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Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2012–Bordeaux 4-6 juillet 2012

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JUSTIFICATION DE LA PORTANCE DES PIEUX AVEC LA NORME « FONDATIONS PROFONDES » NF P 94-262 ET LE PRESSIOMETRE

DESIGN OF PILE BEARING CAPACITY WITH THE STANDARD “DEEP

FOUNDATIONS” NF P 94-262 AND THE PRESSUREMETER TEST

François BAGUELIN2, Sébastien BURLON1, Michel BUSTAMANTE1, Roger

FRANK1, Luigi GIANESELLI1, Julien HABERT1, Sophie LEGRAND1

1 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement, et des Réseaux (IFSTTAR), Paris, France2 Fondasol, Paris, France

RÉSUMÉ — Dans le cadre de l’application de l’Eurocode 7, la norme d’application

nationale française relative aux fondations profondes NF P 94-262 est sur le point de

se substituer aux anciennes règles de calcul pour les ouvrages d’art (Fascicule 62

Titre V) et les bâtiments (DTU 13.2). Les méthodes de calcul présentées dans cette

norme prennent en compte une évolution de la détermination empirique de la

résistance d’une fondation profonde à partir des données pressiométriques, validée

par l’exploitation de la base d’essais de chargement statique de pieux de l’IFSTTAR.

Cette évolution est justifiée par l’étude statistique du rapport entre la « résistance

calculée » et la « résistance mesurée » d’un pieu. Elle permet l’ajustement des

valeurs des paramètres de la méthode de calcul (facteur de portance sous la base du

pieu et frottement axial unitaire) et la détermination du coefficient de modèle

traduisant la dispersion des règles de calcul proposées.

ABSTRACT — As part of the application of Eurocode 7, the French national

standard devoted to foundations NF P 94-262 is about to replace the former

calculation rules for bridges (Fascicule 62 Titre V) and buildings (DTU 13.2).

Calculation models presented in this standard take into account an evolution of the

empirical determination of the resistance of a deep foundation from pressuremeter

test results, validated with the database of static load tests of piles of IFSTTAR. This

evolution is justified by the statistical study of the ratio between the "calculated

resistance" and the "measured resistance". It allows the adjustment of the parameter

values of the calculation model (base resistance pressure and shaft friction) and the

assessment of the model factor which takes into account the scatter of the calculation

rules.

1. Introduction

La norme NF P 94-262, qui sera publiée au cours de l’année 2012, se substituant à

la fois au Fascicule 62 Titre V du CCTG et au DTU 13.2 introduit un certain nombre

de modifications dans la prévision de la portance d’une fondation profonde. Les

règles d’estimation de la résistance de pointe et du frottement axial, à partir de la


578

pression limite Ménard pLM ont été modifiées sur la base d’une nouvelle analyse des

données des essais de chargement archivées depuis plus de quarante ans à

l’IFSTTAR (Bustamante et Gianeselli, 2006). Une comparaison de ces règlements

est alors possible.

2. Calage des méthodes de calcul

2.1. Présentation de la base d’essais de chargement statique de pieux

Le calage de la méthode de calcul est basé sur l’exploitation de 1cent soixant-

quatorze essais de chargement statique en vraie grandeur réalisés depuis quarante

ans. Les pieux testés sont répartis, selon leur technologie de réalisation, en huit

classes et vingt catégories qui sont présentées dans le tableau 1. Deux groupes

complémentaires sont définis pour l’exploitation de la base de données : le groupe

G1 regroupant tous les pieux, hormis les catégories 10, 15 et 17 à 20 regroupées

dans le groupe G2.

Tableau 1 . Catégories et classes de pieux (Bustamante et Gianeselli, 2006).

Catégorie Technique de mise en œuvre Classe Groupe

1 Foré simple (pieux et barrettes)

1

G1

2 Foré boue (pieux et barrettes)

3 Foré tubé (virole perdue)

4 Foré tubé (virole récupérée)

5 Foré simple ou boue avec rainurage ou puits

6 Foré tarière continue simple rotation, ou double rotation 2

7 Vissé moulé 3

8 Vissé tubé

9 Battu béton préfabriqué ou précontraint

4 10 Battu enrobé (béton – mortier – coulis) G2

11 Battu moulé

G1 12 Battu acier fermé

13 Battu acier ouvert 5

14 Profilé H battu 6

15 Profilé H battu injecté G2

16 Palplanches battues 7 G1

17 Micropieu type I 1

G2 18 Micropieu type II

19 Pieu ou micropieu injecté mode IGU (type III) 8

20 Pieu ou micropieu injecté mode IRS (type IV)

Conventionnellement, cinq types de sol sont considérés (tableau 2). Le tableau 2

précise, par ailleurs, la répartition des différents essais en fonction de la classe de

pieu et du type de sol (situé sous la base de la fondation).


