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Evaluation de quelques m éthodes de calcul des pieux forés Assessment of some d

Evaluation de quelques m éthodes de calcul des pieux forés Assessment of some design methods for bored piles M . B U S T A M A N T E , R . F R A N K Laboratoire C entral des Ponts e t Chaussées* S . C H R IS T O U L A S U n iversité Technique Nationale d’Athènes* * Rev. Franç. Géotech. n° 54. pp. 39-52 (janvier 1991) R é su m é On traite, tout d'abord, du problème de la capacité portante des pieux forés, en confrontant cinq différentes méthodes de calcul à partir d'essais en place, d'origine française et étrangère, aux résultats de 20 essais de chargement de pieux en vraie grandeur. On aborde également le problème du calcul du tasse ment des pieux isolés et l'on propose des corrélations entre le module pressio- métrique ou la résistance au cône et le module du sol, pour l'application de la méthode élastique de POULOS et DAVIS. Enfin, la méthode par fonctions de transfert de charge (courbes de mobilisation du frottement latéral t-z) de FRANK et ZHAO est également appliquée et le logiciel correspondant PIVER est présenté. Abstract This paper first deals with the problem of the bearing capacity of bored piles by comparing five different design methods based on in-situ testing, of French or foreign origin, to the results of 20 full scale loading tests on piles. The sett lement of isolated piles is also dealt with and correlations between the pressu- remeter modulus or the cone resistance and the soil modulus is proposed for application of the elastic method of POULOS and DAVIS. Finally, the load trans fer method (side friction mobilization curves t-z) of FRANK and ZHAO is also applied and the corresponding computer program PIVER is presented. 58, boulevard Lefebvre, 75732 P aris Cedex 15. * * Polytechnic Campus Zografos, 15700 Athènes. G rèce. 40 N° 54 REVUE FRANÇAISE D E GÉOTECHNIQUE 1 . IN T R O D U C T IO N L'essai de chargement est le moyen le plu s efficace pour dim ensionner les fondations su r pieux. Son inté rêt est encore accru s i l’on a pu m ettre en place une instrum entation, le long du fût du pieu d’essai, per m ettant la m esure séparée des frottem ents latéraux et de l’effort de pointe en fonction des déplacements du pieu. L’interprétation des résu ltats peut, soit servir à la jus tification, a posteriori, du prédimensionnement effec tué par une méthode de prévision usuelle, soit cons tituer u n moyen propre de calcul pour la fondation en question. Par ailleurs, l’exploitation systém atique d’essais de pieux existants permet, bien évidemment, une éva luation précise des méthodes de calcul disponibles ou encore la m ise au point de méthodes nouvelles. Les règles françaises récentes de calcul de la capacité por tante des pieux à partir d'essais pressiométriques ou pénétrométriques, basées su r l’exploitation de nom breux essais de chargement en vrai grandeur (BUS TAMANTE et GIANESELLI, 1981 ; LCPC et SETRA, 1985) en est une excellente illustration. Le dimensionnement d’une fondation su r pieux nécessite ; — l’estim ation de la capacité portante (axiale) des pieux isolés ; — l’estim ation du tassem ent des pieux isolés sous charge de service ; — l’estim ation des déplacements et des efforts sous charges de flexion ; — l’estim ation d’éventuels effets de groupe. La présente étude a pour bu t, d’une part l’évaluation et la comparaison de certaines méthodes étrangères de calcul de la capacité portante (CGS, 1985 ; DIN 4014, 1977) m oins fam ilières aux lecteurs francopho nes que les méthodes de calcul pressiométriques ou pénétrométriques u tilisées en France et, d’autre part l’établissem ent de corrélations nouvelles entre le module pressiométrique ou la résistance au cône et le module d’Young (ou « module du sol ») pour les pieux forés, afin de pouvoir u tiliser la méthode élas tique, bien connue, de calcul des tassem ents selon POULOS et DAVIS (1980). Par ailleurs, certains résultats de calcul des tassem ents par la méthode pressiométrique de FRANK et ZHAO (1982) sont rappelés. Ces interprétations sont basées su r les résultats de 20 essais de pieux forés instrum entés, réalisés par les Laboratoires des Ponts et Chaussées, ces dernières années. Ils font partie de la banque de données d’essais de pieux du Laboratoire Central, comprenant à l’heure actuelle 279 essais su r 80 sites différents et 1 51 pieux, dont 126 étaient instrum entés tout le long du fût. Ces 20 essais ont été choisis au hasard, en cherchant uniquement à couvrir différents types de sols et modes d’exécution de pieux forés. 