Cours Gratuit
Plan de travail
Pour atteindre l’objectif visé, le travail est divisé en quatre chapitres en plus d’une introduction et des conclusions.
Le chapitre 1 concerne une introduction générale qui situe le contexte du sujet, son importance et le plan de travail mis en œuvre
Le chapitre 2 concerne l’étude bibliographique qui est composé de deux parties
• La 1ere partie concerne des généralités sur les pieux et leurs utilisation ; (définitions – classifications – dimensionnements …..)
• La 2eme partie concerne étude du comportement des pieux sous charges verticales et latérales de type monotones.
Le chapitre 3 concerne les méthodes d’analyses des pieux Quant au chapitre 4 : il présente une méthode simplifiée de calcul de la réponse dynamique des pieux en se basant sur la déformée produite par un mouvement de sol
Cette méthode simplifiée consiste à définir l’équation de la déformée du profil de sol homogène ou multicouche correspondant au mode fondamental d’oscillations libres de la colonne de sol et à déterminer efforts M,T sous une telle déformation sismique uniposée, en faisant l’hypothèse que le pieu est articulé en pied et encastré en tête.
Annexe est relatif a la modélisation d’un pieu isolé soumis a un mouvement de sol déformé.
Le Chapitre 05: simulation numérique : Ce chapitre a pour objectif de faire une comparaison entre les résultats de la méthode simplifiée avec ceux donnés par la simulation numérique. Pour pouvoir tirer des conclusions adéquats on fait varier plusieurs paramètres : séismicité de la zone, caractéristiques du sol, (E, densité) vitesse de cisaillement.
Généralités
Introduction
Les fondations profondes permettent de reporter les charges d’un ouvrage au niveau des couches situées entre profondeur. Elles sont en général utilisées quand la résistance des couches des terrains superficielles n’est pas suffisante pour supporter les charges transmises par une fondation superficielle ou que les tassements induits par ce type sont trop importants
Les pieux et les micropieux (ou fondations profondes) permettent de profiter des couches résistantes, sur des sites présentant des caractéristiques mécaniques insuffisantes, pour la reprise des efforts transmis par les ouvrages. Ces efforts sont repris par l’inclusion sous forme de frottement latéral, mobilisé le long du fût du pieu, et de la résistance en pointe.
Les pieux et les micropieux se différencient essentiellement par leur dimension et leur utilisation.
Définition Et Terminologie
Définitions de la fondation profonde
Une fondation profonde est caractérisée par la manière dont le sol est sollicité pour résister aux charges appliquées.
– résistance en pointe
– par frottement latéral
– résistance de pointe et frottement latéral (cas courant)
Ses dimensions sont définies par:
– D : Longueur de fondation enterrée dans le sol
– B : largeur de la fondation ou diamètre
Au-delà de D/B> 6, et D> 3, nous sommes dans le domaine des fondations profondes fig (2.1).
D’une manière générale, les fondations profondes sont souvent désignées par le terme de « pieu» Un pieu est une fondation élancée qui reporte les charges de la structure sur des couches de terrain de caractéristiques mécaniques suffisantes pour éviter la rupture du sol et limiter les déplacements à des valeurs très faibles. Le mot pieu désigne aussi bien les pieux, les puits et les barrettes.
On désigne par pieu, une fondation profonde réalisée mécaniquement et par puits une fondation profonde creusée à la main sous la protection d’un blindage.
Une barrette est un pieu foré de section allongée ou composite (en T ou en croix par exemple)
Les trois parties principales d’un pieu sont
• La tête,
• La pointe,
• Le fût compris entre la tête et la pointe.
La longueur d’ancrage h est la longueur de pénétration du pieu dans les couches de terrain résistantes.
D’un point de vue mécanique on distingue la longueur D du pieu de la hauteur d’encastrement mécanique De.
Cette valeur de De tient compte du fait que les caractéristiques mécaniques de la couche d’ancrage sont nettement supérieures à celles des sols de couverture traversés par le pieu fig(2.2).
Classification Des Pieux
Le pieu est fonction de son mode d’exécution, donc on distingue trois grandes classes de fondations profondes:
Les pieux mis en place par refoulement du sol
Ils concernent les pieux battus (catégories 1 et 2) et les pieux foncés (catégorie 5) :
Ce sont des pieux soit façonnés à l’avance soit à tube battu exécutés en place. Pour les premiers il s’agit essentiellement de pieux en métal et de pieux préfabriqués en béton armé, pour les seconds de pieux battus moulés. Les pieux métalliques sont généralement sous forme de tube ou en forme de H. Les tubes peuvent être ouverts ou fermés à leur base. Les pieux métalliques sont mis en oeuvre par battage ou par vibration.
Les pieux en béton armé sont fabriqués sur des aires proches du chantier. Ils sont mis en œuvre par battage ou par vibration.
Les pieux mis en place sans refoulement du sol
Ils concernent les pieux forés et les puits (catégories 3 et 4). Leur mise en place se fait par substitution. Ce qui à pour effet de remanier le sol et de le décomprimer. Le frottement latéral est donc diminué, sauf pour certains types de mise en œuvre (pieux exécutés à la tarière creuse, ou vissés moulés).
