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Polycopié CALCUL PRATIQUE DES FONDATIONS 1 AVANT-PROPOS Il existe deux grands m

Polycopié CALCUL PRATIQUE DES FONDATIONS 1 AVANT-PROPOS Il existe deux grands modes de transmission des charges des constructions aux couches de sols sous-jacentes : par fondation superficielle et par fondation profonde. Les fondations superficielles (semelle, radier, etc.) sont, par définition, des fondations qui reposent sur le sol ou qui n’y sont que faiblement encastrées. Les charges qu’elles transmettent ne sollicitent que les couches superficielles. Les fondations profondes (pieux et barrettes) reportent, elles, les charges tant dans les couches profondes que dans les couches superficielles qu’elles traversent. Les fondations superficielles sont considérées comme des ouvrages simples et d’exécution facile. Néanmoins, de très nombreux travaux leur ont été consacrés depuis près d’un siècle pour établir, valider et améliorer leurs méthodes de calcul, car les paramètres à prendre en compte sont variés et ces calculs mettent en jeu nombre de facettes du comportement mécanique des sols et des roches. Les méthodes de calcul de la capacité portante ont été développées progressivement depuis le début du vingtième siècle. Elles doivent beaucoup à quelques précurseurs (Terzaghi, Meyerhof, Brinch Hansen, Caquot, de Beer…), qui ont établi un ensemble de règles validées par l’expérience et couvrant la plupart des situations courantes. Pour le calcul, les deux types de fondations (profondes et superficielles) se différencient essentiellement par la prise en compte d’un frottement sur les parois latérales de la fondation. Pour les fondations profondes, le mode de travail et l’interaction avec le sol environnant conduisent à introduire la notion de profondeur critique mais qu’on peut définir, en première approximation, comme le niveau au-dessous duquel, en sol homogène, la résistance sous la base n’augmente plus. Vu l'importance que révèle le calcul de la capacité portante d'un sol dans la stabilité d'un ouvrage, nous essayons à travers ce polycopié d’étudier cette dernière à partir des essais au laboratoire et in situ. Ce polycopié est adressé aux étudiants de plusieurs spécialités telles que le génie civil, le bâtiment et les travaux publics, et se propose de présenter à travers deux chapitres les méthodes pratiques de calcul des fondations superficielles et profondes en estimant pouvoir contribuer modestement à l’introduction de cette discipline aux ingénieurs. Je souhaite remercier mon amie Mme BENGRA. L pour l’aide et le soutien qu’elle m’a apporté au cours de la rédaction de ce polycopié. SOMMAIRE AVANT-PROPOS......................................................................................................................1 1 Fondations superficielles.....................................................................................................7 1.1 Généralités............................................................................................................................7 1.2 Types de fondations superficielles........................................................................................7 1.3 Problèmes posés par un projet de fondation superficielle.....................................................7 1.3.1 Méthode de calcul..........................................................................................................7 1.3.2 Problèmes généraux liés à l’étude d’un projet de fondation...........................................8 1.3.3 Autres problèmes............................................................................................................8 1.4 Comportement d’une fondation superficielle [1, 2, 3 et 10]..................................................9 1.4.1 Courbe typique obtenue lors d’un chargement d’une fondation superficielle.................9 1.4.2 Comportement à la rupture...........................................................................................10 1.5 Calcul de la capacité portante.............................................................................................10 1.5.1 Application de la théorie de la plasticité.......................................................................11 1.5.2 Capacité partante d’une semelle filante soumise à une charge verticale centrée reposant sur un massif semi infinie et homogène horizontale.....................................................................................11 1.5.3 Calcul de la capacité portante pour des cas particuliers................................................13 1.6 Détermination de la capacité portante à l’aide des essais in situ........................................17 1.6.1 Calcul de la capacité portante par les méthodes pressiométrique et pénétrométrique [8,14, 15, 16 et 17] 17 1.6.2 Hauteur d’encastrement équivalente « De ».................................................................17 1.6.3 Pression limite nette équivalente « p*le » au pressiomètre Ménard et résistance de pointe [14, 15, 16 et 17] 18 1.6.4 Profondeur critique.......................................................................................................19 1.6.5 Calcul de la capacité portante.......................................................................................20 2 Fondations profondes........................................................................................................26 2.1 Introduction........................................................................................................................26 