d e M o h r - C o u l o m b 6 1

4 .3 .3 .1 D te rm ina t ion des pa ram t re s du c r i t re de M ohr - Co u lom b 61

4 .4 Les M odu les la s t iques 62

4 .4 .1 M odu le de Yo ung 62

4 .4 .2 Coe f f ic ien t de Po is son 63

4 . 4 .3 L e M o d u l e v o l u m i q u e 6 3

4 .4 .4 Le M odu le de c i sa i l l emen t 64

CHAPITRE 5 : LE CODE FLAC

5 .1. C 'e s t quo i FL A C ? 66

5 .2. M tho de des d i f f ren ces f in ie s : 67

5 .3 . Fo rces non qui l ibr es (unb alanc ed forc e) : 68

2D

5 .4. Pr sen ta t ion du code b id im ens ionne l (FL AC ) : 69

3D

5 .5. Pr sen ta t ion du code t r id imens ionn e l (FL AC v 3 .00 ) : 70


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3D

5 . 5 .1 . M t h o d o l o g i e d e s i m u l a t i o n a v e c F L A C

3 D

:

7 2

5 .5 .2 . Gn ra t i on de m a i l l age : 74

5 . 5 .3 . M o d l e s d e c o m p o r t e m e n t : 7 5

5 . 5 .3 . 1 . L e m o d l e l a s t o - p l a s ti q u e d e M o h r - C o u l o m b d a n s

F L A C

3 D

75

5 .5 .3 .2 . M od le de com por t em en t de l ' i n t e r face : 78

5 .6 . C O N C L U S I O N : 8 2

CHAPITRE 6 : ESTIMATIONNUM ERIQUE DE LA

CAPACITE PORTANTE D 'PIEU

6.1 In t ro duc t i on 83

6 . 1 . 1 A v a n t d e c o m m e n c e r d e m o d u l e r a v e c F L A C 8 3

6 . 1 .1 . 1 F L A C t e r m i n o l o g i e 8 3

6 . 1 . 1 .2 C o m m a n d s y n t a x e 8 4

6 .1 .1 .3 t ypes de f i ch i e r s 84

3D

6 .1 .2 In t rodu c t ion l ' i n t e r fa ce g rap h iqu e de F l ac 85

6 .1 .3 In t rodu c t ion l ' i n t e r fa ce g rap h iqu e de F l ac

2 D

87

6 .2 P rse n t a t i on du cas tud i e 88

6 . 3 L a M o d l i s a t i o n a v e c F L A C 8 9

6 . 3 . 1 F L A C

3 D

89

6 .3 .1 .1 P ro cd ure de s im u la t i on : 89

6 .3 .1 .1 .1 M ai l l ag e e t cond i t i ons aux l im i t e s : 89

6 . 3 . 1 .1 . 2 M o d l e d e c o m p o r t e m e n t : 9 2

6 .3 .1 .1 .3 M od l i sa t i o n du p i eu - i n t e r f ace : 93

6 .3 .1 .1 .4 m e t t re l e sys t em dans un t a t d ' q u i l i b re 94

6 .3 .1 .1 .5 Le cha rgem en t du p i eu 95

6 .3 .1 .2 Le s r su l t a t s 98

1.1.1. FLAC

2 D

102

6 .3 .2 .1 La m thod o log ie de s im u la t i on

10 2

6 . 3 . 2 . 1 . 1 M a i l l a g e

10 2

6 . 3 . 2 .1 . 2 M o d l e d e c o m p o r t e m e n t :

10 3

6 .3 .2 .1 .3 M od l i sa t i o n du p i eu - i n t e r fa ce :

10 4

6.3.2.1.4

cond i t i ons aux l im i t e s

10 6

6 .3 .2 .1 .5 m e t t re l e sys t em dans un t a t d ' q u i l i b r e

106

6 .3 .2 .1 .6 Le cha rgem en t du p i eu

10 7


9/150

6.3 .2 .2 Les rsul ta ts 10 9

6 .4 Com para i son De s Rsu l ta t s 111

Conc lus ion 114

R f r e n c e s b i b l i o g r a p h i q u e s

A n n e x e s


10/150

LISTE DES FIGURE S

Figu re : 1 .1 Cou rbe con t ra in te -d fo rma t ion 3

Fig ure : 1 .2 Co upe d ' un ma ssif so l e t l igne de g l iss em ent 4

Fig ure : 1 .3 Co m pos ant e du tens eur de contra in te en un poin t M 5

Fig ure : 1 .4 Ve cteu r contra in t la surfa ce du so l ide 6

Fig ure : 1 .5 Tr i-ce rc le de m oh r 7

Fig ure : 1 .6 rep re de rf ren ce 7

Fig ure : 1 .7 Co urb e in tr ins que 9

Fig ure : 1 .8 R sis ta nce de c isa i l lem ent de so l 9

Fig ure : 1 .9 Pr in cipe de boi te de c isa i l le men t d irec t 11

Fig ure : 1 .10 Co urb e de contra in t - dp lace me nt 12

Fig ure : 1 .11 Co urb e rs is tan ce de c isa i l le men t 12

Figu re : 2 .1 Di f f ren t s types de fonda t io ns supe r f ic ie l l e s 13

Figu re : 2 .2 Le dom aine de l a fonda t io n p ro f ond e 15

Figu re : 2 .3 D f in i t ions de l a hau teu r d 'en cas t re me n t gom t r ique D e t mc an iqu e D

e

16

Fig ure : 2 .4 Fro t tem ent ngat i f e t le f ro t tem ent posi t i f 19

Fig ure : 2 .5 Bu lbe de rpar t i t ion des contra in tes 20

Figu re : 2 .6 Pro f i l s m ta l l iqu es ba t tu s 22

Fig ure : 2 .7 Pie u bat tu m oul 23

Fig ure : 2 .8 Pie u for la bo ue 24

Figu re : 2 .9 Di f f ren t s types de ba r re t t e s 25

Fig ure : 2 .10 Pieu for tub 25

Fig ure : 2 .11 Pieu Starso l de Sol tanch e 26

Figu re : 3 .1 Capac i t po r tan te d 'u n p ieu en com press ion 30

Figu re : 3 .2 M ob i l i sa t ion des cha rges d 'u n p ieu 30

Figu re : 3 .3 Ef fe t de l a rugos i t de l ' inc lu s ion : Com para i so n des co u rbes de mob i l i sa t ion

f ro t tem en t - dp lace men t (Sch losse r e t Gu i l loux 1981) 31

Figu re : 3 .4 Co mp or tem en t gn ra l d 'un p ieu i so l soum is une cha rge ve r t i ca le 34

F ig ur e: 3.5 Variation de la chargeQ

p

en fonctiondela profondeurD 34

Figu re : 3 .6 Pres s iom t re M nar d 39

Figu re : 3 .7 Co urb es de Fro t tem ent la tra l uni ta ire l imite le long du f t du p ieu 42

Figu re : 3 .8 Rs i s tanc e de po in te qu iva len te 47

Fig ure : 3 .9 Loi s de mo bil isa t ion du f ro t tem ent la tra l e t de l 'e f f or t de poin te uni ta ir e 49


11/150

F igu re : 3 .10 v a lua t io n du f ro t t em en t nga t i f su r un p i eu i so l 51

F igu re : 3 .11Ca lcu l du f ro t t em en t nga t i f pou r un p i eu i so l dans un so l hom ogne

charg pa r un rem bla i 54

F igu re : 4 .1 P r inc ipe de l o i de com por t em en t l a s t i que 58

F i g u r e : 4 . 2 C o m p a r a i s o n d e s c r it r e s d e M o h r - c o u l o m b e t t r e s c a d a n s l ' e s p a c e d e s c o n t r a i n te s

p r inc ipa l e s d ' a p r s I t a sca (200 0) 59

F i g u r e : 4 . 3 C o m p a r a i s o n d e s c r i t r e s d e D r u c k e r - P r a g e r e t V o n - M i s e s d a n s l ' e s p a c e d e s

con t ra in t e s p r inc ipa l e s d ' a p r s I t a sca (200 0) 60

F igu re : 4 .4 P r inc ipe de l o i de com por t em en t l a s t i que pa r f a i t em en t p l a s t i que 60

F igu re : 4 .5 M od l i sa t i on d ' un e ssa i t r i ax i a l de com pres s ion pa r l a l o i de M oh r-C ou lom b 62

F i g u r e : 4 . 6 D i a g r a m m e c o n t r a i n t e - d f o r m a t i o n 6 3

F igu re : 4 .7 I l l u s t ra t i on de com pres s ion un i fo rm e 63

F i g u re : 4 . 8 S c h m a d e p r i n c i p e d u c i s a i l l e m e n t 6 5

F igu re : 5 .1 Cyc le l m en ta i re du ca l cu l exp l i c i t e pa r d i f f re nce s f i n i e s , d ' a p r s I t a sca 68

3D

F i g u r e : 5 . 2 E x e m p l e d ' u n m o d l e F L A C

3 D

7 1

F i g u r e : 5 . 3 M t h o d o l o g i e d e m o d l i s a t i o n n u m r i q u e a v e c F L A C ( I t a s ca m a n u e l ) 7 3

F igu re : 5 .4 Or i en t a t i on des noe uds e t des fac es dans un e zon e de b r iqu e ( I t a sca m a nue l ) 74

F igu re : 5 .5 I l l u s t ra t i on des con t ra in t e s p r inc ipa l e s i ndu i t e s dans un l m en t 75

F i g u r e : 5 . 6 C r i t r e d e r u p t u r e d e M o h r - C o u l o m b d a n s

FLAC3D,

d ' a p r s I t a sca 76

3D

F igu re : 5 .7 D i s t r i b u t ion de sec t eu rs rep rs en t a t i f s n ud s d ' i n t e r face (Man ue l

FLAC

) 78

3D

F i g u r e : 5 . 8 D t a i l d e s c o m p o s a n t s d ' u n l m e n t d ' i n t e r f a c e (M a n u e l

FLAC

) 79

3D

F igu re : 5 .9 D im ens ion de l a zone u t i l i se pou r l e ca l cu l des ra ideu rs (Manue l