Leur exécution nécessite un forage préalable exécuté dans le sol avec les outils appropriés avec ou sans protection d’un tubage ou de boue permettant d’assurer la stabilité des parois du forage.
Après mise en place, si nécessaire, de la cage d’armatures, le pieu est bétonné en utilisant une colonne de bétonnage, selon la technique du tube plongeur qui descend jusqu’à la base du pieu.
On fera une place à part aux pieux à la tarière creuse qui ont connu un très fort développement ces dix dernières années et qui sont très utilisées dans les fondations de bâtiment. Le principe consiste à visser dans le sol une tarière à axe creux sur une longueur totale au moins égale à la longueur du pieu à réaliser, puis à l’extraire du sol sans dévisser pendant que, simultanément, le béton est injecté par l’axe creux de la tarière. On distingue trois types de tarière creuse : les tarières creuses sans enregistrement des paramètres de forage et de bétonnage (type 2), les tarières creuses (type 2) avec enregistrement des paramètres de forage et de bétonnage (profondeur, pression de béton, quantité de béton), et ces mêmes tarières équipées en plus d’un tube de bétonnage télescopable rétracté pendant la perforation et plongeant dans le béton pendant le bétonnage (type 3) Ces pieux ne peuvent, évidemment, être armés qu’après l’opération de bétonnage. La mise en place des armatures sous leur propre poids ou par vibration devient délicate pour des pieux d’une longueur supérieure à 22 -25m.
Au-delà, des techniques de béton armé de fibres en acier ont été développées et permettent d’injecter directement dans le sol les fibres mélangées au béton. Grâce à l’amélioration spectaculaire du matériel de forage on peut exécuter des pieux de 600 à 2200mm de diamètre jusqu ’à des profondeurs allant jusqu’à 30-35m. Actuellement les pieux à la tarière creuse sont parmi les moins chers sur le marché français.
Les fondations injectées
Elles concernent les parois moulées, les barrettes.
D’autres types de fondations existent, mais ils sont plutôt classés comme renforcement de sol:
– Les colonnes de Col-mix (mélange de sol en place et de liant à l’aide de deux tarières creuses)
– Les colonnes dejet-grouting (forage puis injection de liant haute pression en remontant)
– Les colonnes ballastées (fonçage d’un vibreur puis injection à l’air comprimé de ballast (40/80 mm) en remontant)
– Les picots de sable (fonçage d’un tube de petit diamètre, puis introduction de sable vibrocompacté
– Les plots pilonnés (excavation à la pelle mécanique, puis introduction de matériaux granulaires sains subissant un pilonnage intensif)
Différentes catégories de pieux
Les documents réglementaires classent les pieux selon les catégories ci-dessous
1 – Pieux façonnés à l’avance
Battu préfabriqué
Métal battu
Tubulaire précontraint
Battu enrobé
Battu ou vibrofoncé, injecté haute pression
2 – Pieux à tube battu exécuté en place
Battu pilonné
Battu moulé
3 – Pieux forés
6 – Micro-pieux de diamètre inférieur à 250 mm
Un micropieu est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm, généralement entre 76 et 200 mm, qui comporte des armatures centrales scellées dans un coulis de ciment. Ils travaillent seulement en compression ou en traction. A l’origine ils étaient destinés à reprendre des charges de 150 à 250 kN, actuellement ils peuvent atteindre 1000 kN. L’emploi des micropieux a été introduit en France par l’entreprise FONDEDILE (entreprise internationale italienne) dans les années 1960, puis repris et développé avec les techniques propres aux entreprises françaises et européennes. On classe en France, (DTU 13.12 et fasc. 62-titre V), suivant le matériel de forage et les techniques d’injection 4 types de micropieux.
Détermination De La Charge Limite D’un Pieu Isole
Considérons un pieu isolé soumis à une charge verticale. Le pieu traverse différentes couches de sol de qualité plus ou moins bonnes pour s’ancrer dans une couche de sol aux caractéristiques mécaniques favorables.
Cette couche s’appelle couche d’ancrage ou substratum résistant.
La charge limite du pieu QU, est obtenue en additionnant la charge limite de pointe QPU, qui correspond au poinçonnement du sol sous la base du pieu et la charge limite QSU mobilisable par le frottement latéral entre le sol et le pieu :
COMPORTEMENT MECANIQUE DES FONDATIONS PROFONDES ISOLEES SOUS CHARGEMENT MONOTONE
Lorsqu’un pieu est chargé axialement en tête, à la rupture, la charge limite (QT lim) est équilibrée par les réactions limites du sol (fig 2.8) soit :
Avec :
L’expression (2.7) requiert une bonne connaissance du comportement sol-structure pour la détermination du frottement latéral limite QS lim et de la résistance en pointe limite QP lim et donc la prise en compte de très nombreux paramètres influençant le comportement de ces fondations, notamment le comportement du sol au voisinage du pieu au cours de l’installation et du chargement. La fig(2.8) montre également une courbe typique de chargement d’un pieu isolé. La charge limite, sur la courbe effort-déplacement, est généralement définie comme celle correspondant à un déplacement en tête égale à d/10 (d étant le diamètre du pieu) (AFNOR, 1994).
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