Formation prise de poste en géotechnique Module Mécanique ......Contexte Types Comportement Justifications Exécution Calcul de méthode pressiométrique paramètre adimensionnel

FondationsFondations profondes

Lionel Fix

Cerema –Ile de France

ENPC 2019

Contexte Types Comportement Justifications Exécution

Plan de la présentation

• Contexte normatif

• Types de fondations profondes

• Comportement

• Justifications

• Exécution

2





• Comportement

• Justifications

• Exécution

3


Contexte normatif

4

JustificationAvant

Niveau national : Fascicule 62-V (GC) ; DTU 13 2 (Bâtiment)

MaintenantNiveau européen : NF EN 1997-1 (2008)Niveau national : NF P 94-262 (2012) (GC + Bâtiment)

Exécution

AvantNiveau national : Fascicule 68 (GC) ; DTU 13 2 (Bâtiment)

MaintenantNiveau européen : NF EN 1536 (forés); NF EN 14199 (μpieux); …Niveau national : Révision du Fascicule 68 (GC + Bâtiment)





• Comportement

• Justifications

• Exécution

5


Fondations profondes - Classes

6

9 classes de pieux (Annexe A.1)

• Pieux forés (Classe 1) sans refoulement

• Pieux forés tarière creuse (Classe 2) sans refoulement

• Pieux vissés (Classe 3) avec refoulement

• Pieux battus fermés (Classe 4) avec refoulement

• Pieux battus acier ouvert (Classe 5) avec refoulement

• Profilés H battus (Classe 6) avec refoulement

• Palplanches battues (Classe 7) avec refoulement

• Micropieux (Classe 1bis et 8) sans refoulement


Fondations profondes - Catégories

7

20 catégories de pieux (Annexe A.1) – 1/2


20 catégories de pieux (Annexe A.1) – 2/2

Fondations profondes - Catégories

8


Pieux forés simple [Classe : 1 ; Cat : 1] - Outils

9

Réalisation des pieux forés simple :


Pieux forés boue [Classe : 1 ; Cat : 2] - Réalisation

10



11

Illustration d’une foreuse – foré simple

Bucket pour curage



12

carottiertarière trépan

Outils de forage

adapter les outils au passage des différents horizons …


Pieux forés boue [Classe : 1 ; Cat : 2] - Outils

13

boue de forage

Outils de forage


Pieux forés tubés [Classe : 1 ; Cat : 3/4] - Réalisation

14


Pieux forés tubés [Classe : 1 ; Cat : 3/4] - Outils

15

tube

louvoyeur

Outils de tubage


Pieux forés [Classe : 1] - Synthèse

16

Avantages• Adaptabilité aux conditions de terrain (sols durs / sols mous)• Diamètre de 20 cm à plus de 2 m : optimisation du béton• Possibilité d’atteindre de grandes profondeurs (>50 m)

Inconvénients• Matériel et personnel très spécialisé• Qualité et contrôle de la boue de forage• Evacuation et mise en décharge des déblais• Très sensible aux erreurs d’exécution• Cadences faibles


Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Réalisation

17


Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Outils

18

tarière creuse

Outils de forage


Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Synthèse

19

Spécificité :• Puissance des tarières modernes 15 à 35 t.m• Technique très répandue

Avantages• Productivité• Absence de boue• Adaptée à une large gamme de terrains• Cadences plus élevées que foré simple

Inconvénients• Limité en terrains résistants• Installation de la cage d’armatures (longueur limitée)• Formule de béton spécifique et maîtrisée• Obligation d’enregistrer les paramètres de forage pour pieux OA


Pieux battus fermés [Classe : 4] - Réalisation

20


Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Outils

21

marteau

diesel

marteau

hydraulique

marteau

chute libre

Outils de battage


Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Outils

22

Outils de vibrofonçage

Vibreur


Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Synthèse

23

Spécificité• Nécessité d’une énergie importante et contrôlée• Domaine privilégié : maritime et portuaire, soutènements,…

Avantages• Rapide à réaliser• Bonne pénétrabilité des pieux H

Inconvénients• Technique bruyante : gêne des riverains• Limité en terrains résistants• Mise en place difficile (défaut de verticalité)





