essais in situ et calcul des pieux pieux

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approche analytique par les test géotechniques in-situ, leur importance et leur efficacité dans le calcul de la capacité portante des pieux

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  • essais " i n s i t u " et fondat ions sur p ieux

    par J. JEZEQUEL Ingnieur E.NJS.M.

    Assistant

    et G. GOULET D.ES.T. de l'Universit de Rennes

    Oprateur au Laboratoire Rgional

    de Saint-Brieuc

    I N T R O D U C T I O N

    par H. KARST Ingnieur des Ponts et Chausses

    Chef de la Section des Sols du Laboratoire Central

    L'Ingnieur Matre d'uvre est souvent embarrass devant un problme de fondation. Le comportement du sol, le matriau le plus complexe utilis dans le Gnie Civil, sont mal connus et les ractions de la structure sur ce sol sont aussi trs mal connues. De plus, le sol de fondation doit tre pris tel qu'il se trouve en place et rares sont les cas o il est possible de remplacer ce sol.

    Le premier choix qui se pose l'Ingnieur, celui des fondations superficielles ou profondes, doit tre abord par la question de savoir si les fondations peuvent tre superficielles. En effet, la fondation superficielle est gnralement plus conomique, mais galement son comportement sur un sol, c'est--dire la liaison entre la structure et le sol, est beaucoup mieux connue que dans le cas d'une fondation profonde. Mettre des pieux sous un ouvrage sous prtexte que le sol parat douteux, peut tre un mau-vais remde.

    Mais il se peut que les fondations superficielles ne soient pas possibles et on doit alors s'orienter vers des fondations profondes.

    Comment calculer une fondation profonde ? Est-il possible de dterminer le type, la profondeur et le nombre de pieux sous un ouvrage pour que la fondation puisse tre considre comme bonne, c'est--dire que la scurit par rapport une ventuelle rupture ou des tassements excessifs, soit suffisante, sans tre trop leve. Dans l'tat de nos connaissances, il faut avouer en toute honntet que la Mcanique des Sols n'a pas encore apport de mthode sre, simple et infaillible.

    Mais, bien entendu, on pose des milliers de pieux et, trs gnralement, les structures bties sur les fondations profondes se comportent fort bien. Bien sr, il y a quelques incidents, et une tude a posteriori permet toujours d'expliquer les causes de la rupture, mais il est trs difficile' de les prvoir au moment de la construction.

    Comment un pieu transmet-il sa charge au sol qui l'entoure ? Comment le sol se dforme-t-il et quelle est l'influence de cette dformation sur le pieu ? Comment agit un groupe de pieux par rapport l'action d'un pieu unique ? Comment varie la charge portante avec le temps ?

    3-1

    B u l . L i a i s o n L a b o . P. e t C h . n 12 - M a r s - A v r i l 1 9 6 5 - r f . 2 5 0

    a_3_liTexte surlign

  • De nombreux chercheurs ont essay de rsoudre ces problmes. Les mthodes proposes vont d'une thorie mathmatique complexe des rgles purement empiri-ques, mais le simple fait de constater qu'il y a de trs nombreuses thories montre qu'aucune n'est entirement satisfaisante.

    Il est possible, par exemple, d'essayer de connatre l'action d'un pieu sur le sol en partant d'une bonne connaissance des proprits rhologiques des sols, essentiel-lement partir d'essais de laboratoire et d'appliquer une thorie plus ou moins scien-tifique base sur un matriau idal, sur des essais en modle rduit ou en vraie gran-deur.

    Ou bien, on peut songer essayer le pieu, sous la forme d'un essai statique de charge par exemple.

    Ou bien, on peut estimer que seule une bonne et solide exprience est suffisante et ncessaire pour dimensionner approximativement des fondations profondes.

    La mthode vers laquelle s'est rsolument engag le Laboratoire Rgional de Saint-Brieuc, et qui est dcrite dans l'article de MM. Jezequel et Goulet, est une appro-che semi-scienlifique base sur les rsultats d'essais in situ , obtenus en utilisant un pntromtre et le pressiomtre. Cette mthode parat a priori sduisante, puisqu'elle consiste essayer de reproduire sur le sol rel dans lequel les pieux seront enfoncs, un phnomne plus ou moins quivalent celui de l'action du pieu. Le pntromtre, comme le pressiomtre, peuvent tre considrs comme de vritables pieux en modle rduit.

    Est-ce dire que le problme est rsolu pour autant ? Probablement pas.

    Le pntromtre permet de sparer les deux termes : rsistance de pointe et frot-tement latral, dans la mesure o la division en effort de pointe et frottement latral, correspond une ralit pour le pieu. Mais est-il possible d'extrapoler les rsultats obtenus par cet appareil sur un pieu en vraie grandeur, alors que les lois de simili-tude du sol sont particulirement mal connues.

    De la mme faon, on peut se demander si le pieu transmet sa charge au sol comme le fait le pressiomtre, c'est--dire sous la forme d'un champ de contraintes cylindriques ou dviatoriques. C'est probablement exact en partie, mais pas entire-ment.