FLAC

) 81

3D

F igu re : 6 .1 La fen t re p r inc ipa l e de F L A C 85

F igu re : 6 .2 Le s l m en t s de m enu 85

Fig ure : 6 .3 La boi te de d ia l ogu e f i le /ca l l 84

F i g u r e :

6 .4

F e n t r e d ' a f f i c h a g e 8 4

F igu re : 6 .5 La fen t re p r inc ipa l e de F L A C 2D 85

F igu re : 6 .6 M ai l l ag e u t i l i s pou r l a s im u la t i on 98

3D

F i g u r e : 6 . 7 C o n d i t i o n s a u x l im i t e s p o u r l ' a n a l y s e F L A C

3 D

90

F igu re : 6 .8 In t e r fa ce so l -p i eu 91

F igu re : 6 .9 F o r ces non qu i l i b res 92

F igu re : 6 .10 Con t ra in t e ax i a l Vs Z dp lace m e n t du po in t (0 .0 .0 ) 96

Figure : 6 .11 Co ntra in te axia l V s s tep 97

Figure : 6 .12 d pla ce m en t du poin t (0 .0 .0 ) se lon Z V s s tep 97


12/150

Figure : 6 .13 Les vec teur s v i tess es 98

Figure : 6 .14 Les vec teur s dp lace me nts 99

Figure : 6 .15 M ail la ge u t i l is pou r la s imu la t ion 101

Figure : 6 .16 No me ncl a tu re d ' in terfa ce 103

Figure : 6.17 Schm a prsent les deux interfaces 103

Figu re : 6 .18 Cond i t ions aux l imi te s pou r l ' ana ly se F L A C

2 D

104

Figure : 6.19 Fo rce s no n qu ilib re s 105

Figu re : 6 .20 Vec te u r de v i te s se pou r l ' ana l y se F L A C

2 D

107

Figure : 6 .21 La cour be de dp lace me nt par appo rt les s teps 108

Figure : 6 .22 Co urb e de charg e l imite par appo rt les s teps 108

Figure : 6 .23 La cour be de la capaci t por t ance for ce- dp lac em ent 109


13/150


14/150

LISTE DES TABLEAUX

Tab leau : 3 .1 Inf l uen ced e la densi t du ma ssif sur le coe ff ic i ent de press io n des te rres 3 0

Tab leau : 3 .2 Va leu rs du coe f f ic ien t ^p ou r que lques p ieux 36

Tableau: 3 .3 Valeurs de k

p

se lon le fasc icule 62 41

Tab leau: 3 .4 Ch oix de la cour be de f ro t tem ent la tra l 43

Tab leau: 3 .5 Va leur s de kc se lon le fasc icule 62 46

Tab leau : 3 .6 Ca tgo r ie s conven t ion ne l le s de so l s 48

Tab leau : 3 .7 Va leu rs du te rm e K tan 5 pou r l ' va lua t ion du f ro t tem en t nga t i f 52

Tab leau: 4 .1 cr i t re de p las t ic i t usuel pou r les so ls 58

Tab leau: 4 .2 les re la t ion s entre m odu les las t iqu es 65

Tab leau : 5 .1 His to r iqu e de dve lo ppem en t de FL AC 67


15/150

Principales notations

Lettres lat ines :

pp

:

coeff ic ient rducteur de sec t ion de l ' e f for t de pointe

ps coeff ic ient rducteur de sec t ion de l ' e f for t de f rot tement l a t ra l

A : aire de la sect ion droi te

P : pr im t re de la sec t ion du p ieu

qpu

:

rs i s tance l imi te de pointe

q su

:

f rot tement l a t ra l uni ta i re l imi te dans couche i

ei

:

pa isseur de la couc he i

h : ha u t e ur d ' a nc r a ge

P1e

:

press io n l imi te ne t te quiv a lente

P1(Z) : press ion l imi te ne t te l a profondeur z

d : pris en g nra l gal 0

D : hau teur d 'en cas t r em ent re l le du pieu

Q s

lim :

le frot tement latral l imite (avec fs (_ qs) le frot tement latral uni taire l imite)

QP

lim :

la rs i s tance en po inte l imi te (av ec qp la rs i s tance en po inte un i ta i re l im i te ) .

P : press io n (N/m2)

Kh (z) : l e coeff ic ien t de la rac t ion une prof on deu r z (N/m3).

Y (z) : l e dplacem ent d u pieu pou r une profo nd eur z (m).

P : la ract ion d sol (N/m)

ES

:

le module de rac t ion du sol pour une profondeur z (N/m2).

B : le diamtre de pieu (m).

EP

:

module d ' las t ic i t du pieu.

IP

:

m om en t d ' iner t i e de la sec t ion t ransv ersa le du p ieu

Z : pro fon deu r dans le sol .

A : un coe ff ic ient adimens ionne l fon c t ion de la dens i t du mass i f de sable ( tableau 1.2)

Z : l a profondeur (m).

Y : le dp lace me nt latral (m).

P u s: rac t ion ul t ime du sol en surface ;

P u s: rac t ion ul t ime du sol pour l es couches profondes ;

B : le diamtre du pieu ;

CU

:

cohs ion non dra ine du sol (KPa)

J : cons tante empi r ique dont l es va leurs comprises ent re 0.25 e t 0 .5 ont t d te rmines par des essa i s sur s i t e

ZC :p rofo nde u r c r i ti que

K s : module de rac t ion la t ra le dans un sable


16/150

KC

:

module de raction latrale dans une argile

Pd: rsistance latrale de dimensionnement

Plim:valeur asymptot ique de l 'hyperb ole pour y >

ki : pente initiale de la courbe

P 'o

:

pression effective (aprs excavation)

CU: contrainte de cisaillement caractristique non draine reprsentative des conditions de chargements

considres.

Pd:Pds pour u n charg eme nt statique

Pd: Pdcpou r un chargem ent cy clique triaxial statique non d rain sur un chantillon de sol non remani.

K : la raideur initiale de la courb e P-y ;

Pu

:

la rsistance ultime du sol ;

Y : le dplacem ent latral

Ko

:

coefficient des terres au repos ;

Ka: coefficien t des terres actives

kh

:

module initial de raction la profondeur z,

Pmax : pres sion lim ite la pro fon deu r z,

Y : poids volu miq ue du sol

D : diamtre du pieu,

n : acclration centrifuge.

Let t res grcques

y : Le poids volumique du sable.

a : Un co efficie nt rholog ique caractrisant le sol (tableau 4)

se:Va leur moiti de la dform ation correspo ndant au m axim um de la contrainte dviatoriq ue dans un essai

triaxial non drain.

mc y : Coefficient de scurit caractristique du matriau

a : Plin/Pd = rapport de rup ture, tou jou rs suprie ur 1

P : Coefficient dpendant du sol et des conditions de chargement (tableau 6)

d^ : An gle de frot tem ent pour le projet

^ : Angle de frottement rel

E, : Co effic ient empiriq ue (tableau 5)

sC : Dformation verticale la moiti de la variation des contraintes principales d 'un essai

9 : L 'a ngl e de f ro t tement (degr) ;


17/150

Introduction Gnrale


18/150

INTRODUCTION GENERALE

Un ingn ieu r sage a d i t une fo i s

Une structure n'est pas plus forte que ses

connexions.

B i e n q u e c e t t e d c l a r a t i o n i n v o q u e g n r a l e m e n t d e s i m a g e s d e c o n n e x i o n s

en t re l e s d i f f ren t s l m en t s de s t ruc tu re . E l l e s ' app l ique ga l em en t ce l l e s qu i ex i s t en t en t re

une s t ruc tu re e t l e so l qu i l a suppor t e . Ces connex ions son t connues com m e ses fondem en t s .

Mm e l e s anc i ens b t i s seu rs sava i en t que l e s s t ruc tu res l e s p lu s so igneusem en t conus

peuven t chouer s i e l l e s ne son t pas sou t enues pa r des fonda t ions app rop r i es . La Tour de

P i se en I t a l i e nou s rappe l l e ce t t e v r i t . ( c hec le p lu s connu du m on de fo nda t ion )

Bien que l e s cons t ruc t eu rs a i en t reconnu l ' im por t ance des bases so l i des pou r

d ' i nnom brab les gn ra t i ons . L 'h i s to i re de l a cons t ruc t ion de l a fonda t ion s ' t end su r des

m i l l i e r s d ' annes . La d i sc ip l i ne de l ' i ngn ie r i e de fonda t ion t e l l e que nous l a conna i s sons

au jou rd 'hu i n ' a com m enc se dve lopper qu ' l a f i n du XIXe s i c l e .

L e s f o n d a t i o n s s o n t d e s l m e n t s f o n d a m e n t a u x d a n s u n p r o j e t d e c o n s t r u c t i o n

ca r l a p renn i t de l ' ouv rage dpend de l eu r qua l i t . Les fonda t ions rep rennen t e t t ransm et t en t

au so l t ou t es l e s cha rges - pe rm anen tes , acc iden te l l e s e t cha rges d ' exp lo i t a t i on . I l e s t donc

im por t an t qu ' e l l e s so i en t ca l cu l es e t ra l i ses avec l e p lu s g rand so in .

L a d i f f r e n c e e x is t a n t e e n t re le n o m b r e d e p r o g r a m m e s d e c a l c ul d e s f o n d a t i o n s s u p e r f i c i e l le s

e t ceux de ca l cu l des fonda t ions p ro fondes e s t su rp renan te . S i l e s p rog ram m es de ca l cu l de

fonda t ions supe r f i c i e l l e s son t a ssez nom breux e t vu lga r i s s , i l n ' en e s t pas de m m e pour l e s

p rog ram m es des fonda t ions p ro fondes . Ces de rn i e rs son t p lu t t ra re s e t peu access ib l e s dans

no t re env i ronnem en t , auss i b i en aux tud i an t s qu ' aux p ro fess ionne l s . Auss i , l a p ra t i que des

fonda t ions p ro fondes n ' e s t pas cou ran t e e t l a docum en ta t i on fa i t d fau t .