• Comportement

Justifications•

• Exécution

24


Comportement axial / transversal

25

• Comportement axialRésistance axiale (Portance / Traction) - MEL

Pieu isolé (Article 8.5.1) / Groupe pieux (Annexe J)

Déplacement axial (Tassement) - MISS-Cr/MISS-NumPieu isolé (Annexe L) / Groupe pieux (Annexe J.4)

Effet parasite : frottement négatif - MELPieu isolé (Annexe H.2) / Groupe pieux (Annexe H.3)

Résistance du matériaux constitutif

• Comportement transversalDéplacement transversal - MISS-Cr

Pieu isolé (Article 8.6) / Groupe pieux (Article 8.7.3)

Effet parasite : poussée transversale du sol - MISS-CrPieu isolé (Article 8.8.5)


Axial - Résistance d’un pieu isolé

26

Résistance limite en compression (c) / traction (t)

Résistance de fluage (cr : creep)• Sans refoulement ( Tarière creuse)

• Avec refoulement (Vissés moulés par exemple)

Résistance limite de pointe (b : base)Résistance limite de frottement axial (s : shaft)

c b sR R R

t sR R

; 0,5 0,7c cr b sR R R ; 0,7t cr sR R

; 0,7 0,7c cr b sR R R ; 0,7t cr sR R

bR

sR


Méthodes semi-empiriques de calcul de et basées surdes essais in situ :

• Essais de sol :Méthode pressiométrique (Annexe F) + utilisée en FranceMéthode pénétrométrique (Annexe G)

• Essais de pieux :Chargement statique en compression (Annexe S)

ou tractionImpacts dynamiques


27

bR sR


Résistance limite de pointe :

surface de la base du pieu

pression de rupture du terrain à la base du pieu

Calcul de

méthode pressiométrique - la plus utilisée

facteur de portance pressiométrique (Annexe F.4.2)pression limite nette équivalente (Annexe F.4.2)

méthode pénétrométrique

facteur de portance pénétrométrique (Annexe G.4.2)résistance à la pénétration équivalente (Annexe G.4.2)


28

*

b p eq k pl

b c ceq k q

ck

ceq

bA

bq

b b bR A q

bq

pk*

epl


Calcul de (Annexe F.4.2)

profil des pressions limites nettes mesuréesprofondeur du pieu

facteur géométrique

diamètre du pieuhauteur du pieu dans la formation porteuse


29

*

epl

3

* *1

3

D a

e

D b

pl pl z dzb a

D

*pl z

/ 2;0,5a Max B ;b Min a h

Bh


Valeur de (Annexe F.4.2)


30

valeur maximale de (Tableau F.4.2.1)

hauteur d’encastrement effective (Annexe F.4.2)

diamètre du pieu

Def

/B

kp

1

kp,max

5

B

pk

pk

,maxpk

efD


Valeur de (Tableau F.4.2.1)

dépend de : - la classe du pieu (cf. Types)

- la classe de terrain (Tableau B.2.1)


31

,maxpk



32

Classe de terrain (Tableau B.2.1)


Calcul de (Annexe F.4.2)

longueur égale à 10B

Lorsque:

• Def/B>5 : kp=kpmax

• Def/B


Calcul de :

Cas particulier (Figure A.10.1) :

pieux Hpieux métalliques battus ouvertspalplanches


34

2 / 4bA BbA


Calcul de

méthode pressiométrique

paramètre adimensionnel (Tableau F.5.2.1)fonction du type de sol et de (Annexe F.5.2)valeur maximale de méthode pressio. (Tableau F.5.2.3)

méthode pénétrométrique

paramètre adimensionnel (Tableau G.5.2.1)fonction du type de sol et de (Annexe G.5.2)valeur maximale de méthode pénétro. (Tableau G.5.2.3)

Résistance de frottement axial :périmètre du fût du pieu

frottement axial unitaire limite à la cote z


35

,maxsq

solfpieu sol

,maxsq

0

D

s s sR P q z dz

* ,maxs pieu sol sol sq z f pl z q z

*pl

sq

,maxs pieu sol sol c sq z f q z q z

sq*pl

sP

sq z

sq z

pieu sol

solf


Valeur de (Tableau F.5.2.1) – 1/2


36

pieu sol


Valeur de (Tableau F.5.2.1) – 2/2


37

pieu sol


Valeur de (Annexe F.5.2)


