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ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MEMOIRE PRESENTE A L'ÉCOLE

ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MEMOIRE PRESENTE A L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE COMME EXIGENCE PARTIELLE À L'OBTENTION DE LA MAITRISE EN GÉNIE DE LA CONSTRUCTION PAR BAKOUR, Azzeddine COMPORTEMENT DES FONDATIONS PROFONDES SOUS CHARGES ASPECTS STRUCTURAUX ET GÉOTECHNIQUES MONTRÉAL, LE 17 AVRIL 2008 © <Azzeddine Bakour, 2008> CE MEMOIRE A ETE EVALUE PAR UN JURY COMPOSÉ DE : M. Omar Chaallal, directeur de mémoire Département de génie de la construction à l'École de technologie supérieure M. Saad Bennis, président du jury Département de génie de la construction à l'École de technologie supérieure M. Amar Khaled, membre du jury Département de génie de la construction à l'École de technologie supérieure REMERCIEMENTS Le présent mémoire a été effectué sous la direction de monsieur Omar Chaallal, professeur titulaire au Département de génie de la construction à l'École de technologie supérieure. Je voudrais exprimer mes sincères remerciements et reconnaissances au Professeur Chaallal pour sa disponibilité permanente, son appui financier, ses commentaires et bien sûr ses critiques constructives. Mes remerciements vont aussi à tous les professeurs de Département de génie de la construction de l'Ecole de technologie supérieure et en particulier aux membres de jury, ainsi mes amis et mes collègues de l'École de technologie supérieure. Je n'oublie pas de remercier monsieur Vincenzo Silvestri, professeur titulaire au Département de génie civil à l'École Polytechnique de Montréal pour ses commentaires en marge de son cours de « Fondations » qui m'ont servi à approfondir ma recherche. Je tiens aussi à témoigner toute ma gratitude à mes parents pour leur encouragement. COMPORTEMENT DES FONDATIONS PROFONDES SOUS CHARGES: ASPECTS STRUCTURAUX ET GÉOTECHNIQUE S BAKOUR, Azzeddine RÉSUMÉ Au Canada, l'analyse et le calcul des fondations profondes est souvent basée sur des prescriptions proposées par le Manuel canadien d'ingénierie des fondations. L'objectif principal de ce mémoire est de présenter les méthodes disponibles dans la littérature pour le calcul d'un pieu isolé d'une part et d'un groupe de pieux, d'autre part, sous charges axiales et latérales. Dans le premier volet, on a passé en revue le comportement des pieux sous charges axiales fichés dans le sable et dans l'argile. On a également inclus le cas de pieux forés dans le roc. Le calcul de la capacité portante dans ces cas dépend en particulier de l'effet de battage et les méthodes d'installation des pieux. Pour le calcul de la capacité portante, on a présenté les méthodes les plus récentes basées sur des essais in situ, sur des modèles centrifugés et sur des méthodes par éléments finis. Le deuxième volet quant à lui est consacré aux pieux sous charges latérales. Dans ce volet, on a passé en revue les anciennes méthodes dites les méthodes de rupture; ensuite le modèle de Winkler (méthode de ressorts) avec les deux cas de ressorts: ressorts élasto-plastiques et ressorts décrits par les courbes aux modules de réaction du sol non linéaire (P-y). Enfin, on a présenté des applications numériques sur le comportement de pieux en groupe soumis à des efforts (horizontal, axial et moment). On a étudié en particulier les pieux les plus sollicités, c'est-à-dire le cas où l'arrachement et la compression sont maximums. On a utilisé deux logiciels: dans le cas des ressorts élasto-plastiques, on a utilisé Visual design et dans le cas des ressorts non linéaires (courbes de réaction du sol (P-y)), on a utilisé LPILE. Pour tenir compte de l'effet de groupe, on a appliqué les facteurs multiplicateurs Pm sur les rigidités des ressorts. BEHAVIOUR OF DEEP FOUNDATIONS UNDER LOADS: STRUCTURAL AND GEOTECHNICAL ASPECT S BAKOUR, Azzeddine ABSTRACT In Canada, the analysis and design of deep foundations is generally based on the guidelines proposed by the Canadian Foundation Engineering Manual. The main objective of this paper is to présent design methods available in the literature for a single pile and a group of piles under axial and latéral loads. In the first part of this work we reviewed the behaviour of piles under axial loads driven in sand and in clay, including the case of piles drilled in rock. The calculation of the bearing capacity in this case dépends particularly on the driving effect and pile driving methods. To calculate the bearing capacity we hâve presented the most récent methods based on in situ tests, on centrifuged models and on finite élément methods. The second part of this work was dedicated to piles under latéral loads. To this end, we reviewed the conventional methods based on failure mechanism, befor presenting the Winkler models (springs's methods) with two spring cases of: elasto-plastic and P-y curves generally nonlinear which relate soil résistance to pile deflection. Finally, numerical applications considered the behaviour of a pile group subjected to extemal forces (horizontal, axial and moment). In particular the piles which featured the maximum tension and compression were emphasized. Two softwares were used for this application: Visual design for the case of elasto-plastic springs and LPILE for the case of non-linear springs. The group effect was taken into considération by applying multiplying factors Pm on the spring's rigidity. TABLE DES MATIERES Page INTRODUCTION 24 CHAPITRE 1 ELEMENTS DE BASE DU COMPORTEMENT DES SOLS 26 1.1 Classification des pieux 26 1.2 Paramètres de sol pour le dimensiormement des pieux 27 1.2.1 Facteurs influençant les paramètres c et ^ 28 1.3 Compressibihté des sols 30 1.4 Contraintes dans le sol 30 1.4.1 Contraintes verticales 30 1.4.2 Contrainte horizontale 31 1.4.3 Contrainte résiduelle 32 1.4.4 Approches de calcul à l'état de rupture 33 CHAPITRE 2 FONDATION PROFONDE SOUS CHARGE AXIALE 34 2.1 Introduction 34 2.2 Charge ultime (Critère de rupture) 34 2.3 Capacité portante des pieux sous charge axiale 35 2.3.1 Effet de battage 36 2.3.2 Effet du temps après l'installation 45 2.3.3 Influence du diamètre 48 2.3.4 Considérations spéciales 50 2.4 Méthodes de calcul des pieux isolés 52 2.4.1 Détermination de la capacité portante basée sur le comportement rigide- plastique du sol 52 2.4.2 Détermination de la capacité portante à partir des essais CPT et SPT 60 2.4.3 Détermination de la capacité portante à l'aide des méthodes dynamiques 66 2.5 Frottement négatif 69 2.5.1 Calcul de frottement négatif 71 2.5.2 Effet d'accrochage 76 2.5.3 Quelques méthodes pour la réduction de FN 77 2.6 Résistance à l'arrachement 78 2.7 Tassement d'un pieu isolé 79 2.7.1 Méthode basée sur la théorie d'élasticité 79 2.7.2 Méthode des courbes de transfert de charges 84 2.7.3 Méthodes empiriques 86 2.8 Capacité portante de groupe des pieux sous charges axiales 87 2.8.1 Comportement d'un groupe de pieux 87 VII 2.8.2 Coefficient d'efficacité et capacité portante basée sur Ce 87 2.8.3 Groupe de pieux dans les sols cohérents 88 2.8.4 Groupe de pieux dans les sols sans cohésion 89 2.9 Tassement d'un groupe de pieux 90 2.9.1 Méthodes de calcul de tassements 91 CHAPITRE 3 FONDATION PROFONDE SOUS CHARGES LATÉRALES 99 3.1 Introduction 99 3.1.1 Comportement du sol et du pieu sous chargement latéral 99 3.1.2 Valeurs proposées pour le module de réaction du sol 100 3.2 Pieu isolé sous charges latérales 102 3.2.1 Méthodes à la rupture 102 3.2.2 Confrontation des méthodes à la rupture 102 3.2.3 Méthode de Broms 104 3.2.4 Équations pour le calcul de//„ et j;^ par la méthode de Broms 106 3.2.5 Dimensiormement et vérification par la méthode de Broms 109 3.2.6 Méthode basée sur la théorie de Winkler 118 3.2.7 Modélisation par ressorts élasto-plastiques 121 3.2.8 Modélisation par ressort non linéaire utilisation de logiciels de calcul 127 3.3 Groupe de pieux sous charges latérales 134 3.3.1 Introduction 134 3.3.2 Approches d'analyse 136 3.3.3 Conclusion 144 CHAPITRE 4 APPLICATIONS NUMERIQUES 146 4.1 Données générales 146 4.1.1 Description du projet 146 4.1.2 Stratigraphie du sol et paramètres géotechniques au niveau du Pilier 3 147 4.1.3 Coefficients de réaction latérale 148 4.1.4 Sollicitations au niveau de la semelle du Pilier n° 3 149 4.1.5 Caractéristiques des pieux (caissons) et de la semelle 149 4.2 Analyse 149 4.2.1 Distribution des efforts dans les pieux 149 4.2.2 Interaction entre les pieux - Effet de groupe 151 4.2.3 Capacité axiale des pieux dans le till 153 4.2.4 Charge latérale 154 CONCLUSION 157 VIII RECOMMANDATIONS 159 ANNEXE I TABLEAUX DES VALEURS DES COEFFICIENTS D'EFFICACITE BASÉES SUR DES TESTS SUR DES GROUPES DE PIEUX SOUS CHARGES LATÉRALES 160 ANNEXE II CAISSONS FORES DANS LE ROC 162 ANNEXE m DIAGRAMMES DES RESULTATS AVEC VISIUAL DESIGN 164 ANNEXE IV TABLEAUX RECAPITULATIFS DES RESULTATS AVEC VISUAL DESIGN 171 ANNEXE V CONVENTION DE SIGNE DE LPILE 176 ANNEXE VI DIAGRAMMES DES RESULTATS AVEC LPILE 177 ANNEXE VII TABLEAUX RECAPITULATIFS DES RESULTATS AVEC LPILE 180 BIBLIOGP^\PHIE 181 LISTE DES TABLEAUX Page Tableau 1.1 Classification des pieux 26 Tableau 1.2 Choix du type de pieux selon la nature du sol 27 Tableau 1.3 Facteurs influençant (p 28 Tableau 2.1 Les contraintes horizontales ah 42 Tableau 2.2 Enveloppes de déplacement du sol 44 Tableau 2.3 Mesure et prédiction de changements des Cu et w avec le temps après battage 47 Tableau 2.4 Résumé des méthodes de calcul pour les résistances unitaires de pointe qp,uit^^ le long du fut qjz pour les pieux battus dans le sable uploads/Science et Technologie/ calcul-capacite-portante-a-partir-cpt-et-spt-bakour-azzeddine-web.pdf