Ac tue l l em en t , i l ex i s t e , t r s peu d ' en t rep r i ses capab les de ra l i se r ce gen re de

fonda t ions e t l a p lupa r t des fonda t ions ra l i ses , m m e ce l l e s de ce r t a in s g rands ouvrages

t e l l e s que l e s pon t s , son t supe r f i c i e l l e s pa rce que l eu r ca l cu l e s t re l a t i vem en t s im p le e t l eu r

ra l i sa t i on e s t p lu t t fac i l e e t a s sez b i en m a t r i se ; o r , com pte t enu des dso rd res l i s au


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tassement des so ls ou un remaniement parfo is imprvis ib le du so l , i l es t prfrable de

recou r i r des fonda t ions p ro fo ndes pou r un me i l l eu r a nc rage e t une f i ab i l i t acc rue .

Ce t te tude se ra p r inc ipa lem en t ax e su r l e s fonda t ions p ro fon des c i r cu la i re s e t en b ton

a rm . Nous nous foca l i se rons su r tou t su r l ' a spec t go techn ique des fonda t ions p ro fondes don t

nous p r sen te rons l e s d i f f ren te s m thodes de ca lcu l . Les d i f f ren te s m thodes exposes

reposent sur la d terminat ion de la press ion l imite de poin te pour laquel le on recourt aux

essa is in s i tu (essa i pntromtr ique , essa i press iomtr ique e t formules dynamiques) e t sur

l 'valuat ion du f ro t tement la tra l .

L 'ob jec t i f l e p lu s impor tan t de ce t r ava i l e t de f a i r e une m od l i sa t ion num r ique d 'u n p ieu

iso l r ig ide en bton arm dans un so l sableux, charg axia lement par une charge s ta t ique .

Avec ce t te mod l i sa t ion nous che rchons comprendre l e compor temen t du p ieu e t e s sayons

d 'o bte nir toutes les don nes poss ib les af in de recuei l l i r p lus de con nais sanc e sur les p ieux

Le cod e u t i l i s pou r f a i r e ce t r ava i l s e nom m e : FL AC dve lopp pa r I t a sca Consu l t ing

Group .


20/150

PARTIE A : RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE

CHAP ITRE 1 : Le SOL


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1.1. INTRODUCTION

Le so l qu i suppo r t e l e s cha rg es t rans m is es pa r l a fon da t io n dev ra i t tre a ssez r s i s t an t pou r

que l e sys t m e fond a t ion - so l so i t en scu r i t e t s t ab l e du ra b l e u t i l e sans t a ss em en t s exces s i f s . A ins i ,

la s tabi l i t e t les asp ects de tas sem en ts du so l doiv ent t re ana lys s po ur arr iver la pre ss io n de

concept ion qui peut t re sans r i sque porte par le so l de sorte que le type de fondat ion , la forme, la

t a i l l e e t d ' au t re s pa ram t res pu i s sen t t re cho i s i s e t conus en consquence . La r s i s t ance au

c i sa i l l em en t u l t im e au -de l don t l e so l s ' e f fo nd re ou dev ien t i n s t ab l e s ' appe l l e l a capac i t po r t an t e .

Cec i a t t e ind re l a rup tu re de so l e t don c fa i t des d f o rm a t ion s dans l a supe r s t ruc tu re m e nan t pou r

s ' e f fon dre r . La fon da t io n desce nd dans l e so l co m m e s i i l n 'y a auc une r s i s t anc e du so l c i -dess ous .

ce phnom ne s ' appe l l e l a rup t eu r de capac i t po r t an t e du so l .

1.2. NOTIONS ELEME NTAIRES SUR LA RUPTUR E DES SOLS

Lorsque l e chem in expr im en ta l su iv i pe rm e t de g randes d fo rm a t ions , on ob t i en t une cou rbe

con t ra in t e - d fo rm a t ion ( l o i de com por t em en t ) qu i a l ' a l l u re de l a f i gu re su ivan t

Figure : 1.1

Courbe contrainte-dformation

On fa i t l e s hypo thses su ivan tes :

dans l e dom aine des pe t i t e s d fo rm a t ion s : on con s id re que l e com por t em en t e s t l i na i re et

on app l iqu e l a t ho r i e d e l ' l a s t i c i t l i na i re .

dans le domaine des grandes dformation s : le comp ortemen t est i rrversible, on considre que l 'on

peut utiliser la thorie de la plasticit parfaite.

Cons id rons un m ass i f de so l cha rg e t l e s con t ra in t e s qu i r su l t en t de ces cha rges en un po in t M du

m ass i f . En augm en tan t l e s cha rges , on augm en te l e s con t ra in t e s . Ces de rn i res ne peuven t augm en te r

ind f in im e n t : en e f fe t , l e s con t ra in t e s de c i sa i l l em e n t a t t e ind ron t su r ce r t a ines fa ces d i t e s su r faces de


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g l i s sem en t ou su r face de rup tu re une l im i t e au -de l de l aque l l e l e s pa r t i cu l e s de so l g l i s se ron t l e s unes

sur les autres (fig. 1.2).

La rup tu re du so l se p rodu i t pa r g l i s sem en t re l a t i f des g ra in s l e s uns pa r rappor t aux au t re s e t non pa r

r u p t u r e d e s g r a i n s e u x - m m e s .

Figure : 1.2 Coupe d'un massif sol et ligne de glissement

1.3. NOTION SUR LA MEC ANIQUE DES MILIEUX CONTINU S

Les m thodes de ca l cu l u t i l i ses hab i tue l l em en t en m can ique de so l supposen t que l e so l e s t un

m a t r i au con t inue c ' e s t - -d i re un m i l i eu phys iqu e con t inu e don t l e s t ran s fo r m a t ions son t con t inus .

L ' h y p o t h s e e s t d ' a u t a n t m e i l l e u r e q u e l e s p a r t i c u l e s s o n t p e t it e s . D o n c p o u r r s o u d r e u n p r o b l m e

m can ique des so l i des d fo rm ab les t ro i s re l a t i ons de base son t ncessa i re s

Le s qua t ion s d ' qu i l i b re , qu i fon t appe l l a no t ion de con t ra in t e s

Le s qua t ion s de com pa t ib i l i t qu i re l i en t d f o rm a t ion e t dp l acem en t

L e s r e l a t io n s c o n t r a i n t e s - d f o r m a t i o n s

1.3.1. TENSEU R DES CONTR AINTES

Le vec t eu r con t ra in t e T(M ,n ) s ' exe ran t en M su r un e face t t e dS se dc om pos e su ivan t l a

no r m a le Mn l a face t t e e t su ivan t l e p l an de l a face t t e en une con t ra in t e no rm ale a

n

e t un e c on t ra in t e

t angen t i e l l e ( f i g . a ) . On appe l l e l e t enseu r des con t ra in t e s en un po in t M l ' ensem ble des con t ra in t e s en

ce po in t ; ob t enu en don nan t l a face t t e t ou t es l e s o r i en t a t i ons poss ib l e s ( f i g . 1 .3)

Il est not : (X)

{M, xyz}

ax

xY TXZ

= ( Txy ay xyz

xzx xzy az

( 1 1 )


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1.3.2. EQUA TIONS DE L EQUILIBRE LOCAL

L'qu i l ib re s ta t ique d 'un pa ra l l lp ipde lmen ta i re au se in d 'un mi l ieu con t inu , s ' c r i t

dax , drxy , dxxz

+ i x =

0

ax ay az

drxy day dryz _ y _ q

dx dy dz

dxxz 3xyz daz Z ~ 0

dx dy dz

( 1 1 )

( 1 2 )

( 1 3 )

Ou X,Y e t Z ds ignen t l e s composan te s des fo rces de vo lume F .

Dans l e ca s d 'un p rob lme b id imens ionne l i l v ien t :

dox dxxy _ _ q

dx dy

dTx

y |

drj

y y o

dx dy

(1.4)

( 1 5 )

Gn ra lem en t l e s fo rces de vo lu me se r du isen t aux fo rc es de pesan teu r . s i l ' ax e O y e s t p r i s ve r t i ca l

ascendant , X=0 e t Y= - y

: la poids volumique de so l


24/150

1.3.3. CONDITION AUX LIMITES

L' qu i l i b r e d 'un l m en t de vo l um e dbouc han t l a su r fa ce du so l ide fou r n i t l e s cond i t i ons aux

l im i t e s ( f i g .1 .4 )

On cri t l ' iden t i t : ( ) . n = F

a,ax+ p.rxy+ y .TXZ =

X (1 .6 )

J

a .Txy+p.ay+y

. Ty z = Y (1 .7 )

a

.TXZ

+

((.T

yz + y .az =

Z (1 .8 )

Figure : 1.4 Vecteur contrainte la surface du solide

On appe l an t X ,Y e t Z l e s com posan tes de l a fo rce ex t r i eu re F app l ique l ' un i t de su r face du co rps

et en ds ign ant par a , ( e t

y

l e s cos inus d i rec t eu rs de l a no rm ale l a face t t e de l ' l m en t appa r t enan t

la surface du so l ide

1.4. CERCLE DE MO HR

Po ur tu dier l ' ta t des cont r a in te s auto ur d ' un poin t (Pro po se pa r Chris tian Ot to Mohr en 1882),

on u t i l i se une rep rsen t a t i on a ppe l e d i ag r am m e d e M oh r qu i cons i s t e rep r sen t e r l e p l an du t ens eu r

con t ra in t e s dans des axes l i s l a face t t e

axe des absc i s se s ( a ) con f ond u avec l a no r m a le l a face t t e ,

axe des ordo nne s (OT) confondu av ec le support du compo sant tangentiel de la contrainte.


25/150

Le ce rc l e de M oh r o f f re un e rep rsen t a t i on g rap h iqu e e t exac t e de la re l a t i on en t re le s co n t ra in t e s

p r inc ipa l e s (a-I, a

2

, 03) e t l e s con t ra in t e s no rm ales e t c i sa i l l an t (a

n

, T) pou r t ous l e s p l ans dans l ' e space

Lorsque l a face t t e t ou rne au tou r de M, l ' ex t rm i t du vec t eu r con t ra in t re s t e s i t ue dans l e p l an

de M ohr , l ' i n t r i e u r de deux t r i ang les cu rv i l i gnes d l im i t s pa r t ro i s ce rc le s , ces d i am t res son t

(ai - a

2

), (o

2

- 03)

e t

( ai - a

3

).

