Revue du dimensionnement des fondations
profondes d’un immeuble R+6 au Cap Manuel

Fondations semi-profondes et profondes

Définition 

Lorsque les charges apportées par un ouvrage sont élevées et que les terrains superficiels sont très compressibles (vases, tourbes, argiles moles..), des fondations semi profondes (puits) ou profondes (pieux) sont utilisées afin d’atteindre le terrain compact-résistant en profondeur. 

 Fondations semi profondes

 D’après le DTU 13.2, une fondation semi-profonde ou puits satisfait les conditions suivantes: 4 ≤ D/Φ ≤ 10 et 3,0 m ≤ D < 8,0 m D : profondeur d’ancrage Φ : diamètre de la tête du puits (Φ ≥ 0,6 m) Les puits sont des fondations creusées à la main. Les moyens de forage employés exigent la présence d’hommes au fond du puits.

 Fondations profondes

 D’après le DTU 13.2, une fondation profonde de type pieu doit satisfaire aux exigences dimensionnelles suivantes : 10 ≤ D/Φ ≤ 50 et 8,0 m ≤ D ≤ 30,0 m 21 D : profondeur d’ancrage Φ : diamètre du pieux (Φ variable : 0,6 ; 0,9 ; 1,0 ou 1,2 m) Un pieu est une fondation élancée qui transmet les charges de la structure sur une couche de terrain de caractéristiques mécaniques suffisantes pour éviter la rupture du terrain et limiter les tassements à des valeurs très faibles (figure 11). Les trois parties principales d’un pieu sont la tête, le fût et la pointe. La longueur d’encastrement h correspond à la longueur de pénétration du pieu dans la couche porteuse. La profondeur d’ancrage est D tandis que la profondeur d’ancrage équivalent est De. Figure 11: Caractéristiques géométriques des pieux (Plumelle, 2005, modifiée) 

 Types de pieux et micropieux 

 Pieux Le DTU-13.2 distingue plusieurs groupes de pieux (tableau II) : – les pieux mis en œuvre sans refoulement du sol ; – les pieux mis en œuvre avec refoulement du sol. Les pieux forés se situent dans le premier groupe et les pieux battus dans le second. 22 Tableau II: Classification des pieux (DTU 13.2) Groupe Classe Technique de mise en œuvre Caractéristiques Sans Refoulement du Sol Pieux forés Foré simple (pieux et barrettes) Ce procédé qui n’utilise pas de soutènement de parois ne s’applique que dans les sols suffisamment cohérents et situés audessus des nappes phréatiques. Profondeur maximale 20m Foré boue (pieux et barrettes) Un forage est exécuté dans le sol par des moyens mécaniques (tarière, benne, etc.) sous protection d’une boue de forage (bentonite). Foré tubé Le forage est exécuté dans le sol par des moyens mécaniques (tarière, benne, etc.), sous protection d’un tubage dont la base est toujours située au-dessous du fond du forage. Tarière creuse L’emploi de ces types de pieux exige une reconnaissance préalable du sol suffisamment dense afin de bien cerner les variations de niveau de la couche d’ancrage. Vissé moulé Même exigence que les pieux à tarière creuse. Pieu injecté haute pression C’est un pieu de diamètre supérieur ou égal à 250 mm. Le forage est équipé d’armatures et d’un système d’injection Avec Refoulement du Sol Pieux façonnés à l’avance Battu béton préfabriqué ou précontraint le terme battu recouvre tous les moyens utilisés pour enfoncer les pieux dans le sol par battage ou par vibrations. Les pieux sont façonnés à l’avance. Métal battu Les pieux métalliques sont constitués d’acier avec des sections en forme H ou en forme quelconque obtenue par soudage de palplanches. Tubulaire précontraint Le pieu est constitué d’éléments tubulaires en béton légèrement armé assemblés par précontrainte antérieurement au battage. Les éléments ont généralement 1,5 à 3,0 m de longueur et 0,70 à 0,90 m de diamètre intérieur. Battu enrobé L’âme du pieu est métallique (acier) et constituée : – par des tubes d’acier de 150 à 500 mm de diamètre extérieur ; – par des profilés H ; Pieu battu ou vibrofoncé injecté haute pression Il est utilisé lorsque les conditions de terrains autorisent ce type de mise en œuvre, de largeur supérieure ou égale à 250 mm. Pieux à tube battu exécutés en place Battu pilonné Un tube, muni à sa base d’un bouchon de béton ferme, est enfoncé par battage sur le bouchon. Le diamètre nominal du pieu est le diamètre extérieur du tube au niveau du bouchon. Battu moulé Un tube muni à sa base d’une pointe métallique, ou en béton armé, ou d’une plaque métallique raidie, ou d’un bouchon de béton, est enfoncé par battage sur un casque placé en tête du tube ou par battage sur le bouchon de béton. 23 L’organigramme de la figure 12 nous donne de façon synthétique les différents types de pieux à l’instar du tableau II. Figure 12: Classification des différents types de pieux (www.slideshare.com)