2 . PRÉSENTATION DES MÉTHODES DE CALCUL 2 .1 . C apacité p o rtan te d es p ieu x iso lés Les méthodes de calcul de la capacité portante des pieux peuvent être classées en trois catégories : — les méthodes « classiques » à partir des essais de laboratoire (caractéristiques de résistance au cisaille m ent). Ces m éthodes sont décrites dans la plupart des cours de mécanique des sols. On peut, notamment, consulter CHRISTOULAS (1988) ; — les m éthodes dynam iques, que ce soit tan t les for m ules classiques dites de « battage » que les métho des. plus récentes, u tilisan t l’analyse de la propaga tion des ondes (voir BOURGES et FRANK, 1989, par exemple) ; — les méthodes u tilisan t directement les résu ltats d’essais en place : essentiellem ent, SPT (Standard Penetration Test), CPT (E ssai de Pénétration au Cône ou E ssai de Pénétration Statique) et PMT (E ssai au Pressiomètre Ménard). La description de ces essais peut être trouvée dans ISSMFE-TC 16 (1989) pour le SPT et le CPT et dans AFNOR (1990) pour le PMT. Le but de la présente étude est d’évaluer : — la méthode SPT du Canadian Foundation Engi neering M anual (CGS, 1985 ; MEYERHOF. 1976). (« méthode 1 ») ; — les 3 méthodes CPT suivantes : • du Canadian Foundation Engineering M anual (CGS. 1985 ; « méthode 2 ») ; • de la norme allemande DIN 4014 (1977), (« méthode 3 ») ; • et du Document technique unifié français DTU n° 13.2 (1983) (BUSTAMANTE et GIANESELLI. 1981), (« méthode 4 ») ; — et, enfin, la méthode pressiom étrique PMT recom mandée par le LCPC et le SETRA (1985), su ite aux travaux de BUSTAMANTE et GIANESELLI (1981), (« méthode 5 »). 2.1.1. Méthode 1 (SPT. CGS, 1985) Pour les sols pulvérulents, la charge lim ite Q1 d’u n pieu isolé est. d’après le Canadian Foundation Engi neering M anual : Q1 = mNAb + nN PD en kN (1) avec : m : coefficient empirique ; m = 120 pour les pieux forés (m = 400 pour les pieux battus) ; N : le nombre de coups de l’essai SPT (pour l'enfoncement de 30 cm ) au niveau de la pointe du pieu ; Ab : l’aire de la section droite de la pointe du pieu, en m2 ; n : coefficient empirique, n = 1 pour les pieux forés (n = 2 pour les pieux battus) ; N : le nombre moyen de coups de l’essai SPT le long du fût du pieu ; D : la fiche du pieu, en m ; P : le périmètre du pieu, en m . ÉVALUATION D E QUELQUES MÉTHODES D E CALCUL D ES PIEUX FO R É S 41 2.1.2. Méthode 2 (CPT. CGS, 1985) Pour les limons et sables lâches à denses, le Cana dian Foundation Engineering M anual propose de cal culer la charge lim ite d’u n pieu isolé à partir de résul tats de pénétration statique (CPT) de la m anière suivante : Q1 = qc Ab + fs PD (2) avec : qc : résistance au cône (ou résistance de pointe sta tique) en pointe du pieu, mesurée au CPT ; f5 : frottement latéral local unitaire moyen m esuré au CPT (on recommande l’u tilisation d’u n cône équipé d’un m anchon de frottement). Notons qu’on recommande, pour les pieux de dia m ètre B supérieur à 500 m m , de prendre en compte une valeur de qc inférieure à la valeur moyenne mesurée, ou même égale à la plus petite valeur mesurée. Dans la présente étude, ne disposant pas de mesu res au manchon de frottement, les corrélations sui vantes entre le frottement latéral unitaire local fs et la résistance au cône qc sont utilisées (d’après SAN- GLERAT, cité par CASSAN (1988), ou notre expé rience propre) : — sables denses et graviers : fs = qc /150 ; — sables moyens : fs = qc /100 ; — lim ons et sols interm édiaires : fs = qc /60 ; — argiles : fs = qc /50 ; — craies : fs = qs /100 ; — calcaires : fs = qc /150. 2.1.3. Méthode 3 (CPT. DIN uploads/Ingenierie_Lourd/ assessment-ofsome-design-methods-for-bored-piles-lcpc-setra 1 .pdf