DTU Bustamante

Prévision de la capacité portante des pieux isolés sous charge verticale

Règles pressiométriques et pénétrométriques

Michel BUSTAMANTE, docteur-ingénieur

Luigi GIANESELLI, technicien

Section des fondations Département des sols et fondations

Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Présentation François BAGUELIN

Chef du département des sols et fondations Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Vérifier sur ouvrage réel le bien-fondé d'une méthode de prévision est une nécessité en mécanique des sols.

Cette nécessité est particulièrement criante pour le problème de la capacité portante des pieux, où l'on déplore l'absence d'une théorie adéquate et où les modifications apportées au sol par la mise en place du pieu (battage ou forage), avant même le chargement, sont très complexes et mal connues. Depuis longtemps, les ingénieurs ont ainsi pratiqué l'essai de chargement statique de pieu.

Les laboratoires des Ponts et Chaussées ont commencé à s'intéresser de manière systématique à cette question depuis 1965, date de création du groupe d'Etudes d'Essais Statiques de Fondations Profondes (ou GEESFOP). Le premier objectif assigné à ce groupe était l'établissement d'un mode opératoire d'essai. Réalisé en 1970 [6], ce document permettait d'obtenir des essais fiables.

Un grand pas fut franchi dans l'amélioration des méthodes d'interprétation — qui constituait un deuxième objectif de travail du groupe — quand fut développé en 1971 par le Laboratoire de Saint-Brieuc l'exten-somètre amovible [8-9]. Il s'agit d'un moyen de mesure particulièrement commode et précis pour déterminer comment la charge appliquée en tête du pieu est reprise par les divers niveaux du terrain, que ce soit par frottement latéral le long du fût ou par poinçonnement de la pointe du pieu. Il fut employé par la suite de manière quasi systématique dans les essais pratiqués par les laboratoires des Ponts et Chaussées.

La plupart des 186 essais réalisés par les LPC de 1964 à 1980, qui font l'objet de cet article, comportent ainsi des données détaillées sur les efforts résistants unitaires, de frottement latéral ou de pointe. Il s'agit là d'une originalité fondamentale par rapport aux quelques études déjà parues dans le monde, faisant la synthèse d'un nombre parfois considérable d'essais de pieux, car les données de base de ces études se limitent à un ensemble de valeurs de résistance globale du pieu à l'enfoncement.

Bull, liaison Labo. P. et Ch. - 113 - mai-juin 1981 - Réf. 2536

Les auteurs, MM. Bustamante et Gianeselli, qui ont dirigé la réalisation de la plupart des essais présentés, ont pu ainsi se livrer à une analyse détaillée de la validité des deux méthodes de calcul recommandées par le document LCPC-SETRA FOND.72 [10] et très utilisées en France : la méthode pressiométrique et la méthode pénétrométrique (pénétromètre statique/

Ils montrent que les règles pressiométriques actuelles en général conduisent à sous-estimer les frottements latéraux et à surestimer les efforts de pointe. C'est particulièrement vrai pour les pieux forés. Les nouvelles règles proposées par les auteurs doivent permettre de limiter les écarts entre réalité et prévision aux fourchettes suivantes, respectivement (± 50 %) de la valeur de prévision pour la charge limite (— 30 % ; + 50 %) pour la charge nominale.

Les tendances sont analogues pour la méthode pénétrométrique, avec toutefois la différence, importante, que les règles actuelles peuvent conduire à des surestimations très grandes, donc dangereuses. Les nouvelles règles donnent pour les écarts possibles pratiquement les mêmes fourchettes que pour la méthode pressiométrique.

Les résultats ainsi acquis peuvent d'ores et déjà être pris en compte dans la pratique, bien que l'étude présentée ait été faite dans l'esprit des règlements anciens (notions classiques de charge limite et de charge nominale). Les précisions que nécessite leur utilisation dans les nouveaux règlements semi-probabilistes seront étudiées dans le cadre de la révision du document LCPC-SETRA FOND. 72, qui doit être entamée prochainement.

Cette étude en tout cas ne met pas un point final aux essais de chargement statique de pieux :

— les formations de sol et les types de pieux intéressés ne représentent qu'une fraction de l'ensemble régulièrement utilisé en France. On note en particulier le faible nombre de pieux battus, en acier ou en béton. Ces types de pieux sont pourtant d'un usage courant dans les travaux portuaires, ou plus généralement à la mer ;

— dans le cas de projets où les incertitudes des méthodes de prévision conduisent à des écarts financiers importants, l'essai de chargement statique reste le moyen le plus approprié de réduire ces écarts et de faire des économies ;

— enfin, sur le plan de la recherche, il reste à mieux préciser la signification physique des charges caractéristiques, charge limite et charge de fluage, notamment par rapport à des chargements permanents (par exemple maintenus un an) ou répétés (plusieurs milliers de cycles).