 Micropieux

 Le terme de micropieu se réfère à l’ensemble des procédés de fondation par forage caractérisés par un élément porteur de faible diamètre (inférieur à 250 mm). Le micropieu est un élément porteur en acier : poutrelles, tube à paroi épaisse, armatures frétées scellées dans un coulis. Vu le faible diamètre du forage, l’effort de pointe n’est pas pris en compte pour ce type de fondation. Selon le DTU- 13.2, il y a quatre types de micropieux dont les caractéristiques principales sont les suivantes :  Type I Le forage est équipé ou non d´armatures et rempli d´un mortier de ciment au tube plongeur. Le tubage est ensuite obturé en tête et l´intérieur du tubage au-dessus du mortier mis sous pression. Le tubage est récupéré en maintenant la pression sur le mortier. Ce procédé ne peut être employé dans les terrains comportant des cavités ou des fissures importantes sans remplissage préalable. Dans les sols mous, ce type de pieu doit être vérifié au flambement. 24  Type II Le forage est équipé d´une armature et rempli d´un coulis ou de mortier de scellement par gravité ou sous une très faible pression au moyen d´un tube plongeur. Il peut transmettre des efforts importants et l´armature peut être constituée par : – un tube à paroi épaisse ; – des barres d´acier raccordées bout à bout ; – un faisceau de barres en acier placées à l´intérieur d´un tube en acier de limite élastique comparable. Dans les sols mous, ce type de pieu doit être calculé au flambement. Lorsque la nature du sol le permet, le forage peut être remplacé par le lançage, le battage ou le fonçage. Le dosage minimal du coulis de scellement est de 1 200 kg de ciment par m3 de coulis.  Type III Il se différencie du type II par la présence d´un système d´injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. L´injection est faite en tête à une pression supérieure ou égale à 1 MPa (mesurée en tête du tube). L’injection est globale et unitaire (IGU).  Type IV Pour ce type, on procède à l´injection à l´obturateur simple ou double d´un coulis ou mortier de scellement à une pression d´injection supérieure ou égale à 1 MPa. C’est une injection est répétitive et sélective (IRS). Conclusion partielle Le choix d’un type de fondation dépend directement du terrain et de la taille de l’ouvrage. Lorsque le sol d’assise se situe à une profondeur telle qu’il ne pas être atteint par des moyens classiques, les charges sont reportées sur lui par l’intermédiaire des fondations profondes. Pour cela, on utilise généralement des pieux et micropieux, afin de prendre appui sur le bon sol situé en profondeur.

Essais d’identification 

 Analyse granulométrique 

L’analyse granulométrique d’un sol a pour but de déterminer, en poids, la distribution des particules des sols suivant leurs dimensions. Selon l’échantillon à analyser, elle comprend deux opérations : – Le tamisage pour des particules minérales de dimension supérieure ou égale à 0,08 mm (NF P94 056) ; – La sédimentométrie pour des particules minérales de dimension inférieure à 0,08 mm (NF P94 057). 

 Limites d’Atterberg 

Les limites d’Atterberg (la limite de plasticité et la limite de liquidité) sont des teneurs en eau définies sur la fraction des grains de sols fins (diamètre inférieurs à 0.4 mm), destinés à identifier un sol et à caractériser son état au moyen de son indice de consistance (norme NF P 94 051). Selon la teneur en eau, le sol se comportera comme un solide, un matériau plastique ou un liquide. On détermine plus particulièrement les valeurs suivantes : – la limite de liquidité (Wl) qui caractérise la transition entre l’état plastique et l’état liquide ; – la limite de plasticité (Wp) caractérisant la transition entre l’état solide avec retrait et l’état plastique. La détermination des limites d’Atterberg permet de calculer les deux indices suivants: – indice de plasticité : 𝐈𝐩 = 𝐖l− 𝐖𝐩 – indice de consistance : 𝐈𝐜 = (𝐖𝐥−𝐖sat)/𝐈𝐩 avec Wsat : teneur en eau naturelle du sol 4.1.3 Teneur en eau Selon la norme NF P 94 050, la teneur en eau se détermine par dessiccation d’un échantillon maintenu à l’intérieur d’une étuve réglée à 105 °C pendant un temps suffisant (24 h pour les échantillons sableux, 48 h pour les échantillons argileux). 

Poids volumiques humide et sec

 L’essai est décrit par la norme NF P 94 053. Il s’agit de déterminer soit le volume V de l’échantillon connaissant son poids W, soit réciproquement le poids de l’échantillon connaissant son volume. – En connaissant le poids : l’échantillon est au préalable enrobé de paraffine pour éviter toute imbibition d’eau. L’immersion permet de procéder à la mesure de la poussée hydrostatique et de déterminer son volume. – En connaissant le volume : l’échantillon est prélevé à l’aide d’un carottier de dimension et de poids connus. Après la pesée, le poids volumique γh est calculé. Il est ensuite placé à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau w et le calcul du poids volumique sec γd. 

 Essais mécaniques 

 Essai de résistance à la compression simple

 L’essai permet de mesurer la résistance en compression simple Rc d’une éprouvette de roche. Il est décrit par la norme NF P 94 420 

 Essai œdométrique

 Décrit par la norme XP P 94 091, l’essai consiste à mesurer les variations de hauteur d’au moins 4 éprouvettes issues d’un même échantillon, placées dans des cellules œdométriques, soumises à des contraintes différentes et mise en présence d’eau. La pression de gonflement σg est mesurée. 4.3 Résultats et interprétation Le calage des valeurs obtenues lors des essais de laboratoire, avec la lithologie observée au niveau des sondages carottés montrent que le terrain est constitué en surface d’une couche de sable argileux avec des concrétions de latérite reposant sur de la latérite avec un soubassement de marne argileuse renfermant des concrétions latéritiques. Les résultats d’investigation tant sur le terrain comme au laboratoire (tableau V) indiquent : • Marne argileuse compacte : Son apparition en profondeur est à 7,00 m en moyenne. Les résultats des mesures de résistance à la compression simple enregistrés varient entre 0,28 MPa et 0,77 MPa. Ce qui traduit la présence de bancs durs à moins durs. – Cette couche compacte accuse une pression limite nette (Pl* ) variant entre 2,86 MPa et 4,24 MPa et un module E compris entre 45 et 120 MPa .