38

** * 1 c plsolf pl z a pl b e

solf


Valeur de (Tableau F.5.2.3) - 1/2


39

,maxsq


Valeur de (Tableau F.5.2.3) - 2/2


40

,maxsq


Calcul de :

Cas particulier (Figure A.10.1) :

pieux Hpieux métalliques battus ouvertspalplanches


41

sP sP B


Axial - Résistance d’un groupe de pieux

42

Critère : effet de groupe

entraxe des pieux

• Effet de groupe lié au rapprochement des pieux (Annexe J.2) :

oùnombre de lignes de pieux

nombre de rangées de pieux

d

3d B

d

(1 (2 (1/ 1/ ))) si 3e dC C m n d B

m

n

1 si 3eC d B


Axial - Résistance d’un groupe de pieux

43

• Effet de groupe lié au comportement du bloc (Annexe J.3)

Résistance limite bloc monolithique :

Résistance limite à la base du bloc (bloc = fondation sup. ou prof.)Résistance limite de frottement axial sol-sol

Résistance limite groupe de n pieux :

g b sR R R

bR

sR

; ;

1 1

n n

g b i e s i

i i

R R C R


Définition : « un tassement relatif du sol par rapport à une sectiondonnée d’un pieu engendre sur le périmètre de celui-cides forces de frottement dirigées vers le bas appelées

frottements négatifs »

Expression (Annexe H.2)

frottement terrain / pieu (Tableau H.2.2.1)

contrainte verticale effective à la profondeur z au contact de la fondation profonde (Annexe H.2.3)

2 approches de calcul : avec/sans effet d’accrochage

Axial - Frottement négatif d’un pieu isolé

44

1

'tan

j

j

h

sn v

h

G P K z z z dz

tanK z z

'v z





• Comportement

• Justifications

• Exécution

45


Différentes justifications

46

• Sous charge axialePortance - GEO (ELS/ELU)Résistance de traction - GEO/UPL (ELS/ELU)Résistance structurale - STR (ELS)Tassement en tête - GEO (ELS)

• Sous charge transversaleRésistance structurale - STR (ELS/ELU)Déplacement horizontal en tête - GEO (ELS/ELU)

• SiteStabilité générale - GEO (ELU)


Vérification : ELU fond/acc(Article 9.2.1)

ELS car/qp(Article 14.2.1)

valeur de calcul de la charge ELU de compression axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELU en tête de pieu(donnée BE structure)

valeur de calcul de la résistance en compression axiale (portance)

valeur de calcul de la charge ELS de compression axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELS en tête de pieu(donnée BE structure)

valeur de calcul de la charge de fluage de compression

Justification axiale - Portance (GEO)

47; ;c cr dR

;c d d ELUF V

; ;d c cr dF R

d d ELSF V

;c dR

; ;c d c dF R


Calcul de (Article 9.2.1)

(Article 14.2.1)

Valeur caractéristique de la résistance en compression axiale

facteur partiel pour la résistance totale en compression

ELU fond (Tableau C.2.3.1)ELU acc (Tableau C.2.3.2)

valeur caractéristique de la charge de fluage de compression

facteur partiel sur la charge de fluage de compression

ELS car (Tableau 14.2.1.1)

ELS qp (Tableau 14.2.1.2)


48

;c dR ; ; /c d c k tR R

; ;c cr dR ; ; ; ; /c cr d c cr k crR R

t

cr

1,1t 1,0t

0,9cr

1,1cr

;c kR

; ;c cr kR


Vérification : ELU fond/acc(Article 10.2.1)

ELS car/qp(Article 14.2.1)

valeur de calcul de la charge ELU de traction axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELU en tête de pieu(donnée BE structure)

valeur de calcul de la résistance en traction axiale

valeur de calcul de la charge ELS de traction axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELS en tête de pieu(donnée BE structure)

valeur de calcul de la charge de fluage de traction

Justification axiale - Résistance de traction (GEO/UPL)

49

; ;t d t dF R

d d ELSF V

; ;d t cr dF R

;t d d ELUF V

;t dR

; ;t cr dR


Justification axiale - Résistance de traction (GEO/UPL)