L

r

- L i e u d e s

^maxi

T(M,n)

1

0

o

2

Figure : 1.5 Tri-cercle de Mohr

1.4.1. CERCLE DE MO HR A DEUX DIMEN TIONS

Gnra l em en t l e s p rob lm es de m can ique des so l son t t ra i t s deux d im ens ions so i t pa rce que

l es ouv rages cons id rs on t une gom t r i e cons t an t e dans l e s p l ans pe rpend icu l a i re s l a con t ra in t e

i n t e r m d i a i r e a

2

e t qu ' i l s son t su f f i sa m m en t l ong s ( t a lu s , rem b la i s , sem el l e s f i l an t e s , . . . ) ; ou so i t qu ' i l

e x i s t e u n e s y m t r i e d e r v o l u t i o n ( f o n d a t i o n c i r c u l a i r e , p i e u x , . . )

O n se p l ace dans un p l an p r iv i l g i pe rp end ic u l a i re l a con t ra in t e p r inc ip a l e i n t e rm d ia i re , ce

p l an d ' tu de con t i en t l a fo i s l e s con t ra in t e s p r inc ip a l e s m ax ( a

i

) e t m in (a

3

) , l a n o r m a l e

(Mri)

cons id re e t l e vec t eu r con t ra in t e

n

(M, n ) .

Le d i am t re de ce rc l e de M oh r e s t ( a

i

- a

3

) .

1.4.2. COM POSANTES DES CONTR AINTES EN 2D

P our un rep re de r f rence {M, xy} , l e t enseu r des con t ra in t e s c ' c r i t

/ ax rxy\

(

T x y

ay

)

l a n o r m a l e

Mn

l a face t t e cons id r e fa i t un ang le 9 ave c l ' axe

Mx

(a = cosO

.

t

/? = sinO

g

) " U x y a y

) (

s

j

n

9

)

T

( M

, n ) =

(

a

)

=

(

Figure : 1.6 Repre de rfrence


26/150

Si l 'on cr i t la premire condi t ion d 'qui l ibre (somme des forces es t nul le) , on aura l ' ta t de contra in te

sur le p lan inc l in de 0

On=

Ox

.

c o s

2

0+ O y

- X

+

a y

+

- x

-

a y

COS (- 20 )

+T

X

y

. cos ( - 20 +- ) (1 .9 )

T(M , n )

Tn=

- X - y

. sin ( -2 0 )

+T xy

. s in ( - 20 + | ) (1 .10 )

D o n c

L 'qua t ion de ce rc le de Mohr e s t :

Le Cen t re de coo rdo nnes ( (o

x

o

y

) / 2 ) ( 1 1 1 )

Le rayon R = V ( ( ax + a y ) / 2 ) )

2

+ r x y

2

(1 .12)

Les con t ra in te s p r inc ipa le s son t (o

x

= 03 ; o

y

= Oi)

O = ( (a x + a y ) / 2 ) )

2

+ V ( ( a x + a y ) / 2 ) )

2

+ r x y

2

(1 .13)

O3

= ( ( a x + a y ) / 2 ) )

2

- V ( ( a x + a y ) / 2 ) )

2

+ r x y

2

(1 .14)

Les d i rec t ions p r inc ipa le s

On = (Oi+ O3 /2 + ((Oi - O3)/2).cos20 (1.1 5)

T

n

= ((Oi - O3)/2).sin20 (1.1 6)

1.5. CRITERE DE MOH R-COULOMB

1.5.1. NOTION DE COUR BE INTRINSEQUE

En M can ique des So ls on u t i li s e l a no t ion de cou rbe in t r in sque due Caquo t . L a tho r ie e s t

appl ic able un ma tr ia u hom og n e e t iso trope . D an s le p lan de Mo hr (


27/150

La cou rbe i n t r i n sque e s t l ' enve loppe des ce rc l e s de Mohr pour l e sque l s dbu te l ' cou lem en t

du m a t r i au (ce rc l e s de Mohr de rup tu re ) . Lo rsqu 'un ce rc l e e s t t angen t l a cou rbe i n t r i n sque ,

l ' cou lem en t se p rodu i t pa r g l i s sem en t su ivan t l a d i rec t i on de l a face t t e qu i co r re spond au po in t de

contact ent re le cerc le e t la courbe.

P our l e s so l s , sa d t e rm ina t ion expr im en ta l e de l a cou rbe i n t r i n sque e s t re l a t i vem en t a i se .

1.5.2. CRITEREDE COULO MB

L'expr i ence m on t re que l a cou rbe i n t r i n sque d 'un so l e s t cons t i t ue pa r deux dem i -

d ro i t e s sym t r iques pa r rappor t l ' axe (O < ' ) appe l es d ro i t e s de Cou lom b .

S o l s pu lv ru l en t s : l e s dem i -d ro i t e s passen t pa r I ' o r i g ine des axes .

S o l s coh ren t s : l e s dem i -d ro i t e s ne passen t pas pa r l ' o r i g ine des axes do nc il ex i s t e un e r s i s t an ce au

c i sa i l l em en t sous con t ra in t e no rm ale nu l l e .

qua t ion des d ro i t e s :

P o ur l e s so l s pu lv r u l en t s : | r '

f

|

= < ' . t an


28/150

1.6. RESISTANCE A U CISAILLEMENT DES SOLS

Les ma t r iaux peu ven t gn ra lem en t sub i r une rup tu re due l a t r ac t ion , la comp ress ion , l e

c isa i l lement ou une combinaison de ces fac teurs . Les so ls e t les roches sont rupture cause de

cisa i l lement ; l 'e f for t de c isa i l lement de c isa i l lement correspondant au-del dont le so l rupture s 'appel le

la rs is tance au c isa i l lement du so l e t es t expr ime par l 'quat ion de Coulomb

T = c +

a

tan 9 ( 1 1 9 )

La rs is tance au c isa i l lement dpend de c e t de 9 qui sont fonct ion de p lus ieurs paramtres :

C : comp os i t ion du so l (m me s pa r t i cu le s, deux a r rangem en ts ) .

e : indic e des v ide s

' : contra in te effe c t iv e (con di t ion de dra inage) .

H : h is to ire des contra in tes

T : tem pra t ure .

8 : d fo rm a t ion

S : stru ctur e du sol.

a : d irec t ion des contra in tes pr inc ipales pou r ma tr iau x aniso trop e .

1.7. L INTERFACE SOL-STRUCTURE

1.7.1. DEFINITION

L'in terface so l-s t ruc ture es t df in ie comme la f ine zone de so l qui se forme entre la surface de la

s tructure e t le vo lum e du so l l 'en tou ran t ; ce conta c t perm et le t rans fer t du char gem ent de la s t ruc ture

vers le sol

1.7.2. ETUDE ENLABO RATOIRE DE L INTERFACE SOL-

STRUCTURE

La plupar t des d isposi t i fs d 'essa i d ' in terface de so l-s t ruc ture sont conus pour mesurer le

dplacement re la t i f en tre le so l e t les matr iaux s t ruc turaux sous les charges appl iques . Pour le but de

dter min er les carac t r is t iques d e so l (angle de f ro t te m ent in tern e de so l , la coh sion , la dro i te de

coulomb. e tc ) .

Pou r d te rmine r deux types d 'appa re i l s son t cou rammen t u t i l i s s :

l 'app are i l de c isa i l lem ent d irec t : u t i l is pou r les so ls

l 'app are i l t r iax ia l : u t i l is pou r les so ls f in (arg i le , l im on)

Le s essa is d ' in terface ont t ra l iss sur p lus ieurs types d ' in terfac es : so l-s t ruc ture , so l- roche ,

roche-roche e t so l-so l . On note qu 'une par t ie importante de ces essa is sont consacrs l ' in terface


29/150

so l -b ton l e s r su l t a t s de ces e ssa i s on t pe rm i s de d ivu lgue r l e s p r inc ipaux aspec t s fondam en taux du

c o m p o r t e m e n t d e s i n t e r f a c e s .

1.7.3. LA BOITE DE CISAILLEMENT DIRECT

Dans no t re tude nous nous i n t ressons su r l e sab l e e t l e b ton , l ' appa re i l u t i l i s e s t l a bo i t e de

c i sa i l l em e n t d i rec t cause de sa s im p l i c i t , fac i l i t d ' excu t ion des exp r i ence s e t de ses r su l t a t s

o b t e n u s

1.7.4. PRINC IPE DE L ESSAI

L' cha n t i l l o n de so l e t b to n tud i e r e s t p l ac en t re deux dem i -bo i t e s qu i peu ven t se dp l ace r

ho r i zon ta l em en t l ' un e pa r rappo r t l ' au t re , un p i s ton pe rm e t d ' exe rce r su r l e so l un e f fo r t no rm al N e t

su r l ' au t re dem i -bo i t e une v i t e sse cons t an t e pendan t t ou t e l a du re de l ' e s sa i .

Figure : 1.9 Principe de boite de cisaillement direct

L a f o r c e d e c i s a i l le m e n t T e s t m e s u r e l 'a i d e d ' u n a n n e a u d y n a m o m t r i q u e , U n c a p t e u r d e

dp lacem en t s pe rm e t de d t e rm ine r l e dp l acem en t re l a t i f des deux dem i -bo i t e s un second cap t eu r

ve r t i ca l , pe rm e t de m esu re r l a va r i a t i on d 'hau t eu r de l ' chan t i l l on ( t a ssem en t ou gonf l em en t ) .

On exe rce su r l e p l an de spa ra t i on des deux dem i -b o i t e s une con t ra in t e don t l e s co m p osa n tes

n o r m a l e s e t t a n g e n t i e l l e s o n t p o u r v a l e u r m o y e n n e

N T

< = - e t r = - A : la sect ion de l 'p ro uv et te .

A A ^

L'e ssa i cons i s t e fa i re c ro i t re T ju sq u ' l a rup tu re .