NOTATIONS PRINCIPALES

Caractéristiques géotechniques

C — cohésion du sol [Pa] <p — angle de frottement [°] P¡ — pression limite du sol mesurée au pressiomètre Ménard [Pa] E — module du sol mesuré au pressiomètre Ménard [Pa] qc — résistance de pointe du sol mesurée au pénétromètre statique [Pa]

Paramètres de portance. Charges caractéristiques

qs — frottement latéral unitaire limite de calcul [Pa] qs — frottement latéral unitaire limite mesuré [Pa] k — facteur de portance pressiométrique de calcul k — facteur de portance pressiométrique mesuré kc — facteur de portance pénétrométrique de calcul kc — facteur de portance pénétrométrique mesuré a — coefficient pénétrométrique pour le calcul du frottement latéral unitaire â — coefficient pénétrométrique pour le calcul du frottement latéral mesuré QN — charge nominale calculée [kN] QN — charge nominale mesurée [kN] QL — charge limite calculée [kN] QL —- charge limite mesurée [kN]

ÇfL — charge limite sous la pointe calculée [kN]

ÇfL — charge limite sous la pointe mesurée [kN] QF — charge critique de fluage [kN]

Divers

Fs — coefficient de sécurité Eb — module de Young du béton [MPa] P¡ — pression d'injection [Pa] R — rayon du pieu D — diamètre du pieu yN — enfoncement (ou soulèvement) de la tête du pieu sous la charge nominale [mm] y — enfoncement (ou soulèvement) de la tête du pieu [mm]

RÉSUMÉ

L'article traite du problème de la prévision de la capacité portante des fondations profondes isolées sous charge statique, calculée à partir des méthodes pressiométriques et pénétrométriques. Les constatations et conclusions rapportées reposent sut l'interprétation de 186 essais en vraie grandeur effectués par les laboratoires des Ponts et Chaussées ou autres organismes sur un total de 43 sites. Les essais ont intéressé des pieux forés, battus ou injectés, mis en œuvre dans des sols de toutes natures. Le fait d'avoir pu éprouver des fondations souvent équipées d'extensomètres a permis de mesurer les valeurs réelles du frottement latéral mobilisé le long des fûts ainsi que les résistances s'exerçant sur les pointes. La comparaison de ces termes avec les valeurs correspondantes préconisées par les méthodes de calcul citées a conduit à un réajustement général de ces paramètres. On a enfin établi un lien entre ces méthodes de calcul et le dernier DTU « Fondations profondes » qui définit les conditions techniques auxquelles doivent satisfaire les travaux relatifs à celles-ci.

MOTS CLÉS : 42 - Portance - Pieu - Charge - Vertical - Statique - Essai - En place - Pressiomètre • Pénétromètre statique - Laboratoire • Prévision - Calcul -Abaque.

85

INTRODUCTION

En dépit de nombreuses méthodes de calcul existantes, déterminer la capacité portante d'un pieu de manière à ce que celle-ci soit proche de la portance réelle reste toujours très difficile. Cela s'explique par le fait que les méthodes de calcul actuelles ont été élaborées sans tenir compte d'un élément aussi essentiel que l'incidence de la mise en œuvre sur la portance surtout parce que les valeurs proposées des différents paramètres de calcul (frottement latéral unitaire qs, facteurs de portance de pointe K) n'ont été étalonnées qu'à partir d'un trop faible nombre de pieux réels. De plus, le fait que ces derniers n'aient même pas été instrumentés ou, lorsqu'ils l'étaient, de manière fort médiocre, a conduit à tirer des conclusions erronées sur le comportement des pieux et, par voie de conséquence, à proposer des valeurs de paramètres de calcul parfois très éloignées de la réalité. Les constatations et conclusions rapportées reposent sur l'interprétation d'un total de 186 essais de chargement statiques effectués sur 88 fondations profondes forées, battues, vérinées ou de technologies plus récentes comme les pieux injectés sous haute pression. L'ensemble de ces essais a été réalisé par les Laboratoires des Ponts et Chaussées ou divers organismes de recherche ou de contrôle [1-2-3]. Tous les essais de chargement, menés dans la majorité des cas jusqu'à la charge de rupture, ont été effectués suivant un mode opératoire normalisé, ce qui a facilité l'étude comparative. Réalisés sur un total de 43 sites, ils ont intéressé des sols aussi divers que les argiles, les limons, les marnes, les craies altérées, les sables, les graves et le rocher altéré. Les caractéristiques mécaniques des sols ont été détermi

