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~ Evaluation de quelques méthodes de calcul des pieux forés Assessrnent of sorn

~ Evaluation de quelques méthodes de calcul des pieux forés Assessrnent of sorne design rnethods for bored piles M. BUSTAMANTE, R. FRANK Laboratoire Central des Ponts et Chaussées * S. CHRISTOULAS Université Technique Nationale d'Athènes * * Rev. Franç. Géotech. nO 54, pp. 39-52 (janvier 1991) Résumé 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 Paris Cedex 15. Polytechnic Campus Zografos, 15700 Athènes, Grèce. 40 1. INTRODUCTION REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE 2. PRÉSENTATION DES MÉTHODES DE CALCUL avec: 2.1. Capacité portante des pieux isolés 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- ment). Ces méthodes sont décrites dans la plupart des cours de mécanique des sols. On peut, notamment, consulter CHRISTOULAS (1988) ; - les méthodes dynamiques, que ce soit tant les for- mules classiques dites de « battage» que les métho- des, plus récentes, utilisant l'analyse de la propaga- tion des ondes (voir BOURGES et FRANK, 1989, par exemple) ; - les méthodes utilisant directement les résultats d'essais en place: essentiellement, SPT (Standard Penetration Test), CPT (Essai de Pénétration au Cône ou Essai de Pénétration Statique) et PMT (Essai 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 Manual (CGS, 1985 ; MEYERHOF, 1976), (<< méthode 1 ») ; - les 3 méthodes CPT suivantes : • du Canadian Foundation Engineering Manual (CGS, 1985; «méthode 2 ») • de la norme allemande DIN 4014 (1977), (<< méthode 3 ») ; • et du Document technique unifié français DTU nO 13.2 (1983) (BUSTAMANTE et GIANESELLI, 1981), (<< méthode 4 ») ; - et, enfin, la méthode pressiométrique PMT recom- mandée par le LCPC et le SETRA (1985), suite aux travaux de BUSTAMANTE et GIANESELLI (1981), (<< méthode 5 »). 2.1.1. Méthode 1 (SPT, CGS, 1985) Pour les sols pulvérulents, la charge limite QI d'un pieu isolé est, d'après le Canadian Foundation Engi- neering Manual : QI = mNAb + nN PD en kN (1) L'essai de chargement est le moyen le plus efficace pour dimensionner les fondations sur pieux. Son inté- rêt est encore accru si l'on a pu mettre en place une instrumentation, le long du fût du pieu d'essai, per- mettant la mesure séparée des frottements latéraux et de l'effort de pointe en fonction des déplacements du pieu. L'interprétation des résultats peut, soit servir à la jus- tification, a posteriori, du prédimensionnement effec- tué par une méthode de prévision usuelle, soit cons- tituer un moyen propre de calcul pour la fondation en question. Par ailleurs, l'exploitation systématique d'essais de pieux existants permet, bien évidemment, une éva.. luation précise des méthodes de calcul disponibles oll encore la mise 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 sur 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 sur pieux nécessite; - l'estimation de la capacité portante (axiale) des pieux isolés ; - l'estimation du tassement des pieux isolés sous charge de service ; - l'estimation des déplacements et des efforts sous charges de flexion ; - l'estimation d'éventuels effets de groupe. La présente étude a pour but, d'une part l'évaluatiOn et la comparaison de certaines méthodes étrangères de calcul de la capacité portante (CGS, 1985 ; DIN 4014, 1977) moins familières aux lecteurs francopho- nes que les méthodes de calcul pressiométriques ou pénétrométriques utilisées en France et, d'autre part l'établissement 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 utiliser la méthode élas- tique, bien connue, de calcul des tassements selon POULOS et DAVIS (1980). Par ailleurs, certains résultats de calcul des tassements par la méthode pressiométrique de FRANK et ZHAO (1982) sont rappelés. . Ces interprétations sont basées sur les résultats de 20 essais de pieux forés instrumentés, 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 sur 80 sites différents et 151 pieux, dont 126 étaient instrumentés 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. m : N n N o P coefficient empirique ; m = 120 pour les pieux forés (m = 400 pour les pieux battus) ; le nombre de coups de l'essai SPT (pour l'enfoncement de 30 cm) au niveau de la pointe du pieu; l'aire de la section droite de la pointe du pieu, en m 2 ; coefficient empirique, n = 1 pour les pieux forés (n = 2 pour les pieux battus) ; le nombre moyen de coups de l'essai SPT le long du fût du pieu ; la fiche du pieu, en m ; le périmètre du pieu, en m. ÉVALUATION DE QUELQUES MÉTHODES DE CALCUL DES PIEUX FORÉS 41 2.1.2. Méthode 2 (CPT, CGS, 1985) 2.1.3. Méthode 3 (CPT, DIN 4014, 1977) La norme DIN 4014 Part 2 (1977) s'applique aux pieux forés de grand diamètre (supérieur à 0,5 m le long du fût et à 1 m en pointe). Pour les limons et sables lâches à denses, le Cana- dian Foundation Engineering Manual propose de cal- culer la charge limite d'un pieu isolé à partir de résul- tats de pénétration statique (CPT) de la manière suivante: * Valeurs intermédiaires à obtenir par interpolation linéaire. * * Tassement supposé pour la charge limite Q 1. Tassement Pression de pointe * s q(s) cm MPa 0,2 . s1 0,5 0,3 . s1 0,7 sI = 0,05 Sb * * 1,2 Tableau 2. - Pression de pointe en fonction du tassement en sol cohérent moyennement consistant (le :::::: 1) (OIN 4014, 1977) Table 2. - Pile base resistance depending on the settlements in cohesive roughly semi-firm soil (coefficient of consistency le :::::: 1) Pieux sans base élargie Tassement Pression de pointe * s q(s) cm MPa 1 0,5 2 0,8 3 1, 1 15** 3,4 Pieux avec base élargie 1 0,35 2 0,65 3 0,9 15** 2,4 Tableau 1. - Pression de pointe en fonction du tassement en sol non cohérent de résistance moyenne (résistance au cône qe comprise entre 10 et 15 MPa) (OIN 4014, 1977) Table 1. - Pile base resistance depending on the settle- ments in non cohesive soil of average strength (penetrometer end bearing pressure qs equal to 10 up to 15 MPa (2) qc/150 ; qc/100 ; qc/60 ; qc/50 ; qs/100 ; qc/150. craies: calcaires: 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 : sables moyens : limons et sols intermédiaires : argiles: Notons qu'on recommande, pour les pieux de dia- mètre B supérieur à 500 mm, de prendre en compte une valeur de qc inférieure à la valeur moyenne mesurée, ou même égale à la plus petite valeur mesurée. avec: qc résistance au cône (ou résistance de pointe sta- tique) en pointe du pieu, mesurée au CPT; fs frottement uploads/Ingenierie_Lourd/ evaluation-de-quelques-methodes-de-calcul-des-pieux-fores-assessrnent-of-sorne-design-rnethods-for-bored-piles 1 .pdf