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1.7.5. LES RES ULT ATS D'ESSAIS DE LA BOIT E DE CISA ILLEM ENT

L a f i g u r e 1 . 1 0 : r e p r s e n t e L a c o u r b e d e c o n t r a i n t e s - d p l a c e m e n t s p o u r t r o i s c o n t r a i n t e s n o r m a l e s

d i f f r e n t e s

La f i gu r e1 .11 : rep r sen t e l a r sus t ance de c i sa i l l em en t pa r appor t au con t ra in t e s n o rm al

Figure : 1.11 Enveloppes typiques de rupture


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CHAPITRE2 : FONDATIONS


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2.1 Dfinition

On appe l l e fonda t ion l a base des ouv rages qu i se t rouve en con tac t d i rec t avec l e

t e r ra in d ' a s s i se e t don t la fonc t io n e s t de t ransm et t re ce de rn i e r l e po ids de l ' ouv rage , l e s

su rcha rges p rvues e t acc iden te l l e s auxque l l e s peu t t re soum is l ' ouv rage . Une fonda t ion e s t

donc des t i ne t ransm et t re au so l , dans l e s cond i t i ons l e s p lu s favo rab l es , l e s cha rges

p rov ena n t de l a supe rs t ruc tu re . P o ro s i t com press ib i l i t

2.2 Diffrents types des fondations

S u ivan t l ' im por t ance des cha rges e t l a r s i s t ance du t e r ra in on op t e pou r :

D es fon da t io ns supe r f i c i e l l e s , l o rsqu e l e s cou ches de t e r ra in son t capab les de

s u p p o r t e r l ' o u v r a g e s o n t u n e f a i b l e p r o f o n d e u r .

D es fon da t io ns p ro fond es , l o rsq ue l e s couc hes de t e r ra in capab les de

s u p p o r t e r l ' o u v r a g e s o n t u n e g r a n d e p r o f o n d e u r

2.2.1 Les fondations superficielles

Lorsque l e t e r ra in r s i s t an t se t rouve une fa ib l e p ro fondeur e t qu 'on peu t fac i l em en t

y accde r (nappe ph ra t ique absen t e ou raba t tue l ' i n fe r i eu r d 'Un

batardeau

pa r exem ple ) , l a

fonda t ion e s t t ab l i e d i rec t em en t su r l e so l p rox im i t de l a su r face . On ra l i se a lo rs , en

gnra l , un l a rg i s sem en t ou em pa t t em en t de l a base des m urs ou des p i l i e r s .

On appe l l e fon da t io ns supe r f i c i e l l e s t ou t es le s fon da t io ns don t l ' en cas t rem en t D dans l e so l

n ' e xc d e pas un e fo i s e t dem ie l a l a rgeu r B de l a sem el l e (ou l e p lu s pe t i t c t B) (D TR -B E

1.31).

P our un ouvrage , on pour ra op t e r pou r des fonda t ions supe r f i c i e l l e s s i l e s so l s son t a ssez

h o m o g n e s e t c o m p o r t e n t d e s c o u c h e s p o r t e u s e s a s s e z p r o c h e s d e l a s u r f a c e ; a u t r e m e n t , l e

cho ix se po r t e ra su r l e s fonda t ions sem i p ro fondes ou p ro fondes . P a rm i l e s fonda t ions

super f i c i e l l e s , on d i s t i ngue : (vo i r f i gu re 2 .1 )

a . Le s sem el l e s i so l es , de sec t i on ca r re , c i rcu l a i re ou rec t ang u la i re e t suppo r t an t des

cha rges ponc tue l l e s .

b . Le s sem el l e s f i l an t e s don t l a l ongu eur e s t t r s g rande pa r rappor t l a l a rgeu r e t

suppor t an t un m ur ou une pa ro i .

c . Le s rad i e rs ou da l lage , de g ran des d im ens io ns e t occu pan t l a t o t a l i t de l a su r fa ce de

l a s t ruc tu re , on t une pa i s seu r h d i c t e pa r l a descen te des cha rges e t l e ca l cu l b ton

arm.


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Figure : 2.1 Diffrents types de fondations superficielles

2.2.2 Les fondations profondes

2.2.2.1 Introduction

Souvent , les couches superf ic ie l les d 'un terrain sont compressibles , molles , peu

rsis tantes e t l ' amlio rat ion d e leur porta nce s 'avre diff ic i le voire imp oss ible ou trop cote use

alors que les couches sous-jacentes sont rsis tantes part ir d 'une certa ine profondeur. Si la

fonda t ion es t excu te d i rec tement su r ces couches de fa ib le rs i s tance , des ta ssements

incompatibles la s tabil i t de l 'ouvrage pourraient se produire . I l es t donc naturel , e t parfois

ncessa i re , de fonder l ' ouvrage su r ce subs t ra tum.

Les fonda t ions p ro fond es son t ce l les qu i pe rmet ten t de repor te r depu is la su r face les charges

ducs l ' ouvrage qu ' e l le s suppor ten t su r des couches s i tues jusq u ' une p ro fond eur va r ian t de

quelques mtres plusieurs dizaines de mtres . Lorsque le sol en surface n 'a pas une

rs is tance su f f i san te pour sup por te r ces charges par l 'in te rmdia i re de f onda t ions

superf ic ie l les (semelles ou radiers) .

2.2.2.2 Dfinition

Une fondation profonde est caractr ise par la manire dont le sol es t sol l ic i t pour

rsis ter aux charges appliques.

rsis tanc e en poin te

par fro t tem ent la tral

rsis tanc e en poin te e t f ro t tem ent la tral (cas coura nt)


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S es d im ens ions son t d f in i e s pa r :

D : Lo ng ueu r de fond a t ion en t e r re dans l e so l

B : l a rgeu r de l a fon da t io n ou d i am t re

A u - d e l d e

D/B > 6 ,

e t

D > 3 m.

N o u s s o m m e s d a n s l e d o m a i n e d e s f o n d a t i o n s

p ro fon des (D .T .R . B .C .2 .33 .2 )

Figure : 2.2 Le domaine de la fondation profonde

Un p i eu e s t une fonda t ion l ance qu i repo r t e l e s cha rges de l a s t ruc tu re su r des couches de

t e r ra in de ca rac t r i s t i ques m can iques su f f i san t es pou r v i t e r l a rup tu re du so l e t l im i t e r l e s

dp lacem en t s des va l eu rs t r s fa ib l e s . Le m o t p i eu ds igne auss i b i en l e s p i eux , l e s pu i t s e t

les barre t tes .

O n d s i g n e p a r p i e u , u n e f o n d a t i o n p r o f o n d e r a li s e m c a n i q u e m e n t e t p a r p u i t s u n e

fonda t ion p ro fonde c reuse l a m a in sous l a p ro t ec t i on d 'un b l i ndage . Une ba r re t t e e s t un

p ieu fo r de sec t i on a l l onge ou com pos i t e (en T ou en c ro ix pa r exem ple )

Les 3 pa r t i e s p r inc ipa l e s d 'un p i eu son t

L a

tte

L a

poin te

L e

f t

compris ent re la t te e t la poin te .

Modlisation Num rique D'un Pieu Isol Sous Charge Axiale


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La hauteur d'encastrement mcanique

D

e

e s t un pa ram t re conven t ionne l de ca l cu l des t i n

t en i r com pte du fa i t que l e s ca rac t r i s t i ques m can iques des so l s au -dessus de l a base du p i eu .

La longueur d ' anc rage h e s t l a l ongueur de pn t ra t i on du p i eu dans l e s couches de t e r ra in

rs i s t an t e s .

D ' u n p o i n t d e v u e m c a n i q u e o n d i s t in g u e l a l o n g u e u r D d u p i e u d e l a h a u t e u r d ' e n c a s t r e m e n t

m c a n i q u e D .

Ce t t e va l eu r de D t i en t com pte du fa i t qu e l e s ca rac t r i s t i qu es m c an iq ues de la cou che

d ' anc rage son t ne t t em en t sup r i eu res ce l l e s des so l s de couver tu re t rave rss pa r l e p i eu .

On cons id re qu 'un l m en t de fonda t ion e s t de t ype p ro fond lo rsque sa hau t eu r

d ' e n c a s t r e m e n t r e l a t if D

e

/B es t sup r i eu re 5 (F asc i cu l e 62 t i t re V)

Figure : 2.3

Dfinit ions de la hauteur d 'encastrement gomtrique D et mcanique D

e

2.2.2.3 Historiques:

Dans l ' poque m d iva l e , des p i eux de chne e t l ' au lne one t u t i l i s s dans l e s

f o n d a t i o n s d e s g r a n d s m o n a s t r e s d a n s l e f e n l a n d s . D ' E a s t a n g l ia . E n c h i n e , l ' e m p i l a g e d e

bo i s a t u t i l i s pa r l e s b t i s seu rs de pon t s de l a dynas t i e des han (2 00av an t JC l ' an 200 )

La capac i t de cha rge des p i eux de bo i s e s t l im i t e pa r l a c i rcon f rence du bo i s e t de l a

capac i t du m a t r i au r s i s t e r condu i re pa r l e m ar t eau , sans avo i r sub i r des dom m ages en

ra i son de sc i s s ion ou de f ragm en ta t i on . a in s i p r im i t i ve rg l es do iven t avo i r t t ab l i e s ds l e s

p rem ie rs j ou rs de l ' em p i l age pa r l aque l l e l a cha rge adm iss ib l e su r un t a s a t d t e rm ine


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par t i r de sa rs is tance la conduite par un marteau de conna t re le poids e t connu avec une

hauteur de chute .

De conna is sances a t accumule en ce qu i conce rne ga lemen t l a du rab i l i t des p ieux de

diffrentes espces de bois , e t les mesures pr ises pour prvenir la dgradat ion par la

carbonisa t ion du bois ou en maonner ie de construct ion des radeaux sur p i lo t is t tes coupes

au -dessous du n iveau de l ' e au

Bois , en ra ison de sa force combine la lgre t e t la fac i l i t de coupe e t de

manu ten t ion , r e s te l e seu l ma t r iau u t i l i s pou r l ' emp i lage ju squ ' r e la t ivemen t

rcemm en t . I l a t r emp lac pa r l e b ton e t l ' a c ie r s eu lem en t pa rce que ces n ouve aux

matr iaux pourra ient t re fabr iqus dans les uni ts qui ont t capable de soutenir la

comp ress ion , f l ex ion e t t r ac t ion .

B ton ,

en par t icu l ier , es t adaptable aux in-s i tu des modes de construct ion qui fac i l i t

l ' ins ta l la t ion de bases entasss dans des t rous percs dans les s i tua t ions ou le bru i t , les

v ibra t ions e t le haut-so l a d tre v i t .