579

Tableau 2 . Répartition des essais par type de sol et type de pieu

Type de sol Classe du pieu

Groupe de pieux Total

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2

Argile Limon 10 13 8 18 9 4 8 0 67 3 70

Sable Grave 4 8 14 14 5 1 4 3 48 5 53

Craie 4 0 4 9 1 2 4 0 21 3 24

Marne et Calcaire Marneux

8 1 3 0 0 1 3 4 15 5 20

Roche altérée et fragmentée

4 0 0 0 0 0 0 3 4 3 7

Total 30 22 29 41 15 8 19 10 155 19 174

3. Procédures et méthodes de calcul de la portance d’un pieu

3.1. Procédures de calcul

Pour le calcul de la valeur caractéristique de la portance Rc ;k, la norme NF P 94-262

autorise, comme le recommande l’Eurocode 7, deux procédures distinctes qui gèrent

différemment la dispersion spatiale des données. Pour les deux procédures, il est

nécessaire de définir les valeurs de la pression résistante limite sous la base du pieu

qb et du frottement axial unitaire qs ;i dans la couche de sol i.

La procédure du « pieu modèle » (Frank et al, 2004) consiste à calculer N valeurs de

portance Rc (1) pour chaque pieu au droit des N sondages représentatifs disponibles.

La dispersion spatiale des données est gérée par l’introduction des paramètres 3 et

4 (2).

La procédure dite du « modèle de terrain » consiste à déduire la valeur de portance

Rc ;k (3) d’un pieu à partir d’un modèle géotechnique du site comprenant les valeurs

« représentatives » de qb et qs ;i.(4). Les valeurs des résistances de pointe Rb et de

frottement axial Rs sont alors calculées. Les termes Ab et As ;i désignent

respectivement la surface de la base et la surface latérale du pieu dans la couche i.

i

isisbbc qAqAR ,, (1)

43;

,

min;min

1 cc

dR

kc

RRmoyR (2)

kskbkc RRR;;; (3)

kbb

dR

bbkb qA

qAR

;

;

; et i

isis

dR

ks qAR;;

;

;

1 (4)


580

Indépendamment de la procédure de calcul utilisée, la portance de calcul Rc,d est

obtenue selon l’équation (5) où t dépend de l’état-limite ultime considéré et de

l’approche de calcul retenue. En France, où l’approche 2 est utilisée, la valeur du

facteur partiel t vaut 1,1. Par ailleurs, il est alors possible de définir le facteur global

de sécurité comme le produit « t. R ;d ».

t

kc

dc

RR

;

;

(5)

2.2. Méthode de calcul pressiométrique

Cette méthode de calcul, basée sur l’exploitation des résultats de l’essai

pressiométrique, conduit à corréler les valeur de qs ;i (6) et qb (7) avec respectivement

la valeur de la pression limite nette pLM* dans la couche de sol i et la valeur de la

pression limite équivalente pLM ;e* qui correspond à la moyenne géométrique des

valeurs de pLM* autour de la base du pieu (Figure 1 – les valeurs des coefficients kp et

pieu-sol sont détaillées dans la NF P 94-262) :

*

; LMsolsolpieuis pfq (6)

*

LMepb pkq (7)

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0 1 2 3 4 5 6

plM* (MPa)

f so

l (M

Pa)

Argiles/limons Sables/Graves

Craie Marne

Marno-calcaire/Roches

Figure 1 . Fonction fsol (NF P 94-262)