nées à partir d'essais en place, pressiométriques et pénétrométriques, statiques ou même de laboratoire lorsque ceux-ci étaient réalisables. Le fait d'avoir pu éprouver des pieux dont plus de la moitié, soit 51 étaient équipés d'extensomètres, a permis de mesurer les valeurs réelles du frottement latéral le long du fût ainsi que les résistances de pointe. La comparaison de ces termes avec les valeurs correspondantes calculées conformément aux méthodes pressiométriques et pénétrométriques, ont conduit à proposer un réajustement de l'ensemble des paramètres prescrits par ces deux méthodes. On présente en conséquence un ensemble de nouveaux paramètres et d'abaques tenant compte du mode de mise en œuvre (forage, battage, injection), de la nature des pieux (métal ou béton) ainsi que de la compacité des sols. Les tableaux I et II récapitulent l'ensemble des essais recensés. L'appellation des différents types de pieux utilisés dans ces tableaux correspond à la classification établie par le dernier DTU « Fondations profondes » [4]. Ces mêmes tableaux montrent que les pieux forés et forés injectés constituent la majeure partie des cas étudiés, 70 %, ce qui s'explique par la prédominance actuelle de ce type de pieux en France. Les pieux forés regroupaient des pieux forés simples, tubes intégralement ou partiellement, forés à la boue. Suivant le cas, le forage était exécuté à la tarière, au bucket, trépan-benne, trépan ou soupape. Les pieux battus ou foncés concernaient des pieux métalliques H ou tubulaires à base fermée et même, dans un cas, une palplanche. Enfin, quelques essais ont pu être également réalisés sur des pieux battus-lancés en béton armé.

TABLEAU I

Tableau récapitulatif des essais de chargements réalisés par des organismes de contrôle ou de recherche autres que les LPC

N ° d'ordre Situation

Symbole désignant

le site

Nbre de

pieux

Nbre total

d'essais

Type de fondation

Section (cm)

Mode de sollicitation

Appareillage (1)

Ouvrages N ° d'ordre Situation

Symbole désignant

le site

Nbre de

pieux

Nbre total

d'essais

Type de fondation

Section (cm) Charge-

gement Arra

chement T S J E A

Ouvrages

1 Pont sur l 'Agly (66) A 1 1 Foré tubé 0 108 + — — — — Pont

2 Munich (Allemagne fédérale)

m 3 3 Foré tubé 0 88 + + - - Site

expér imental 2 Munich

(Allemagne fédérale) m 3 3 Foré tubé

0 133 + — + - - Site expér imental

2 Munich (Allemagne fédérale)

m 3 3 Foré tubé

0 180 + — + - - Site

expér imental

3 Kallo (Belgique) a 6 6 Battu pi lonné

0 40,6 + - - - - Site expér imental

4 Région Nord 4 4 Foré tubé 0 50 + -

+ Site expér imental

4 Région Nord 4 4 Foré tubé

0 80 + - + — _ Site expér imental


0 100 + - + — _

Site expér imental


0 95

+ -+ - -

Site expér imental

5 Région Nord • 3 3 Foré tubé 0 70 + - + - — Stockage

6 Roubaix e 1 1 Foré tubé 0 52 + - + - - Immeuble

7 Région Ouest e 1 1 Barrette 220 x 60 + - + - - Installation industrielle

8 Kontich (Belgique) V 6 6 Battu pi lonné 0 40,6 + - - - - Site expér imental

(1 ) T S : Témoins sonores ou cellule J : Jauges collées E A : Extensomètre amovible

86

TABLEAU II

Tableau récapitulatif des essais de chargements réalisés par les LPC

N ° d'ordre Site

Symbole désignant

le site Année

Nbre de

pieux

Nbre total

d'essais Type de pieux

Section (cm)

Mode de sollicitations

Appareillage (1) Ouvrages N °

d'ordre Site Symbole désignant

le site Année

Nbre de

pieux

Nbre total

d'essais Type de pieux

Section (cm)