B t o n a r m , qui a t labor comme un moyen s truc ture l la f in du XIXe e t du

dbu t du XXe s ic le , l a rgemen t r emplac l e bo i s de g rande capac i t pou r l e s t r avaux

de bat tage sur la te rre . I l pourra i t t re prfabr iqu dans d iverses formes s t ruc ture l les de

faon convenir aux imposes du chargement e t de condi t ions de terra in , e t sa

durabi l i t a t sa t is fa isante pour la p lupar t des so ls e t des condi t ions d ' immers ion . Le

pa r t i e l r emp lacemen t des condu i t s en b ton pa r des p ieux de nombreuses fo rmes de

cou l in si tu des p ieux a t dus davan tage l ' l abo ra t ion de ma ch ines hau tem en t

e f f icac e pou r l e fo rage des t rous de fo rage .

L ' a c i e r : a t u t i l is dans une mes ure cro iss ante , pou r l 'em pil ag e en ra ison de sa

fac i l i t de fabr ica t ion e t de manutent ion e t de sa capaci t rs is ter d if f ic i le de condi t ions .

Les Prob lmes de co r ros ion des s t ruc tu re s mar i t imes on t t su rmon ts pa r l ' in t roduc t ion de

rev temen t du rab le (p ro tec t ion ca thod ique ) .

La techn ique des mic rop ieu x a t dve lop pe en 1952 pa r l ' en t rep r ise Fonded i le sous l a

d irec t ion technique de F. Lizz i (1982a) . Ces premiers p ieux de pet i ts d iamtres (B = 100 mm)

ta ient fors e t sce l ls au terra in par un mort ier ( f ig2 .3) . I ls ont t in i t ia lement u t i l iss en

I ta l ie pour les t ravaux de repr ise en sous-oeuvre de bt iments anciens e t ta ient connus sous

l 'appel la t ion de 'p ieux rac ines ' (ou "pal i rad ice") .

L 'essor de ce t te technique dans les annes 50 en I ta l ie rsul te du besoin de la res taura t ion des

b t imen ts h i s to r iques endommags pa r l a deux ime gue r re mond ia le . Les mic rop ieux


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prsentent a ins i une so lu t ion technique s imple e t avantageuse pour les t ravaux de repr ise en

sous -uvre :

La lg re t e t l e f a ib le enco mb rem en t des ma t r ie l s u t i l is s s ' adap ten t b ien aux cond i t ions

d ' in tervent ion . En outre , leur mise en p lace n 'en tra ne que de fa ib les e t minimales

per turbat ions l 'qui l ibre de la s t ruc ture , du so l e t de l 'environnement .

Le dve loppemen t de ce sys tme de fonda t ions p ro fondes dcou le de l a d ive r s i t de se s

appl ica t ions e t de ses mult ip les avantages . En effe t , la f in des annes 50 , la pra t ique des

micropieux s ' tend la s tab i l isa t ion des pentes , aux renforcements des so ls e t la pro tec t ion

des ouvrages souterra ins . Les micropieux y sont u t i l iss en rseaux enchevtrs ("rseaux de

pal i rad ice") . Au n iveau technique , on observe l 'appar i t ion des micropieux in jec ts sous for te

press ion qui ont permis d 'obtenir des por tances p lus leves (Lizz i , 1982b) .

L 'en t rep r i se Fonded i le in t rodu i t l a t echn ique du p ieu rac ine en Grande Bre tagne en 1962 pou r

la res taura t ion des b t iments anciens . En 1965, des micropieux s imila ires aux 'p ieux rac ines '

sont u t i l iss en Allemagne pour la ra l isa t ion des ouvrages souterra ins en mil ieu urbain . Les

pieux rac ines sont galement u t i l iss lors de l 'excut ion des t ravaux du mtro de Milan en

Italie.

Les en t rep reneu rs eu ropens commencen t dve loppe r l eu r s p rop res t echn iques au dbu t des

annes 60 . Leurs f i l ia les mondia les par t ic ipent , par la su i te , l 'exporta t ion de la technique

vers les au tres cont inents .

En France , l a p ra t ique des sys tmes de fonda t ions pa r mic rop ieux conce rne p lu s ieu r s

domaines d 'appl ica t ion . Si l 'usage de ce t te technique es t moins rpandu en France qu 'en I ta l ie ,

les recherches menes en France , quant e l les , ont donn un lan la matr ise de ce t te

techn iqu e su r une che l le in te rna t iona le. D s l e dbu t des annes so ixan te , l e d ve lop pem en t

de la mise en p lace des mic rop ieux s ' in sp i re de l a m thode d ' in jec t ion s lec t ive du cou l is des

t i r an t s d 'anc rages . Ce t te nouve l le m thode d ' in jec t ion de cou l i s acqu ie r t aux mic rop ieux une

portance p lus importante e t une meil leure adapta t ion aux contra in tes du so l .

Ce n 'es t qu 'en 1973 que l 'en trepr ise Fondedi le in trodui t , en Amrique du Nord , le p ieu rac ine

pour l 'excut ion de t ravaux de repr ise en sous-oeuvre dans les v i l les de Boston e t New York .

Le premier rseau de 'p ieux rac ines ' es t ra l is aux Eta ts-Unis en 1975 pour la s tab i l isa t ion de

la fondat ion d 'une p i le d 'un pont sur l 'au toroute 55 au Missour i . L 'expansion de l 'appl ica t ion

de ce t te technique aux Eta ts-Unis dbute vers le mil ieu des annes 80 .


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2.2.2.4 P rincipes de fonctionnement

2.2.2.4.1 Cas d un pieu isol

Un pieu transmet au sol les charges qu ' i l supporte :

par l ' ap pu i de sa base sur le sol rsis tant (effo rt de poin te not Q p)

par le frot tem ent la tral entre le sol e t le pieu (effo rt de frot tem ent la tral not Q s)

L ' e f fo r t de po in te es t p ropor t ionne l :

sect ion de la base du pieu

la rsis tanc e du substra tum

L 'e f fo r t de f ro t tem ent la t ra l e s t p ropor t ionne l :

la surfa ce de contac t entre le pieu et le sol

au coe ff ic i ent de fro t tem ent pieu-sol (rugosit du pieu, pressio n la trale , angle de

f ro t tem ent in te rne du so l )

Le frot tement la tral du pieu n 'es t mobil isable que s ' i l y a dplacement re la t if entre le pieu et

le sol.

Si le pieu a tendance s ' enfoncer dans un sol s table , le frot tement sol-pieu gnre un effort

ve r t ical a scendan t ( f ro t tem ent pos i t if ) .

Si au contraire , le pieu tant immobile , le sol tendance tasser , le frot tement sol-pieu est

nga t i f . Ce la a pour con squen ce de su rch arger le p ieu

Figure : 2.4 Frottement ngatif et le frottement positif


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2.2.2.4.2 Cas de groupes de pieux :

D 'un e par t , lo rsque les p ieux son t su f f i sam me nt rapprochs , i l ne su f f i t pas de

vrif ier la rsis tance d 'un pieu isol . En effet , i l arr ive que la charge l imite d 'un groupe de

pieux Qgu soit infr ieure la somme des charges l imites de chaque pieu isol Qui.

Le co ef f ic ien t d ' e f f icac i t du g rou pe de p ieu se d f in i t com m e su i t :

C

e

= Q - (2 .1 )

e

ZQ

m

v 7

D'au t re pa r t l a d i f fus ion des con t ra in tes en p rofondeur sous un g roupe de p ieux es t d i f f ren te

de cel le sous un pieu isol . I l se produit un effet radier .

Ce la a pour consquence de t ransmet t re le s con t ra in tes en p rofondeur b ien au-de l de ce l les

gnres par un pieu isol .

Q

Kulhr(lerpartition

des conlrafnlcs

C o u c h e c o m p r e s s i b l e

Pieu isol

La zone compressible n 'estpas

influence par le pieu

Q Q Q Q Q Q

1 li li il 1 1

G roupem ent de p i eux

La zone comp ressible est influence par

l'effet radier du groupe de pieux

Figure : 2.5 Bulbe de rpartition des contraintes


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Figure : 2.6 Profils mtalliques battus

Pieu en bton fonc

Ces p ieux son t cons t i tus d ' lments cy l indr iques en b ton a rm , p r fabr iqus ou cof f rs

l ' avanc em ent , p lus de 3 m de longueur e t de 30 60 cm de d iamtre . Les lments son t

foncs dans le sol l ' a ide d 'un vrin qui prend appui sous un massif de ract ion.

Pieu en mtal fonc

Ces pieux, entirement mtal l iques, sont const i tus d 'acier E 24-2 ou s imilaire avec addit ion

ventuelle de cuivre (0 ,2 0 ,5 %). I ls sont foncs dans le sol l ' a ide d 'un vrin qui prend

appui sous un massif de ract ion.

Pieu battu pilonn

Un tube , muni sa base d ' un bouchon de b ton fe rme , es t en fonc par ba t tage su r le bouchon .

En phase f inale , le bton ferme est in troduit dans le tube par pet i tes quanti ts , successivement

p i lonnes l ' a ide du mou ton de ba t tage au fu r e t me sure de l ' ex t rac t ion du tube . Su ivan t le s

cas , les pieux peuvent tre arms.

Pieu battu moul

Un tube , muni sa base d ' une po in te mta l l ique ou en b ton a rm , ou d ' une p laque

mta l l ique ra id ie ou d ' un bouchon de b ton , e s t en fonc par ba t tage su r un casque p lac en

tte du tube ou par bat tage sur le bouchon de bton. Le tube est ensuite rempli to talement de

b ton d ' ouvrab i l i t moyenne , avan t son ex t rac t ion . Le cas chan t , ces p ieux peuven t t re

arms.