4. Exploitation de la base d’essais de chargement

4.1. Principes

L’analyse est principalement basée sur l’étude statistique du rapport entre la

« portance globale calculée » et la « portance globale mesurée » lors d'un essai de

chargement statique en vraie grandeur. La figure 2 présente, pour les pieux du


581

groupe G1, l’analyse statistique réalisée, qui peut être basée, soit sur l’étude de la

fréquence (histogramme) soit de la fréquence cumulée (fonction de répartition) de ce

rapport.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0-0

,05

0,0

5-0

,15

0,1

5-0

,25

0,2

5-0

,35

0,3

5-0

,45

0,4

5-0

,55

0,5

5-0

,65

0,6

5-0

,75

0,7

5-0

,85

0,8

5-0

,95

0,9

5-1

,05

1,0

5-1

,15

1,1

5-1

,25

1,2

5-1

,35

1,3

5-1

,45

1,4

5-1

,55

1,5

5-1

,65

1,6

5-1

,75

Rc,cal / Rc,mes

Fré

qu

ence

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Fré

qu

en

ce c

um

ulé

eMoyenne : 0,95

Ecart-type : 0,21

Fractile à 5 % : 1,28

Figure 2 . Analyse en fréquence et fréquence cumulée

4.2. Analyse de la portance « globale »

L’analyse de la distribution statistique du rapport entre la « portance globale

calculée » et la « portance globale mesurée » permet d’observer la dispersion des

différentes méthodes de calcul.

La figure 3 met en évidence l’optimisation des portances pour les pieux du groupe

G1 selon 4 méthodes. Plus ancien, le DTU 13.2 présente une dispersion importante

car, notamment, il ne gère pas les technologies de pieux récentes. La proposition de

Bustamante-Gianeselli de 2006 (courbe B-G) améliorait déjà les méthodes issues

des règlements actuels : Fascicule 62 et DTU 13.2. La méthode retenue dans la

norme NF P 94-262 accentue cette tendance et, par rapport à B-G 2006, améliore le

rapport « calculé / mesuré » du côté des surestimations ainsi que l’écart-type.

La dispersion de la méthode de calcul peut aussi être déterminée en fonction du

risque de mise en défaut toléré. Dans le cas présent, un niveau de sécurité

équivalent aux pratiques antérieures a été recherché notamment vis-à-vis du

Fascicule 62 titre V. Pour la vérification des ELU fondamentaux, celui-ci proposait un

unique facteur partiel global égal à 1,4. En considérant désormais le facteur partiel t

imposé par la norme NF EN 1997-1 pour l’approche de calcul 2, le modèle de calcul

pressiométrique du Fascicule 62 titre V était affecté implicitement d’un coefficient de

modèle égal à 1,4/1,1 =1,27, soit, d’après la figure 3, une probabilité de mise en

défaut de 17 %. Dans la norme NF P 94-262, le coefficient de modèle associé à cette

même probabilité est désormais égal à 1,15 pour le groupe G1.


582

1,15 1,27

83%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Rc,cal / Rc,mes

Fré

qu

en

ce

cu

mu

lée

NFP94-262

F62TV

DTU 13.2

B&G

Médiane Moyenne Ecart-typeNFP94-262 0,96 0,95 0,21

F62tV 0,90 0,99 0,36

DTU 13.2 1,03 1,34 1,52

B&G 0,96 0,96 0,24

155 essais

Figure 3 . Fonction de répartition de Rc,cal/Rc,mes pour les pieux du groupe G1

4.3. Analyse distincte selon les classes de pieux et les sols en pointe

Le calage a été réalisé de manière globale mais aussi plus précisément selon les

classes de pieux et/ou les types de sol. Par exemple pour les classes 1 et 4 et le

groupes G1, les fonctions de répartition obtenues sont similaires (Figure 4). En

revanche, la courbe obtenue pour le groupe G2 montre une dispersion plus élevée.

Cette démarche a été également menée pour les pieux dont la pointe est située dans

la craie, ce qui a permis de proposer dans la NF P 94-262 des coefficients de modèle

adaptée aux différents cas rencontrés (Tableau 3).

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5Rc,cal / Rc,mes

Fré

qu

ence

cu

mu

lée

Groupe 1 (tous sauf injectés) - 155 essais

Groupe 2 (pieux injectés) - 19 essais

Classe 1 (pieux forés) - 30 essais

Classe 4 (pieux battus) - 41 essais

Figure 4 . Fonctions de répartition de Rc,cal/Rc,mes pour les pieux des classes 1 et 4 et

des groupes G1 et G2


583

Tableau 3 . Valeurs des coefficients de modèle à considérer (NF P 94-262)

Groupe 1 Groupe 1 ancrés dans la craie Groupe 2

R;d 1,15 1,40 2,00

t 1,10

4.4. Analyse distincte des termes de pointe et de frottement

La réalisation d’essais de pieux avec une chaîne d’extensomètres (Jézéquel&al,

1972) permet d’avoir accès à la répartition entre les termes de résistance de pointe

Rb et de frottement axial Rs lorsque la rupture du pieu est atteinte. Le renseignement

de la base de pieux permet alors d’étudier distinctement les rapports Rb/Rc et Rs/Rc.