Chargement

Arrachement T S J E A

Ouvrages

1 Pont d'Oissel • 1964 2 4 Battu préfabriqué Métal battu

4 0 x 4 0 0 36 + - - - - Pont

2 Erquinghem I a 1965 1 1 Métal battu 0 61 + - - - - Passage inférieur

3 American park Bordeaux 0 1965 2 2 Foré tubé 0 1 1 0 + - - + - Cité

administrative

4 Pont d'Ocre Douai

m 1966 1 1 Foré tubé 050 + - - - - Pont

5 Erquinghem II B 1967 1968

2 2 Métal battu 0 61 + - - - - Passage inférieur

6 Autoroute A 6 PS n° 64

1968 1 1 Foré tubé 0 44 + - - - - Passage supérieur

7 Pont sur l'Orb < 1969 1 1 Foré tubé 0 65 + - - - - Pont

8 P.l . de Bayssan SB 1969 1 1 Foré tubé 0 65 + - - - - Passage inférieur

9 Plancoët 1968 1971

2 2 Métal foncé He 280 A + - - + - Site expérimental

10 Cran X 1968 1974

2 65 Métal foncé 0 27,3 + - + - - Site expéri mental

11 Le Pescaire O 1969 1 1 Puits 0 200 + - + + - Viaduc

12 La Risle • 1969 à

1971 3 8

Foré boue Foré tubé Foré tubé

0 90

0 88 + - + - - Viaduc

13 Pont sur l 'Aude 1970 8 8 Foré tubé 0 50 + - - - - Pont

14 Pont des 4 canaux a 1970 1 1 Foré tubé 0 70 + - - - - Pont

15 Le Havre zone industrielle • 1971 1 2 Métal battu 0 64,1 + - - - + Viaduc

16 Quartier Saint-Sev Rouen

sr ® 1971 1 1 Foré tubé 0 5 1 à 0 60 + - + - - Immeuble

17 Route blanche P.S. n ° 3

D 1971 1 1 Foré tubé 0 65 + - - - - Passage supérieur

18 Le Thiou • 1972 3 3 Foré tubé 0 42 0 56 0 76 + - + - - Viaduc

19 Pont de Pany Dijon A 6

• 1972 1 1 Foré tubé 0 56 - + - - - Pont

20 Thionville 1972 1 1 Foré tubé + foré simple

0 65 à 0 55 + - + - + Pont

21 Coude kerque + 1973 3 6 Battu préfabriqué lancé

35 x 35 + - + + Passage supérieur

22 Boulogne-Billancourt

V 1973 2 2 Foré tubé 0 52 0 56 + - • - + Tranchée

couverte

23 Limay A 1974 1 1 Foré boue 0 63 + - - - + Pont

24 Dunkerque € 1974 6 19 Pieux forés injectés sous haute pression

>0 70 -r + — — + Site

expér imental

25 Ardanavy Bayonne

> 1974 1 1 Foré boue 0 110 + - - - + Pont

26 Canal de la Deule * 1975 1 1 Battu enrobé 0 42 - + - — + Soutènement

27 Port autonome du Havre

1976 1 1 Battu enrobé 0 40 - + + - + Quai minéralier

28 Fleury-sur-Andelle • 1976

à 1977

3 13 Battu préfabriqué

Métal battu

4 0 x 4 0 0 44,5 H 33 x 6

+ + - - + Site expér imental

29 Corbie (Amiens) T 1978 1 1 Foré boue 0 63 + - - - + Central té léphonique

30 Pont sur le Loiret © 1978 1 1 Foré tubé + foré simple

0 150 à (fl 190

+ - - - + Pont

31 Newbury 1979 2 2 Tarière creuse 0 42 + - - - + Site expér imental (Angleterre)

32 Saint-Denis * 1979 1 1 Foré tubé 0 60 + - - - + Université Paris VIII

33 Tunis 1979 1 2 Foré tubé 0 90 à 0 70 + — — — — Radio

télévision tunisienne

34 Ponts-de-Cé m 1980 1 1 Métal battu Pal-planche 48,4 x

12,5

+ + Site expérimental

35 Roubaix a 1980 2 2 Foré tubé + foré simple

0 68 et 0 62 0 88

+ — — - + Hôpital

(1 ) T S : Témoins sonores J : Jauges collées E A : Extensomètre amovible

Il faut remarquer que les barrettes ou certains types de pieux sont très faiblement représentés ou ne figurent même pas dans ces tableaux. Parmi les pieux absents, citons : — les pieux tubulaires précontraints ou tubulaires métalliques à base ouverte, — les pieux battus moulés, — les pieux vissés moulés, — les micropieux de type I ou II. Néanmoins, au niveau des propositions ultérieures, on se prononcera sur le mode de calcul de la plupart de ces pieux, considérant que ces derniers ne sont que des cas particuliers de pieux dont on a pu étudier expérimentalement le comportement. Réalisés dans leur majorité sur l'ensemble du territoire par le réseau des Laboratoires des Ponts et Chaussées, la quasi-totalité des essais de chargement

ont été effectués sur des pieux mis en œuvre par des entreprises de fondations spécialisées suivant les techniques habituelles de chantier. Font exception, les pieux foncés de Cran et Plancoët (sites n o s 9 et 10 du tableau II) mis en œuvre par le Laboratoire régional de Saint-Brieuc. Dans la majorité des cas, les essais ont été entrepris avec un ou plusieurs des objectifs suivants :

— dimehsionner au plus juste les fondations profondes d'ouvrages réels, en raison de divergences auxquelles conduisaient les différentes méthodes actuelles de calcul, — tester le comportement de pieux de technologie récente ou dont le fonctionnement semblait mal connu, — vérifier la portance effective de pieux suspectés d'avoir fait l'objet de malfaçons.

REMARQUES RELATIVES A L A MISE EN OEUVRE DES ESSAIS GÉOTECHNIQUES

24.

/ ^ ^ , 3 5

15 £p 1 T 2 9

" © ' . 2 8 1 2 « « 2 \ 3 2

23 v 2 2

20

V^, x » ® 3 0

H 31. Angleterre S

18 A J 17 \

A 33 Tunisie / 3 0

11?

/ > 25 H

13 0^*8

Fig. 1. — Implantation géographique des 35 sites sur lesquels ont été réalisés les essais de chargement en vraie grandeur en fonction de leur

numéro d'ordre et du symbole les désignant.