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Pieu viss moul

Ce p rocd , qu i ne s ' app l ique pas aux so l s sab l eux sans cohs ion s i t us sous l a nappe en

ra i son des bou lem en t s im por t an t s qu ' i l r i sque ra i t de p rovoquer , cons i s t e fa i re pn t re r dans

l e so l , pa r ro t a t i on e t fonage , un ou t i l en fo rm e de doub le v i s su rm on t d 'une co lonne

canne l e . Ce t ou t i l e s t pe rc dans l ' axe de l a co lonne canne l e e t m un i d 'un bouchon . Au

som m et de l a co lonne e s t d i spos un rc ip i en t rem pl i de b ton . L ' ex t rac t i on de l ' ou t i l e s t

ob t enue en t ou rnan t dans l e sens i nve rse de ce lu i de l a pn t ra t i on . Le b ton p rend en con t inu ,

sous l ' e f f e t de l a g rav i t , la p l ace l a i s se pa r l ' ou t i l .

2.2.2.5.2 Pieux ne refoulant pas le sol la mise en place

Pieu for simple (e t ba r re t t e excu te dans l e s m m es cond i t i ons )

Mis en uvre pa r t i r d 'un fo rage excu t dans l e so l pa r des m oyens m can iques t e l s que

t a r i re , benne , e t c . Ce p rocd , qu i n 'u t i l i se pas l e sou t nem en t de pa ro i s , ne s ' app l ique que

dans l e s so l s su f f i sam m en t coh ren t s e t s i t us au -dessus des nappes ph ra t iques .

Pieu for la boue et barrette

Mis en uvre pa r t i r d 'un fo rage excu t dans l e so l pa r des m oyens m can iques t e l s que

t a r i re , benne , e t c . , sous p ro t ec t i on d 'une boue de fo rage . Le fo rage e s t rem pl i de b ton de

g rande ouvrab i l i t sous l a boue , en u t i l i san t une co lonne de b tonnage ( f i gu re 2 .8 ) .

Figure : 2.8 Pieu for la boue

Modlisation Numri

Figure : 2.8 Pieu for la boue


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Les fo rm es de sec t ion des d i f f re n ts types de bar re t tes excu tes dans ces cond i t ions son t

donnes la f igure 2 .9

Pieu for tub

Mis en uvre pa r t i r d ' un fo rage excu t dans le so l pa r des moyens mcan iques te l s que

tar ire , benne, e tc . , sous protect ion d 'un tubage dont la base est toujours s i tue au-dessous du

fond de fo rage . Le tubage peu t t re enfonc ju sq u ' la p ro fonde ur f ina le pa r v ib ra t ion , ou

fonc avec louvo iem ent au fu r e t me sure de l ' avanc em ent du fo rage . Le fo rag e es t rempl i

par t ie l lement ou to ta lem ent d ' un b ton de g rande ouvrab i l i t , pu is le tubage es t ex t ra i t sans

que le pied du tubage puisse se trouver moins de 1 m sous le niveau du bton, sauf au

niveau de la cote d 'arase (f igure 2 .10) .

Figure : 2.10 Pieu for tub


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Puits

Fonda t ions c reuses la main . Les moyens de fo rage employs ex igen t la p rsence d ' hommes

au fond du fo rage . Les paro is du fo ra ge son t sou tenues par un b l indage .

Pieu tarire creuse

M is en uv re avec une ta r i re axe c reux , d ' u ne lon gueur to ta le au moin s ga le la

profondeur des pieux excuter , v isse dans le sol sans extract ion notable de terrain . La

tar ire est extrai te du sol sans tourner pendant que, s imultanment, du bton est in ject dans

l ' axe creux de la tar ire , prenant la place du sol extrai t .

On dis t ingue trois types de matrie l :

Ty pe 1

: l a ta r i re c reuse con t inue sans enreg is t rem ent spc i f ique des pa ram tres de

forag e e t de b tonnag e ;

Ty pe 2

: l a ta r i re c reuse con t inue avec enreg is t remen t spc i f ique des pa ram tres de

forag e et de b ton nage (p ro fonde ur , p ress ion du b ton , quan t i t de b ton) ;

Typ e 3 : l a ta r i re de type 2 qu ipe d ' un tub e de b tonnag e t lescop ique r t rac t

pendan t la pe r fo ra t ion e t p longean t dans le b ton pendan t l ' opra t ion de b tonnage

(exem ple : p ieu S tarso lJ, f i g u re 2 .11)

Figure : 2.11 Pieu Star sol de Soltanche


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Micropieux

La techn ique d 'u t i l i s a t ion des mic rop ieux p rennen t de p lu s en p lu s d ' impor tance dans l a

go techn ique con tempora ine , pou r l e s p rob lmes le s p lu s va r i s . On d i s t ingue , do rnavan t ,

qua t re types de mic ro p ieux :

Ty pe I : c ' e s t un p ieu fo r tub , de d iam t re in f r ieu r 250 m m. L e fo rag e e st qu ip

ou non d 'a rma tu res e t r emp l i d 'un mor t ie r de c imen t au moyen d 'un tube p longeu r .

Le tubage es t rcupr en l 'ob turant en t te e t en le mettant sous press ion au-dessus

du mort ier . Ces micropieux ne sont pas u t i l iss pour les ouvrages de gnie c iv i l ;

Ty pe I I : c 'e s t un p ieu for , de d iam tre infr ie ur 250 m m . Le fora ge es t quip

d 'une armature e t rempli d 'un coul is ou de mort ier de sce l lement par gravi t ou sous

une t r s f a ib le p re s s ion au moyen d 'un tube p longeu r . Lo rsque la na tu re du so l l e

permet , le forage peut t re remplac par le lanage , le ba t tage ou le fonage ;

Ty pe I I I : c 'e s t un p ieu for , de d iamt re infr ie ur 250 m m . Le forag e es t qu ip

d 'a rma tu res e t d 'un sys tme d ' in jec t ion qu i e s t un tube manche t te s mis en p lace

dans un coul is de gaine . Si l 'a rmature es t un tube mta l l ique , ce tube peut t re quip

de manche t te s e t t en i r l i eu de sys tm e d ' in jec t ion . L ' in jec t i on e s t f a i t e en t te une

press ion sup r ieure ou gale 1 M Pa . El le es t g lob ale e t uni ta ire . Lo rsq ue la na ture

du so l le permet , le forage peut t re remplac par le lanage , le ba t tage ou le fonage ;

Ty pe IV : c ' e s t un p ieu fo r de d iam t re in f r ieu r 250 m m. Le fo ra ge e s t qu ip

d 'a rma tu res e t d 'un sys tme d ' in jec t ion qu i e s t un tube manche t te s mis en p lace

dans un coul is de gaine . Si l 'a rmature es t un tube mta l l ique , ce tube peut t re quip

de manche t te s e t t en i r l i eu de sys tme d ' in jec t ion . On p rocde l ' in jec t ion

l 'ob tu ra teu r s imp le ou doub le d 'un cou l i s ou mor t ie r de sce l lemen t une p re s s ion

d ' in jec t ion sup r ieu re ou ga le 1 M Pa . L ' in je c t io n e s t rp t i t ive e t s lec tive .

Lorsque la na ture du so l le permet , le forage peut t re remplac par le lanage , le

ba t tage ou le fonage

Pieu inject, sous haute pression, de gros diamtre

Ce type de p ieu , par opposi t ion aux micropieux de type I I I e t IV, regroupe les p ieux de for ts

d iam t re s , sup r ieu r s 250 mm. Le fo rage e s t qu ip d 'a rma tu res e t d 'un sys tme d ' in jec t ion

cons t i tu pa r un ou p lu s ieu r s tubes manch e t te s . Lo rs que l ' a rm a tu r e e s t un tube m ta l l ique ,

ce tube peut fa ire off ice de tube manchet tes . Dans cer ta ins cas , le tube mta l l ique peut t re

qu ip d 'une success ion de c lape t s spc iaux indpendan ts ou de rampes spc ia le s qu i

pe rme t ten t l ' i n jec t ion . L 'a rma tu re peu t t r e ga lemen t cons t i tue pa r des p ro f i l s (H ou


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caissons de palp lanches) . Le sce l lement au terra in es t e ffec tu par in jec t ion s lec t ive sous

hau te p re s s ion d 'un cou l i s ou d 'un mor t ie r pa r t i r d 'un ob tu ra teu r s imp le ou doub le .

2.2.2.5.3 Pieux particuliers

I l s 'ag i t des p ieux mta l l iques (H, tubes , pa lp ieux) tudis au paragraphe 2 .2 .5 .1

(Figure 2 .6) , mais qui sont ba t tus sans obtura t ion de la base . Leur sec t ion re l le en poin te es t

fa ib le par rapport l 'encombrement ex tr ieur du p ieu . Pour le ca lcul de la force por tante , i ls

f e ron t l 'ob je t de r ecommanda t ions pa r t i cu l i re s .

2.2.2.6 Classification des pieux selon Terzaghi

La c la s s i f i ca t ion des p ieux fa i t e pa r Te rzagh i r epose su r l eu r mode de fonc t ionnemen t . A ins i ,

on d is t ingue:

Pieux flottants dans un sol gros grains, trs perm able.

Lo rs du bat tage , le p ieu refo ule e t com pact e le te rra in . Au vo is ina ge du p ieu , la poro si t e t la

com press ib i l i t du so l sont rdui tes , de ce fa i t , le f ro t tem ent la tra l sur le p ieu es t augm ent .

Ces p ieux t ransmettent d 'a i l leurs la p lus grande par t ie des charges par l ' In termdia ire du

fro t tement la tra l , d 'o l 'appel la t ion p ieux f lo t tan ts .

Pieux flottants dans un sol grains fins de faible perm abilit

Ces p ieux se compor ten t de man i re iden t ique aux p ieux p rcden ts , ma is ne compac ten t pas

le so l de faon apprciable .

Pieux chargs en pointe.

I l s r epo r ten t p ra t ique men t tou te s l e s cha rges su r une c ouche r s i s tan te s i tue une p ro fo ndeu r

impor tan te au -dessous de l a cons t ruc t ion .

Remarque:

Les so ls sont , dans la pra t ique , t rs h trognes . Aussi , le ca lcul des fondat ions sur p ieux

imp l ique - t - i l ob l iga to i remen t des s im p l i f i ca t ions rad ica le s . Les f ine sses tho r iques t e l l e s que

cel les qui concern ent le ca lcul de la rs is tance la ruptu re des group es de p ieux au mo ye n d e

la thor ie de l ' las t ic i t sont i l lusoires e t peuvent tre ngl iges .