50

Calcul de

valeur caractéristique de la résistance en traction axiale

facteur partiel pour la résistance de frottement axial en traction

ELU fond (Tableau C.2.3.1)ELU acc (Tableau C.2.3.2)

valeur caractéristique de la charge de fluage de traction

facteur partiel sur la charge de fluage de traction

ELS car (Tableau 14.2.1.1)

ELS qp (Tableau 14.2.1.2)

; ; ;/t d t k s tR R

; ; ; ; ;/t cr d t cr k s crR R

;s t

;s cr

; 1,15s t

; 1,05s t

; 1,1s cr

; 1,5s cr

;t dR

; ;t cr dR

;t kR

; ;t cr kR


Calcul de et

• A partir d’essais de chargement / d’impacts (Article 9.2.2)

• Procédure du « pieu modèle » (Article 9.2.3)

• Procédure du « modèle de terrain » (Article 9.2.4) – La plus utilisée« modèle géotechnique d’une zone homogène du site »

coefficients partiels


51

; ; 1 ; 2/c k c R d R dR R ; : ; ; 1 ; 2/c cr k c cr R d R dR R

; 1 ; 2,R d R d

; ; ;,c k c cr kR R ; ; ;,t k t cr kR R

; ; 1 ; 2/t k t R d R dR R ; : ; ; 1 ; 2/t cr k t cr R d R dR R


Procédures « modèle de terrain »Valeur de (Tableaux F.2.1 et G.2.1)

coefficient partiel de modèle lié à la dispersion des méthodes de calcul pressiométrique/pénétrométrique(base de 174 essais de chargement statique de pieux - IFSTTAR)

coefficient partiel lié à la dispersion spatiale des données de terrain


52

Pressio Penetro

; 1R d

; 2R d

; 1 ; 2,R d R d


Pieux béton arméVérification : ELS car

(Article 6.4.1)

valeur de calcul de la contrainte moyenne de compressiondans la section de béton la plus comprimée du pieu

coefficient de prime aux contrôles d’intégrité (Tableau 6.4.1.2)

valeur caractéristique de la résistance à la compression dubéton (Article 6.4.1)

Justification axiale - Résistance structurale (STR)

53

3 1ou1,2k

3k

*

; 3 ;0,3cmoy d c kk f

;cmoy d

*

;c kf


Calcul de

valeur de calcul de l’effort normal à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)

surface de la section du pieu

54


d ELS kV

;cmoy d

A

;d

cmoy d

V

A


Calcul de (Article 6.4.1)

résistance à la compression du béton (25-35 MPa)

valeur forfaitaire de la résistance à la compression du bétonà ne pas dépasser (Tableau 6.4.1.1)

coefficient dépendant du type de pieu (Tableau 6.4.1.1)

coefficient dépendant du type et de l’élancement du pieu(Article 6.4.1)

55


;c kf

maxC

max ;*;

1 2

inf ; c kc k

C ff

k k

1k

2k

*

;c kf


Valeur de (Tableau 6.4.1.1)

Valeur de (Article 6.4.1)

56


2k

max 1,C k


Pieux béton arméVérification : ELS car

(Article 6.4.1)

valeur de calcul de la contrainte maximale de compressionsur le bord de la section de béton la plus comprimée du pieu

coefficient de prime aux contrôles d’intégrité (Tableau 6.4.1.2) cf. Justification axiale

valeur caractéristique de la résistance à la compression dubéton (Article 6.4.1) cf. Justification axiale

résistance à la compression du béton

57

Justification transversale - Résistance structurale (STR)

57

*max; 3 ; ;0,6 ;0,6c d c k c kMin k f f

*

;c kf

3k

;c kf

max;c d


Calcul de

valeur de calcul de l’effort normal à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)

valeur de calcul du moment à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)


inertie de la section du pieu

diamètre du pieu

Justification transversale - Résistance structurale (STR)

58

d ELS kV

A

max;2

d dc d

V M B

A I

I

d ELS kM

B

max;c d


Calcul de

valeur de calcul de l’effort normal à l’ELU fond/acc dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)

valeur de calcul du moment à l’ELU fond/acc dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)


inertie de la section du pieu

diamètre du pieu

Justification - Résistance structurale (STR)

59

fond/accd ELUV

A

max;2

d dc d

V M B

A I

I

B

max;c d

fond/accd ELUM

Documents

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