Comme le montre le tableau III relatif aux 35 sites, on a pu constater lors de l'exécution des essais de reconnaissance : — que sur 66 % environ des sites, les essais pénétro-métriques statiques n'étaient pas réalisables, en raison de la trop forte compacité des formations à traverser ; — que quelle que soit la nature du sol rencontré, les essais pressiométriques Ménard s'avéraient être pratiquement toujours réalisables et exploitables sans ambiguïté ; — enfin que, s'il était presque toujours possible de prélever des échantillons, plus ou moins remaniés d'ailleurs, les résultats déduits des essais de laboratoire réalisés sur ces échantillons, notamment les valeurs des paramètres c et tp, restaient très souvent discutables en raison de leur dispersion, ou franchement inexploitables pour plus de la moitié des sites. La nature d'une bonne partie des sols rencontrés sur le territoire français, du fait de leur structure complexe (marnes, sols à nodules ou blocs, sols à cimentations partielles), de leur taux d'altération important (craies, roches altérées) ou tout simplement le manque de cohésion (sables et graves propres), explique les difficultés rencontrées au niveau de la réalisation des essais classiques de laboratoire et en particulier des essais de cisaillement.

Au niveau des campagnes de reconnaissances, pour les 35 sites (fig. 1) sur lesquels ont travaillé les Laboratoires des Ponts et Chaussées, on a tenté de diversifier au maximum les essais, s'efforçant de réaliser pour chaque site des essais en place (pressiomètres ou pénétromètres) mais aussi de laboratoire, lorsque la nature des sols permettait le prélèvement d'échantillons.

Il faut dire aussi que pour les essais en place, hormis le cas des sols fins, le choix de la pression limite pres-siométrique pl ou de la résistance de pointe au péné-tromètre statique qc à prendre en compte pour les calculs, est plus difficile à effectuer à partir d'un profil pénétrométrique que d'un profil pressiométrique (fig. 2a, b, c). Dans certains types de sols, la craie par exemple, on a pu observer qu'une même valeur de la résistance de pointe qc pourrait recouvrir différentes compacités.

88

Fig. 2a. — Exemples d'essais en place réalisés dans la craie. Site de Fleury-sur-Andelle.

Pressiomètre

iO'2kPa 5 0 1 0 0 500

* 5

Module T ^ '

0 20 40

I I I

Penétromètre

0 60 120 180 240 300 360 4 2 0

1 i I i I . I . I . I . I . I .

Fig. 2b. — Site du Havre. Exemples d'essais en place réalisés dans des graves.

Fig. 2c. — Site de Roubaix. Exemples d'essais en place réalisés dans l'argile des Flandres.

89

T A B L E A U III Décompte des différents essais géotechniques, réalisés ou non, pour l'ensemble des sites sur lesquels ont travaillé les L P C

Type d'essai envisagé

Total des sites

Nbre de sites sur lesquels les essais

ont été effectivement

réalisés

Nbre de sites pour lesquels les essais

ont'été jugés exploitables et représentatifs


n'étaient que partiels ou

ont été jugés inexploitables


n'étaient pas réalisables


étaient parfaitement réalisables et

exploitables, mais n'ont pas été

effectués

Pénétromètre (') statique

(flc)

35 18 10 8 (refus prématurés)

15 (compacité des terrains trop importante)

2

Pressiomètre Ménard

(P,) 35 33 30

3 (mesure de pt

trop espacée) 0 2

Essais de Laboratoire

(c, <fi) 35 16 7

9 (dispersion

inacceptable)

13 (terrains ne se

prêtant pas à la réalisation d'essais

de cisaillement)

6

(') Pénétromètre type PAREZ ou LPC à pointe électrique dans 70 % des cas.

MÉTHODOLOGIE D'ESSAI

L'ensemble des résultats présentés a été obtenu pour des pieux soumis à des charges verticales axiales statiques.

Point important : la presque totalité des essais de chargement réalisés en France a été conduite suivant les directives du mode opératoire de l'essai statique des LPC [5-6]. Celui-ci définit un programme de chargement ainsi qu'une méthode d'interprétation des résultats permettant de chiffrer la valeur de la charge nominale QN du pieu. On rappelle que la charge nominale correspond à la charge que doit pouvoir supporter le pieu tout en demeurant stable, d'une part vis-à-vis des matériaux constitutifs d'un pieu, d'autre part vis-à-vis du sol.

Le programme de chargement consiste à éprouver le pieu par paliers croissants, d'égale intensité et durée, sans déchargements intermédiaires. Le programme comporte en principe deux cycles de paliers de 90 min mais dans certains cas, en raison d'essais répétés à effectuer sur le même pieu, on a limité le programme à un cycle unique comprenant des paliers de 60 min.

La méthode d'interprétation du mode opératoire reprend pour l'essentiel, et en la simplifiant, la méthode proposée par Cambefort et Chadeisson [7] basée sur l'exploitation de l'évolution du fluage du pieu pour les paliers consécutifs de charge. Cette évolution est caractérisée par la pente a, » de la relation « enfoncement-temps » correspondant à chaque palier « / » (fig. 3). Les valeurs « a¡ » sont utilisées pour tracer, en fonction des charges appliquées en tête, un diagramme spécifique, formé dans le cas le plus général d'une première partie quasi linéaire puis, à partir d'un point de brisure, par une deuxième branche parfois rectiligne mais souvent aussi courbe.