Le tableau 4 reporte les valeurs de ce ratio pour le groupe de pieux G1 et met en

évidence une surestimation générale de la résistance de pointe des pieux ce qui est

toutefois moindre dans la méthode de calcul de la norme NF P 94-262.

Il est aussi possible de mesurer la dispersion des valeurs des facteurs de portance

(114 valeurs) et des frottements axiaux unitaires (613 valeurs). La figure 5 présente

les fonctions de répartition des distributions statistiques des rapports « kp,cal /kp,mes »,

« qs,cal /qs,mes » et « Rc,cal /Rc,mes ». Ces éléments mettent en évidence une dispersion

plus importante des résistances locales par rapport à la résistance globale du pieu.

Tableau 4 . Répartition entre résistances de pointe et de frottement

Groupe de pieu Rapport Mesuré NF P 94-262 Fascicule 62 titre V DTU 13.2

G1 Rb/Rc 0,32 0,35 0,38 0,40

Rs/Rc 0,68 0,65 0,62 0,60

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0Ri,mes / Ri,cal

Fré

qu

ence c

um

ulé

e

Frottement axial

Facteur de portance

Portance globale

Figure 5 . Fonctions de répartition des distributions statistiques « kp,cal/kp,mes»,

« qs,cal/qs,mes» et « Rc,mes/Rc,cal»


584

5. Conclusions

La nouvelle norme NF P 94-262 comporte une évolution de l’estimation de la

résistance des fondations profondes. Les modifications apportées à la méthode de

calcul empirique basée sur les résultats de l’essai pressiométrique ont été

présentées. La validation de cette méthode repose sur l’exploitation de la base

d’essais de chargement statique de pieux de l’IFSTTAR. Sa comparaison aux

anciennes méthodes de calcul (Fascicule 62 titre V et DTU 13.2) ainsi que la

détermination du coefficient de modèle selon les exigences de l’Eurocode 7 ont été

détaillées. Des éléments complémentaires spécifiques à certains types de pieux

et/ou de sol ainsi que la répartition des résistances de pointe et de frottement axial

ont été présentés.

Ces résultats montrent que la réalisation régulière d’essais de pieux, le

renseignement de la base d’essais et son exploitation rigoureuse restent encore des

activités nécessaires pour l’ingénierie des fondations profondes. Ces activités doivent

permettre, entre autres, la prise en compte de nouvelles technologies de pieux, la

poursuite de la compréhension du comportement des pieux sous charge axiale, le

développement des méthodes de calcul françaises de portance basées sur

l’exploitation des résultats de l’essai pressiométrique ainsi que la validation des

méthodes de calcul de déplacement des pieux sous charge axiale.

Remerciements

Ces travaux ont été menés pour le compte de l’AFNOR dans le cadre des travaux de

la Commission de Normalisation de Justification des Ouvrages Géotechniques

(CNJOG).

Références bibliographiques

Bustamante M. et Gianeselli L. (2006). Règles de calcul de la portance des pieux aux ELU – Méthode

pressiométrique, Congrès ELU ELS, Droniuc, Magnan et Mestat (ed.) 2006, Editions du LCPC.

DTU 13.2 (1992). AFNOR, Fondations profondes pour le bâtiment, pp.75.

Fascicule 62 titre V (1993). Ministère de l’Écologie, du Développement durable, des Transports et du

Logement, MEDDTL, pp.189.

Frank R., Bauduin C., Driscoll R., Kavvadas M., Krebs Ovesen N., Orr T., Schuppener B. (2004).

Designers' guide to EN 1997 1 eurocode 7, Thomas Telford, pp. 216.

Jézéquel J. F, Bustamante M. (1972). Mesure des élongations dans les pieux et tirants à l’aide

d’extensomètres amovibles, Revue Travaux, 48 – 52.

Norme NF EN 1997 1 (2005). AFNOR, Eurocode 7 – Partie 1, pp.145.

Norme NF P 94 262 (2012). AFNOR, Justifications des fondations profondes, pp.205.

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