2.2 Technologie [21].................................................................................................................27 2.2.1 Classification suivant le mode d’exécution..................................................................27 2.2.2 Classification suivant le mode de fonctionnement........................................................33 2.3 Problèmes posés par le calcul d’une fondation sur pieux...................................................33 2.3.1 Problèmes de résistance des matériaux( R.D.M)..........................................................33 2.3.2 Problèmes de mécanique des sols (M.D.S)...................................................................33 2.4 Évaluation de la charge limite d’un pieu isolé soumis à une force verticale.......................34 2.5 Définitions et mécanismes du frottement latéral positif et négatif......................................34 2.6 Méthode à partir des essais de laboratoire...........................................................................35 2.6.1 Formule statique (Théorie de la plasticité parfaite)......................................................35 2.6.2 La charge admissible QN...............................................................................................38 2.7 Méthodes basées sur l’interprétation d’essais in situ...........................................................39 2.7.1 Calcul par la méthode Pressiometrique [11]................................................................39 2.7.2 Calcul par la méthode du Pénétromètre statique,........................................................43 2.7.3 Pénétromètre dynamique..............................................................................................45 2.8 Évaluation du frottement négatif maximal [7]....................................................................46 2.8.1 Principe de l’évaluation du frottement négatif maximal...............................................46 2.8.2 Hauteur d’action du frottement négatif.........................................................................47 3 Références bibliographiques.............................................................................................49 ANNEXE I...............................................................................................................................51 ANNEXE II..............................................................................................................................55 ANNEXE III.............................................................................................................................61 LISTE DES FIGURES Figure 1-1 : Technologie de construction...................................................................................7 Figure 1-2 : Types de fondations superficielles..........................................................................7 Figure 1-3: Reprise en sous œuvres des fondations superficielles [25].......................8 Figure 1-4 : Réalisation des parois moulées et exemple d’application [27]................9 Figure 1-5 : Courbe de chargement (vertical et centré) d’une fondation superficielle [10].......9 Figure 1-6 : Schéma de rupture d’une fondation superficielle [10].........................................10 Figure 1-7: Schéma de rupture d’une fondation superficielle [10]..........................................11 Figure 1-8 : Capacité portante. Méthode de superposition de Terzaghi(méthode « c-φ ») [10]11 Figure 1-9: Valeurs de Nc(φ′),N(φ′) et Nq(φ′) recommandées par Terzaghi et Peck [24]...........................................................................................................................................12 Figure 1-10 : Inclinaison et excentrement d’une charge dans la direction parallèle à B[10]...15 Figure 1-11 : Solution de Meyerhof pour une fondation filante sous charge inclinée [10].....15 Figure 1-12: Solution de Meyerhof pour une fondation filante sous charge exentrée [10]......16 Figure 1-13 : Semelle fondée sur un bicouche.........................................................................16 Figure 1-14 : Diffusion approchée dans contraintes d’une semelle fondée sur un bicouche...17 Figure 1-15 : Définition de l’encastrement équivalent d’une fondation superficielle [8]........18 Figure 1-16 : Définition de la pression limite nette équivalente ple* et de la résistance de pointe équivalente [21].............................................................................................................19 Figure 1-17 : Variation de la capacité portante « Ql » en fonction de la profondeur D dans un sol homogène............................................................................................................................20 Figure 1-18 : Facteur de portance pressiométrique pour les semelles carrées et circulaire.....21 Figure 1-19 : Facteur de portance pressiométrique pour les semelles filantes.........................22 Figure 1-20 : Coefficient minorateur pour une charge inclinée sur sol horizontal (fascicule 62-V, 1993) [10]......................................................................................................23 Figure 1-21 : Fondation en crête de talus. Notations (fascicule 62-V,1993) [8]......................23 Figure 1-22 : Coefficient minorateur pour une charge verticale centrée à proximité de la crête de talus, dans le cas d’un encastrement nul (fascicule 62-V, 1993) [8]...................................23 Figure 1-23 : Angle   pour le calcul du coefficient minorateur dan le cas d’une fondation . 