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HAL Id: tel-01459082 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01459082 Submitted on 7 Feb 2017 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Contribution à l’étude du comportement des pieux soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques Zineb Abchir To cite this version: Zineb Abchir. Contribution à l’étude du comportement des pieux soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques. Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]. Université Paris-Est, 2016. Français. NNT : 2016PESC1079. tel-01459082 Rapporteurs : Fabrice EMERIAULT Hussein MROUEH Examinateurs : Marc BOULON Alain PUECH Directeur de thèse : Roger FRANK Encadrants : Sébastien BURLON Luc THOREL Thèse présentée pour l’obtention du titre de Docteur de l’Université Paris-Est Spécialité : Géotechnique par Zineb ABCHIR présentée pour l’obtention du titre de Docteur de l’Université Paris-Est Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques dans le sable Soutenue le 27 septembre 2016 devant le jury composé de : Rapporteurs : Fabrice EMERIAULT Hussein MROUEH Examinateurs : Marc BOULON Alain PUECH Directeur de thèse : Roger FRANK Encadrants : Sébastien BURLON Luc THOREL Thèse présentée pour l’obtention du titre de Docteur de l’Université Paris-Est Spécialité : Géotechnique par Zineb ABCHIR présentée pour l’obtention du titre de Docteur de l’Université Paris-Est Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques dans le sable Soutenue le 27 septembre 2016 devant le jury composé de : Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques 5 A mes chers parents, A Mounir... Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques 7 Remerciements Ce travail n'aurait pas vu le jour sans l'aide apportée par plusieurs personnes. Il a été financé par l'Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux, anciennement appelé le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées. Tout d'abord, je tiens à adresser mes grands remerciements à M. Roger FRANK qui a été mon directeur de thèse durant ces trois dernières années. Je le remercie pour la confiance qu'il m'a accordée et pour le soutien qu'il m' a apporté. Je le salue pour sa disponibilité malgré son emploi du temps chargé, sa rigueur scientifique et son aide précieuse pour la rédaction de ce mémoire. Mes remerciements les plus sincères s'adressent à M. Sébastien BURLON, ingénieur de recherche à l'IFSTTAR, qui a encadré ce travail de thèse. Depuis mon arrivée à l'IFSTTAR, il a su me faire confiance et m' a apporté son grand soutien qui m'ont permis de continuer même dans les moments de doute. J'ai pu apprécier à ses côtés sa rigueur, sa pédagogie et son ouverture d'esprit durant ces trois ans. Je le remercie pour tout le temps et l'énergie consacrés pour que ce travail aboutisse. J'adresse également mes remerciements à M. Fabrice EMERIAULT, Professeur des Universités à l’Ecole Nationale Supérieure pour l’Energie, l’Eau et l’Environnement, et à M. Hussein MROUEH, Professeur à l'Université de Lille, qui ont accepté de rapporter ce travail de thèse. Leurs remarques ont été très enrichissantes et ont permis d'améliorer de la qualité du présent mémoire. Je tiens à remercier aussi M. Marc BOULON, Professeur Emerite au Laboratoire 3SR, et M. Alain PUECH, directeur technique à FUGRO, d'avoir accepté d'examiner ce travail de thèse. J'exprime ma grande reconnaissance à tous les membres du département GERS à l'IFSTTAR à Marne-La-Vallée. Ce département m'a acceuilli durant mes trois années de thèse et j'ai pu apprécier l'ambiance sympathique qui règne au sein de cette équipe. Je remercie plus particulièrement M. Christophe CHEVALIER, directeur du laboratoire GERS-SRO, M. Alain Le KOUBY, ingénieur de recherche au GERS-SRO, ainsi que Mme Jeannine LEROY et Mme Aurore LOCKO-BITSIKOU, secrétaires du département. Je ne peux oublier de remercier toute l'équipe des doctorants avec qui j'ai passé de très agréables moments. Nos discussions et leur aide m'ont permis d'avancer malgré les difficultés de la thèse. Pour cela, je remercie Sara BAHAFID, Katia BELLAGH, Zineb BAJJA, Chi-Wei Chen, Youssef ABBOUD, Yaghkob IKEZOUHENE, Mamadou NGOM et Malik BELMOKHTAR. Je remercie également M. Van C. PAK pour son soutien et son aide durant toute la période de thèse. Remerciements Je remercie toute ma famille, et plus particulièrement mes parents, qui m'ont été d'une grande aide et un grand support. Je les remercie pour leurs encouragements et pour leur confiance qu'ils m'on accordée depuis toujours. Et comme on dit, il faut garder le meilleur pour la fin, j'exprime ma grande gratitude à mon époux Mounir BENCHOKROUN, qui a su m'accompagner pendant toute cette période de thèse. Son écoute, ses conseils, ses encouragements m'ont poussé pour aller de l'avant et réaliser mon rêve de devenir docteur. Merci à tous! Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques 9 Résumé Les fondations profondes sont largement utilisées et peuvent subir différent types de sollicitations axiales. Ces dernières peuvent avoir un caractère monotone ou cyclique. Le développement de méthodes de calcul pour prévoir le comportement des pieux sous ces deux types de chargements en termes de tassement et d’évolution de capacité portante, est d’une grande utilité pour l’ingénierie géotechnique. Le travail de cette thèse est une contribution à une meilleure prévision du comportement des pieux sous charges axiales monotones et cycliques. La thèse comporte deux parties principales. La première partie traite la problématique de la prévision du tassement d’un pieu sous charge axiale monotone. Un intérêt particulier est porté aux tassements car le dimensionnement d’un pieu requiert une estimation adéquate à la fois de la capacité portante et du déplacement en tête de pieu. La méthode utilisée dans cette partie est celle des courbes de transfert. L’étude commence tout d’abord par une analyse statistique du modèle habituellement utilisé en France pour le calcul de tassement de Frank et Zhao. Ensuite, deux nouveaux modèles de calcul de tassement sont proposés et analysés. Une analyse comparative entre les trois modèles de calcul de déplacement d’un pieu est réalisée dans cette étude. L’objectif de cette analyse est d’estimer la dispersion des modèles de calcul en comparant les tassements calculés aux tassements mesurés et répertoriés dans la base de données de l’IFSTTAR. La seconde partie s’intéresse à la problématique des chargements cycliques. En effet, plusieurs types de structures sont sollicités cycliquement et peuvent subir des désordres du fait de l’accumulation de déplacements en tête des fondations. L’objectif de cette partie de la thèse est de proposer un modèle permettant de rendre compte principalement de l’évolution de la capacité portante du pieu au cours des cycles, et aussi de proposer une estimation des déplacements. Le modèle développé se base sur la méthode des courbes de transfert, et est associé à deux procédures de dégradation du frottement axial limite. Il est tout d’abord présenté et ensuite appliqué à un exemple théorique. Afin de valider ce modèle, ses résultats sont comparés aux résultats d’essais de pieux en vraie grandeur. Résumé Contribution à l’étude du comportement des pieux isolés soumis à des sollicitations axiales monotones et cycliques 11 Table des matières Résumé ................................................................................................................................................... 7 Liste des notations ............................................................................................................................... 15 Introduction Générale ......................................................................................................................... 19 I Chapitre I : Synthèse bibliographique sur le comportement des pieux sous chargement axial monotone et cyclique ........................................................................................................................... 23 I.1 Introduction ........................................................................................................................... 23 I.2 Comportement des pieux sous chargement axial monotone ................................................. 24 I.2.1 Observations expérimentales du comportement des pieux ................................................ 24 I.2.2 Méthodes de calcul de la portance des pieux sous charge axiale monotone .................... 28 I.2.2.1 Méthode pressiométrique .......................................................................................... 28 I.2.2.2 Méthode pénétrométrique .......................................................................................... 34 I.2.2.3 Méthode α-cu (méthode en contraintes totales) ......................................................... 37 I.2.2.4 Méthode β (méthode en contraintes effectives) ......................................................... 38 I.2.3 Paramètres influençant la portance d’un pieu soumis à un chargement monotone ......... 40 I.2.3.1 Effets du mode d’installation d’un pieu .................................................................... 40 I.2.3.2 Effet du temps ........................................................................................................... 44 I.2.3.3 Compressibilité des pieux .......................................................................................... 45 I.2.4 Méthodes numériques de calcul du déplacement d’un pieu sous charge axiale monotone 48 I.2.4.1 Méthode des courbes de transfert (méthode t-z) ....................................................... 48 I.2.4.2 Méthode du continuum élastique ............................................................................... 53 I.2.4.3 Méthode des éléments finis ....................................................................................... 54 I.3 Comportement des pieux sous chargement axial cyclique .................................................... 56 I.3.1 Introduction et définition d’un chargement cyclique ........................................................ 56 I.3.2 Comportement du sol sous chargement cyclique .............................................................. 57 I.3.2.1 Nature du sol ............................................................................................................. 57 I.3.2.2 Dégradation cyclique du sol ...................................................................................... 58 I.3.2.3 Type et caractéristiques du chargement cyclique ...................................................... 58 I.3.3 Paramètres influençant le comportement des pieux sous chargement axial cyclique ....... 60 I.3.3.1 Caractéristiques du chargement cyclique .................................................................. 60 I.3.3.2 Mode de chargement ................................................................................................. 65 I.3.3.3 Vitesse de chargement ............................................................................................... 68 I.3.3.4 Compressibilité et longueur du pieu .......................................................................... 69 I.3.4 Effets uploads/Litterature/ th2016pesc1079.pdf