    L'article de Sainl-Brieuc montre bien d'ailleurs que, partir d'une thorie scien-tifique plus ou moins labore, on est oblig d'introduire des coefficients empiriques dpendant de la nature du sol. Le danger consiste extrapoler ces coefficients tous les types de sol.

    Mais il n'en reste pas moins que le calcul des pieux partir d'essais in situ, condition de ne pas considrer les rsultats comme absolus et de se baser sur une bonne exprience, permet d'obtenir des rsultats satisfaisants ; comme il est possible galement d'obtenir des rsultats satisfaisants partir d'autres mthodes, essais de sol en laboratoire ou essais de charge par exemple, mais toujours en prenant en compte, par son exprience, et avec esprit critique, les diffrents facteurs qui ne peuvent tre introduits dans une thorie.

    Et c'est bien l'Art de l'Ingnieur que de ne pas se fier entirement des rsul-tais d'essais ou une thorie, aussi labore soit-elle.

    H. KARST

    Le Laboratoire Rgional de Saint-Brieuc est frquemment appel, soit effectuer des tudes prlimi-naires de fondations sur pieux, soit effectuer le contrle de telles fondations.

    Nous prsentons ici un cas concret de contrle rapide et peu onreux, qui nous permet d'exposer la mthode que nous appliquons dans les cas courants et les possibilits des essais in situ en la matire. On notera certaines interpolations, voire extrapolations, mais le lecteur habitu aux tudes de sols reconnatra l le lot quasi journalier de ses difficults.

    3-2

    a_3_liTexte surlign

    a_3_liTexte surlign

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  • ^ 1 Bouchon ^ 1

    I

    Niveau de battage e

    Fig. 1 - Procd Franki - schma de principe.

    1-a) Un bouchon de bton trs sec est battu l'intrieur d'un tube qui formera fourreau pro-visoire.

    1-b) En poursuivant le battage, le bouchon pntre dans le terrain en entranant le tube par frot-tement.

    1-c) Le bouchon est bris et par pilonnage de bton, sans relever le tube, un bulbe se forme au niveau de fondation choisi.

    1-d) Btonnage du ft et relvement progressif du tube formant fourreau.

    1-e) Pieu Franki termin.

    Il s'agit de construire sur le terre-plein du port de Concarneau (Finistre) un btiment trois niveaux. Le matre d'oeuvre fai t directement appel la Socit des pieux Franki qui a dj ralis avec succs les fondations d'un ouvrage adjacent (pieux de 50 cm de diamtre nominal descendus jusqu' 15 16 mtres sur le bon sol ).

    Le principe du procd Franki est illustr par la f ig . I. Rappelons que par application d'une formule de battage on peut, lors de la mise en place du tubage, dduire une valeur approche de la rsistance du terrain la pntration dynamique.

    Dans le cas qui nous intresse les caractristiques de battage taient les suivantes (machine type XVII) (fig. 2) :

    Fig. 2 - La machine Franki (type XVII) et le pntromtre statique (Gouda 10 t).

    Poids du mouton

    Hauteur de chute

    Masse frappe

    M 3,3 tonnes

    h = 4 mtres

    P 4,7 tonnes

    Une courbe de battage est reprsente figure 3. Elle montre un pieu battu au refus absolu de la machine Franki : on a port en ordonne la profondeur, en abscisse sur une chelle homographique le refus pour dix coups de mouton et en correspondance la rsistance unitaire la pntration dynamique.

    Cette rsistance est obtenue par application de la formule des Hollandais :

    M 2 h

    o : ^ = K * (M + ^

    e : est le refus, c'est--dire l'enfoncement moyen par coup au cours d'une vole de 10 coups de mouton.

    3O0 R d ( n * c u r i t )

    Fig. 3 - Battage d'un tubage 0 500 au refus absolu de la machine type XVII.

    Cette formule est simple, pratique et donne des rsultats acceptables pour des refus suprieurs 2 mm (2 cm pour la vole de contrle). En dessous de cette valeur, elle est t rop optimiste car la fraction d'nergie dpense par pertes diverses notamment lasticit du pieu est non ngligeable au devant de l'ner-gie rellement dpense pour enfoncer le pieu. La formule des Hollandais doi t tre corrige en cons-quence (formules de l'Engineering News...) [ I ] .

    Le coefficient de scurit habituellement choisi est de K = 6 que l'on peut dcomposer, en premire approximation, en K1 = 2 correspondant au rapport entre la rsistance dynamique et la rsistance sta-tique la rupture et tenant compte de pertes diver-ses ; et K 2 = 3, coefficient de scurit habituel per-mettant de passer de l'tat de rupture statique au taux de travail de la fondation.

    Au cours du chantier, le refus absolu des pieux n'a pu tre obtenu que dans une zone bien localise. Sur la f igure 6a nous avons reprsent une courbe de battage pour laquelle le tubage a atteint la cote

  • 19,50 m sans amlioration sensible de rsistance. Pour des raisons technologiques il n'est pas commode, pour les pieux Franki 0 500, de dpasser la longueur de 20 mtres. Aprs examen de la courbe de battage, il est dcid d'arrter tous les pieux 17,50 m et le matre d'uvre demande au Laboratoire d'en contr-ler la portance.

    Ce genre de surprise n'est pas rare dans les sol

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