1 2 3 4 5 10 20 30 45 60 Igt (min)

Ê

1 — * i

-5*1 palier 1 palier 1

palier 2 palier 2

- « 3 pslier 3

palier i

T\ *n I i a r i • 1

c x i palier i

T\ *n I i a r i • 1

palier i

T\ *n I i a r i • 1 p a n e r i + i

Fig. 3. — Exemples de relations enfoncements de la tête — logarithme du temps pour paliers de 60 minutes.

iL

- Q F - Q F

•G) •G) , t

-> -> Charge en tête (kN )

Fig. 4. — Détermination graphique de la charge de fluage Q F .

90

L'abscisse du point singulier délimitant ces deux parties correspond à une charge expérimentale critique appelée charge de fluage QF, délimitant deux domaines caractéristiques d'enfoncement des pieux (fig. 4) : — un premier domaine, pour lequel les enfoncements de la_tête du pieu yN correspondant à la charge nominale QN, sont très faibles et généralement compris entre 0,2 et 2 % du diamètre du pieu, avec dans les cas extrêmes, des valeurs pouvant aussi atteindre 4 à 5 % ; — un second domaine pour lequel l'amplitude et la vitesse des enfoncements y augmentent très rapidement pour atteindre des valeurs inacceptables, à plus ou moins long terme. Le mode opératoire prescrit d'appliquer à la charge QF un coefficient de sécurité FS compris entre 1,2 et 1,6 et généralement pris à 1,4 pour obtenir la charge nominale réelle QN du pieu :

QN = QF/FS • Les dispositifs utilisés, pour les mesures d'enfoncement de la tête et des efforts appliqués, étaient en tous points conformes à ceux préconisés par le mode opératoire. Au total, les fûts de 51 pieux (27 sites) ont pu être instrumentés et cela pour mesurer les déformations unitaires A / / / de ces derniers*. Equipés quelquefois de jauges collées ou de témoins sonores, les pieux ont été instrumentés, dans la majorité des cas, en raison des avantages indiscutables qu'ils présentent, à l'aide d'extensomètres amovibles LPC à bloqueurs ou à trípodes [8-9]. Les figures 5a, b, c montrent ces appareils avant ou en cours d'installation dans différents types de pieux.

Lorsque cela était possible, en raison de l'incidence de la valeur du module de Young Eb du matériau constitutif du fût sur l'évaluation des efforts le long du pieu, notamment pour les pieux en béton, on a mesuré ce paramètre sur des éprouvettes prélevées directement au sein du pieu, après confection de ce dernier. La figure 6 montre, à titre d'exemple, la variation de Eb le long du fût d'un pieu béton.

pieu foré sous bentonite " ™ EblMPa)

Fig. 6. — Site de Limay. Exemple de variation du module de Young du beton le long du fut d'un pieu fore a la boue.

9

10

11

12

£13

I 15 o e i6

0-

17

18

19

20

14900

2 2 9 0 0

21100

20500

25100

¿ 2 9 0 0

39300

¿0300

3 8 2 0 0

2 8 9 0 0

2¿800

3 0 5 0 0

30500

3 2 0 0 0

30700

31200

3 5 3 0 0

Fig. 5a. — Vue d'un exten-somètre amovible à bloqueurs après assemblage, quelques instants avant sa mise en place dans un pieu foré.

Fig. 5b. — Descente d'un extensomètre amovible à tripode dans un pieu tubulaire battu. Site de Fleury-sur-Andelle.

Fig. 5c. Cage d'armature équipée de témoins sonores Telemac. Site de Roubaix.

* Exceptionnellement les pieux de Munich (tableau I) étaient équipés de cellules Bauer pour la mesure directe des efforts.

91

MÉTHODES DE C A L C U L COMPARÉES ET CONVENTIONS RETENUES A U NIVEAU DE L'INTERPRÉTATION

Suite aux essais de chargement réalisés, les principaux résultats obtenus, à savoir les valeurs réelles des charges globales (charges nominales QN et charges limites QL) et leurs composantes (résistance de pointe et frottement latéral), ont été comparés aux valeurs correspondantes calculées (QN et QL) par application stricte des méthodes de prévision édictées par le document FOND 72 [10]. Figurent entre autres, parmi celles-ci :

— la méthode pressiométrique qui reprend l'ensemble des règles énoncées par Ménard [11-12-13], — la méthode pénétrométrique statique, préconisant pour le calcul de la résistance de pointe les valeurs des coefficients de Begemann [14] et ceux de Dinesh Mohan [15] pour l'évaluation du frottement latéral.