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CHAP ITRE 3 : CALCU L DE LA CAPACITE

PORTANTE D UN PIEU


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3.1 Gnralits

Les fonda t ions p ro fondes , p ieux , mic rop ieux e t ba re t t e s , p r sen ten t des avan tages impor tan t s

pour la construct ion en gnie c iv i l . I ls permettent de prof i te r des couches rs is tan tes , sur les

s i te s p r sen tan t des ca rac t r i s t iques mc an ique s in su f f i san te s , pou r l a r ep r i se des e f fo r t s

t r ansm is pa r l e s ouv rages . C es e f fo r t s sont r ep r i s pa r l a fonda t io n sous fo rm e de f ro t t eme n t

la tra l mobil is le long du f t e t de rs is tance en poin te . Malgr les avances importantes

ra l i ses dans l e domaine , l e d imens ionnemen t des fonda t ions p ro fondes re s te un p rob lme

d i f f i c i l e , l i des mcan ismes de compor temen t complexes e t enco re a s sez ma l connus . C 'e s t

pour ce t te ra ison que le d imensionnement des p ieux res te encore souvent l i l 'u t i l isa t ion de

m thodes de ca lcu l r eposan t su r l ' exp r ience (e s sa i s de cha rgemen t s ta t ique , e s sa i s

pn t rom t r iques e t p re s s iom t r iques ) ou su r des m thodes empi r iques .

3.2 Aperu sur les param tres influenant la capacit portante

d une fondation profonde

La capaci t por tante s 'cr i t dans le cas des p ieux qui t ravai l len t en compress ion :

Q

l

= Q

p

+ Q

f

- W et dans le cas des p ieux qui t ravai l len t en arrachement Q

l

= Q

f

+ W(W tan t l e

poid s du p ieu) . L a mo bil isa t ion des cha rges to t a le Ql , de f ro t tem ent Qf e t en poin te Qp en

fonct ion du tassement des p ieux es t donne sur la f igure 3 .2 o le poids du p ieu es t ngl ig .

Dans la su i te , on considre le f ro t tement posi t i f lorsque la contra in te de c isa i l lement es t

d i r ige ve r s l e hau t ( f igu re 3 .1 ) On s ' in t re s se i c i aux pa ram t re s in f luen an t l e f ro t t emen t

axial Q

f

et la rs is tance en poin te Qp. Plus par t icu l irement , on d iscute de l 'e f fe t de la densi t

du massif , de la rugo si t du p ieu e t de l 'e f fe t du tem ps en termes de f lua ge e t v i tess e de

chargement sur la mobil isa t ion du f ro t tement ax ia l e t la rs is tance en poin te au cours du

cha rgemen t du p ieu .


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Figure : 3.1

Capacit portante d'un pieu en compression

Charge Q

Tassement

de la tte

du pieu

i

vcv i

Y V ^ S w

i

\ i \

1 \

V

\

i \

l '

:

(Q conventionnelle

\ i1 i

lors des essais

1

i

1 i

1 i

11

11

li

|i

(i

pourw >0,1 D)

i

Q

s

1

.

Q

P .

,

Figure : 3.2

Mobilisation des charges d'un pieu

3.2.1 Densit du massif

La p lupa r t des au t eu rs on t va lu l ' i n f luence de l a dens i t i n i t i a l e du sab l e pa r l ' vo lu t ion du

coef f i c i en t de pousse des t e r re s K e t donc des con t ra in t e s no rm ales l ' i n t e r face . Le t ab l eau

su ivan t r sum e l a va l eu r de K en fonc t ion de l a dens i t . no te r que pa r fo i s ce r t a in s au t eu rs

donnen t l ' e f fe t com bin en t re l a dens i t du sab l e , l e m ode d ' i n s t a l l a t i on e t l a rugos i t du p i eu .

Type de pieu

K (Sable lche)

K(Sablc dense)

Pieu en acier

0,5 1

FOND (l 972)

Pieu bton aigueux

1 2

Pieu bton lisse 0,5 1

Pieu bois conique

1,5 4

Pue che t al. (1979) Type de pieu

K (D

r

=20%)

K (D

r

=70%)

Pieu mod le moul 1,5 3,8

Type de pieu

K (D

r

70%)

Eissautier (1986) Pieu battu 2 3 3 5

Pieu fo r

0,75 1,5

1 2

Tableau : 3.1 Influence de la densit du massif sur le coefficient de pression des terres


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3.2.2 tat de surface des inclusions

L' ta t de rugos i t du p ieu a un e f f e t non ng l igeab le su r l e compor te me n t en f ro t t em en t . U ne

surface du p ieu p lus rugueuse (s t r ie) conduit en une courbe de c isa i l lement avec p ic ,

supr ieure la courbe correspondante avec une surface l isse (Schlosser e t Guil loux 1981)

(Fig : 3.3).

3.2.3 Effet du temps

Ja rd ine e t a l . (2006) on t mon t r des augm en ta t ions r emarq uab le s dans l e s capac i t s

por tantes des p ieux dans les mois qui su ivent l ' ins ta l la t ion . Les rsul ta ts obtenus dans les

sab le s de Dunkerque mon t ren t une augmen ta t ion de l a capac i t en t re 70% e t 90% su r 6 mo is .

La rs is tance en poin te n 'volue pas , mais le f ro t tement ax ia l es t t rs inf luenc . Par a i l leurs ,

l ' in f luence de l a v i t e s se de cha rgemen t e s t ga lemen t un pa ram t re p rend re en compte qu i

peu t avo i r un e f fe t non ng l ige ab le su r l e compo r teme n t de l ' in te r fac e so l -p ieu . En ce qu i

concerne la rs is tance en poin te , l ' in f luence n 'es t pas considrable (Dayal e t Allen 1975 ;

Ju ran e t Tum ay 1989 ; D e Ge nna ro 1999). Pa r con t re , l ' i n f l uen ce de l a v i t e s se de c i sa i l l emen t

va r ie se lon le type de l ' e s sa i . Pa r exemple , D e Genna ro (1999) , a mon t r qu 'en cham bre

d ' ta lo nnag e e t l 'A C SA , une m u l t ip l i ca t ion de l a v i t e s se de c i sa i l lemen t p a r 10 rdu i t l a

va leu r de l a con t ra in te max ima le de c i sa i l l emen t de 20%. Les obse rva t ions exp r imen ta le s de


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Hungr e t Morgenstern (1984a e t 1984b) ne conf irment pas ce fa i t . Dans la l i t t ra ture , ce

problme es t lo in d ' t re c lar i f i .

3.3 Form ules de battage.

3.3.1 Gnralits

De trs nombreux types de p ieux sont enfoncs dans le so l par ba t tage l 'a ide d 'un mouton e t

d 'une sonne t te . Souven t , on d te rmine l ' en foncemen t moyen du p ieu , mesu r so i t , sous un

coup, so i t , de prfrence sous une vole de 10 ou 20 coups de mouton. La prc is ion de la

mesu re de l ' en foncemen t e s t beaucoup p lus g rande dans l e s deux de rn ie r s ca s . Ce t

en foncemen t moyen e s t souven t appe l r e fus .

L 'ob ten t ion d 'un ce r ta in r e fus e s t gn ra lemen t une cond i t ion ncessa i re ma te non

suff isante pour arr ter le ba t tage . I l a r r ive , en effe t , que des p ieux pour lesquels le refus n 'a

pas t a t te in t so ient en mesure de por ter des charges importantes , mais inversement , i l a r r ive

ga lem en t que l ' app l ica t ion de la cha rge r su l tan t des fo rmu le s de ba t tage au re fu s mesu re

soi t r isque .

Lors que le ba t tage s ' e f fec tue dans un mi l ieu coh ren t imm erg , i l e s t ncessa i re de

procder des essa is de chargement in s i tu af in de vr if ie r les charges por tantes ddui tes des

fo rmules de ba t tage .

L'u t i l isa t ion des formules de bat tage es t su je t te des cr i t iques , mais on cont inue de l 'u t i l iser

en ra ison de leur emploi re la t ivement s imple . Les rsul ta ts dcoulant de leur u t i l isa t ion . ont

fa i t l 'ob je t d ' tudes sys tmatiques e t on peut t re assur , pour cer ta ines de ces formules ,

d 'obtenir des rsul ta ts qui concordent de manire sa t is fa isante avec les rsul ta ts des essa is de

cha rgemen t .

3.3.2 Form ule des Hollandais.

Q: charge por tante admiss ib le du p ieu en N ;

H : haute ur de chute du mou ton en m ;

M : ma sse du mo u ton en kg ;

P : m asse du p ieu en kg ;

e : en foncemen t pe rmanen t ou re fus moyen en m ;

g : acclra t ion de la pesa nteu r en m/ s ;

F : coeff ic ient de scur i t , en gnra l pr is gal 6 .

Q =

1 MXH

xg

(3.1)


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La fo rmu le des Ho l la nda i s donne su ivan t l e s ca s , une scu r i t excess ive ou in su f f i san te e t

pour ce t te ra ison , ne doi t t re u t i l ise qu 'avec une extrme prudence

3.3.3 Formule de Crandall.

Crandal l propose la formule su ivante pour le ca lcul de la force por tante d 'un p ieu:

_ 1 MXH

Q = - X

n

X q

(3.2)

v

F ( e + | ) x ( M x P )

a y

'

Q: charge por tante admiss ib le du p ieu en N ;

H : haute ur de chute du mou ton en m ;

M : ma sse du mo u ton en kg ;

P : m asse du p ieu en kg ;

e : en foncemen t pe rmanen t ou re fus moyen en m ;

e1

:

r ep rsen te l e r accou rc i s semen t la s t ique du p ieu exp r im en m

g : acclra t ion de la pesa nteu r en m/s

2

;

F : coeff ic ient de scur i t , i l es t recommand d 'u t i l iser un coeff ic ient de scur i t F gal 3

3.4 Dtermination de la charge portante par les formules statiques

On a vu p lus haut que la charge por tante Q

l

d 'un p ieu se dcomposai t en deux termes :

la for ce l imite de poin te en core a ppel e le te r m e de poin te Qp e t le f ro t tem ent la t

Mémoire de fin d'étude de Mastère

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