24 Figure 1-24 : Charge inclinée dirigée vers l’extérieur ou l’intérieur d’un talus (fascicule 62-V, 1993) [8]........................................................................................................24 Figure 1-25 : Définition de la contrainte de référence pour un excentrement « e » (fascicule 62-V, 1993) [8]........................................................................................................25 Figure 2-1 : Définitions de la hauteur d’encastrement géométrique D et mécanique De..............26 Figure 2-2 : Puits réalisés pour le viaduc de Millau [21].........................................................26 Figure 2-3 : Différents barrettes...............................................................................................27 Figure 2-4 : Profilés métalliques battus....................................................................................27 Figure 2-5 : Mise en place de pieu tube par vibrofonçage pour le viaduc TGV de Waremme (Belgique) [21].........................................................................................................................28 Figure 2-6 : Pieu vissé à pointe perdue Atlas [21]...................................................................29 Figure 2-7 : Pieu vissé de type Oméga à deux pas de vis ou un seul [21]...............................29 Figure 2-8 : Méthode de réalisation des colonnes ballastées [21]............................................30 Figure 2-9 : Méthode de réalisation des pieux forés sous boue, vue d’un trépan et d’une tarière à godets « bucket » [21]................................................................................................30 Figure 2-10 : Pieux formés par forage à la tarière continue : technique Starsol de Sol étanche [21]...........................................................................................................................................31 Figure 2-11 : Réalisation d’un micropieux pour les écrans antibruit de l’autoroute A4 (photographies S. Borel) [21]...................................................................................................32 Figure 2-12 : Jet grouting : (a) diagramme de principe de différentes techniques (b) vue de la technique double jet (c) colonne excavée [21].........................................................................32 Figure 2-13 : Classification suivant le mode de fonctionnement [20].....................................33 Figure 2-14 : Comportement général d'un pieu isolé soumis à une charge verticale...............34 Figure 2-15: Mécanismes du frottement latéral positif et négatif [20].....................................35 Figure 2-16 : Section droite Figure 2-17 : Profondeur critique.........................36 Figure 2-18 : Représentation du frottement latéral...................................................................37 Figure 2-19 : Pression limite équivalente pour 2R >1m...........................................................40 Figure 2-20 : Valeurs du frottement latéral unitaire.................................................................42 Figure 2-21 : Résistance de pointe Rp1 et Rp2..........................................................................44 Figure 2-22: Pieux battus droits et inclinés.............................................................................46 Figure 2-23: Évaluation du frottement négatif sur un pieu isolé [10]......................................46 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1-1 : Coefficients de forme. Valeurs de Terzaghi (Conditions non drainées et drainées) [23]............................................................................................................................13 Tableau 1-2 : Coefficients de forme. Projet d’Eurocode 7-1 (1994) [4,5]...............................14 Tableau 1-3 : Ordre de grandeur des valeurs des coefficients réducteurs sur Ncq (argiles) et Nγq (sables) (D’après Meyerhof) [18].....................................................................................15 Tableau 1-4 : Définition des catégories conventionnelles des sols (fascicule 62-V, 1993) [8]20 Tableau 1-5 : Facteur de portance pressiométrique (fascicule 62-V, 1993) [8].............21 Tableau 2-1 : Valeurs de  d’après Caquot Kérisel [6]............................................................38 Tableau 2-2 : Valeurs de ’d’après Caquot Kérisel [6]............................................................38 Tableau 2-3 : Valeurs du coefficient de portance kp.................................................................................................39 Tableau 2-4 : Classification des sols........................................................................................40 Tableau 2-5 : Détermination des abaques................................................................................41 Tableau 2-6 : Valeurs du coefficient K....................................................................................44 Tableau 2-7: Valeurs du terme k tan  pour l’évaluation du frottement négatif [7].................48 Chapitre I FONDATIONS SUPERFICIELLES 7 Mme BOUROKBA MRABENT S. A. 1 Fondations superficielles 1.1 Généralités On désigne par fondation la partie enterrée d’un ouvrage, conçu pour transmettre au sol les charges provenant de la superstructure. Lorsque les caractéristiques mécaniques du sol sont convenables au voisinage de la surface, les fondations sont exécutées avec un encastrement minimum. (Figure 1-1). Cette profondeur uploads/Ingenierie_Lourd/ fondation.pdf