Il convient de faire remarquer que les comparaisons effectuées sont basées sur un certain nombre de conventions précisant :

— les_valeurs réelles des charges limites QL et nominales QN, — les valeurs des coefficients de sécurité Fs adoptés pour chiffrer la charge nominale QN, — enfin, pour les profils pressiométriques et péné-trométriques, les valeurs moyennes pi et qc prises en compte dans les calculs. On a défini la charge limite réelle QL comme étant la charge d'essai correspondant à des enfoncements au moins égaux au 1/10 du diamètre du pieu. Dans la pratique, au niveau de l'essai en vraie grandeur, on observe souvent que cette même charge limite réelle QL correspond à une charge sous laquelle il n'est plus

possible de maintenir la pression dans le vérin, sans avoir à alimenter continuellement ce dernier. Ce seuil particulier correspond à un enfoncement permanent et très rapide de la tête du pieu, de l'ordre de 1 à 5 mm/min, voire plus dans certains cas. La valeur de la charge nominale réelle QN a été déterminée en frappant la charge critique de fluage QF

définie comme précédemment d'un coefficient réducteur Fs égal à 1,4 ( * ) . En revanche, il faut rappeler que la charge nominale calculée QN s'obtient en appliquant les coefficients de la sécurité de 3 sur la pointe et de 2 sur le frottement latéral tant pour la méthode pressiométrique que pénétrométrique. Pour le choix des valeurs de la pression limite p, et de la résistance de pointe qc pour les calculs, on a retenu les principes suivants.

M é t h o d e press iométrique

Adoption, pour le calcul du frottement latéral à chaque niveau, de la valeur de la pression limite pt mesurée à ce même niveau. Pour le calcul du terme de pointe, la moyenne géométrique (ple) des pressions limites mesurées au niveau de la pointe du pieu [11].

M é t h o d e pénétrométrique

Adoption, pour le calcul du frottement latéral et du terme de pointe, d'une valeur moyenne qc, obtenue par application d'un programme de lissage.

(*) Le choix et la justification de cette valeur feront l'objet d'un prochain article dans le Bulletin de Liaison.

VALIDITÉ DES METHODES DE PREVISIONS

Méthode pressiométrique

Calcul de la portance

Il est apparu que cette méthode de dimensionnement, en dépit de certaines insuffisances ou conventions arbitraires, notamment le découpage des sols en catégories, restait encore la plus fiable en ce qui concerne la prévision des charges nominales d'un pieu isolé sollicité verticalement et, point fondamental, reposait sur un essai réalisable dans tous les types de terrains. Elle méritait donc, à ce titre, d'être réajustée et affinée, en tenant compte de l'ensemble des nouvelles données fournies par les essais en vraie grandeur. Considérant que le principe même du dimensionnement préconisé par les règles Ménard [10-11], pouvait être retenu pour l'instant, les modifications ont consisté pour l'essentiel : — à redéfinir, en les complétant le cas échéant, les catégories de sols permettant l'adoption du facteur de portance k,

— à réduire en général, mais cela très sensiblement pour les pieux forés, les valeurs des facteurs de portance k, — à réduire ou à augmenter, suivant le type de sol, le mode de mise en œuvre du pieu ou la nature du fût, les valeurs du frottement latéral limite unitaire qs.

Choix du facteur de portance k

La redéfinition et le réajustement des catégories de sols ont donné lieu à la classification du tableau IV et de la figure 7. Les nouvelles valeurs de k, indépendamment de la catégorie des sols, sont également déterminées par le type de fondations profondes. On distingue ainsi un premier groupe (I) de fondations regroupant les pieux forés et injectés sous faible pression et un second groupe (II), dans lequel entrent les fondations battues, foncées ou injectées sous haute pression (cf. § utilisation des abaques définissant les valeurs de &).

92

T A B L E A U IV Méthode pressiométrique. Catégories en fonction

de la nature des sols et de leur compacité

Pression limite Pi Nature des sols Catégorie (105 Pa)

< 7 Argile molle < 8 Limon et craie molle i < 7 Sable argileux à limoneux i

ou vasard lâche

10 à 20 Sable et grave moyennement compacts

12 à 30 Argile et limon compacts 15 à 40 Marne et marno-calcaire 10 à 25 Craie altérée L 25-à 40 Roche altérée

> 30 Craie fragmentée > 45 Marne très compacte

> 25 Sable et gravier compacts à très compacts 3

> 45 Roche fragmentée

1 0,8-

— — Groupe I

Groupe H

— — Groupe I

Groupe H

— — Groupe I

Groupe H Cat. 3

* Cat. 2 * Cat. 2

/y •»•* Cat. 3

*S Cat. 2 *S Cat. 1

Cat. 1 Eneas trement He/ R

1 w1

10 15 20

Fig. 7. — M é t h o d e pressiométr ique. Valeurs du facteur de portance k en fonction de la catégorie des sols, du type de fondation profonde

et de l'encastrement He/R.

On note que le tableau IV ne retient plus que trois catégories de sols, la catégorie « 3 bis » figurant dans le FOND. 72 [10] ayant été éliminée. Certains sols, tels que les craies ou les marnes, apparaissent nommément dans ce tableau. On remarquera aussi qu'en raison des discontinuités entre catégories pour un même type de sol on sera conduit, lors du choix d'une valeur de k correspondant à une valeur intermédiaire de pression limite ph

à interpoler. En fonction des différentes catégories de sols, les figures 8, 9 et 10 indiquent, en regard des valeurs réelles obtenues pour les premiers chargements, les nouveaux abaques proposés pour déterminer les facteurs de portance k. Ces figures regroupent un total de 22 sites qui sont les seuls sur lesquels la charge limite QL du pieu ait été effectivement atteinte. La catégorie n° 2 est de loin la mieux représentée car elle englobe des sols que leur compacité incite à retenir comme couche d'encastrement de la pointe, mais que l'on retrouve aussi le plus souvent sur l'ensemble du territoire. Les catégories n° 1 et n° 3 sont très faiblement représentées. En ce qui concerne la première,

y 4

k ! Catégorie : 1 N.b de sites : 3

N.b de pieux: 11 I

N.b de sites : 3

N.b de pieux: 11

Groupe I : X Groupe I : X

y X X

H l i

j Encastrement He/R

20 30 40 50 60 70

Fig. 8. — Valeurs mesurées du facteur de portance k sur di f férents sites pour des pieux relevant de la catégorie 1.

k Catégorie : 2 N.b de sites: 17

N.b de pieux: 30

N.b de sites: 17

N.b de pieux: 30

re- Sol reman è sous la c ointe

•

II • • • e

i J • 1

r e

re re

• ( î > re

Encastrement He/R

20 30 40 50 60 70

Fig. 9. — Valeurs mesurées du facteur de portance k sur di f férents sites pour des pieux relevant de la catégor ie 2.

k Catégorie : 3 - N.b de sites : 2

N.b de pieux : 2 - N.b de sites : 2

N.b de pieux : 2

/ /

/ [

/ / +

/ /

t > / y i / i /

i / »/

e I : + •

i i e I : + •

i i Encastrement He/R

20 30 40 50 60 70

Fig. 10. — Valeurs mesurées du facteur de portance k sur di f férents sites pour des pieux relevant de la catégorie 3.

cela s'explique par le fait que, dans la pratique, rares sont les cas où l'on choisit d'arrêter les pieux dans des couches molles et tout particulièrement lorsqu'il s'agit d'ouvrages lourdement chargés, du type de ceux pour lesquels ont été réalisés les essais de chargement (tableaux I et II). Le nord de la France fait généralement exception : les limons et les argiles de faible compacité y régnant sur des épaisseurs souvent considérables. On constate, dans tous les cas et pour l'ensemble des catégories, que les facteurs de portance mesurés k sont inférieurs aux valeurs préconisées par le FOND.

93

72. Cette remarque est particulièrement vraiepour les pieux forés. Les valeurs les plus faibles de k se rapportent à des pieux dont la mise en œuvre a remanié considérablement le fond du forage (conclusion dégagée de l'analyse globale des résultats obtenus pour ces mêmes pieux) ou pour lesquels ce dernier n'a pas fait l'objet d'un curage soigné. Les valeurs correspondant aux cas les plus critiques comportent sur les figures 8, 9 et 10, l'indice re. On notera aussi pour ces mêmes figures que les valeurs mesurées k comportant l'indice / correspondent à des sols situés entre deux catégories. Pour les pieux battusou même foncés, les valeurs mesurées des facteurs k sont en moyenne plus élevées que pour les pieux forés mais restent tout de même systématiquement inférieures aux valeurs FOND. 72. On notera aussi que les nouvelles valeurs k proposées ne représentent plus que 50 % des valeurs FOND. 72 (tableau V) pour les pieux du premier groupe (forés et injectés sous faible pression) et 75 % pour les pieux du second groupe (battus, foncés, injectés sous haute pression).

TABLEAU V Méthode pressiométrique. Comparaison des paramètres

de portance k proposés par le FOND. 72 et les nouvelles règles

Catégorie Mise en œuvre

FOND. 72 kf})

Nouvelles règles *( ' )

1 foré battu

1,8 2,00

0,9 1,5

2 foré battu

3,2 3,6

1,6 2,7

3 foré battu

5,2 5,8

2,6 4,35

3 bis foré battu

7,0 9,0

non retenu non retenu

(') Valeurs maximales de k.

Le trop faible nombre de valeurs mesurées k, relatives aux pieux du second groupe (If), amène toutefois à se demander si les abaques proposés correspondants, sont encore suffisamment représentatifs (*). Seuls des essais complémentaires effectués sur pieux instrumentés, permettront de l'affirmer.

Utilisation des abaques déf inissant les valeurs du facteur de portance k

Lors du calcul de la charge limite de pointe Q%, on rangera dans le premier groupe de pieux (fig. 7), conformément à la classification DTU « Fondations profondes [4] » rappelée en annexe :

— les pieux forés simples, — les pieux forés tubes, — les pieux forés à la boue, — les pieux forés à la tarière creuse,

(*) La correction éventuelle à apporter pouvant aller dans le sens d'une minoration.

— les micropieux de type I (injectés sous faible pression), — les puits, — les barrettes.

On remarquera que relèvent de l'appellation « pieux injectés sous faible pression », les pieux scellés au terrain à l'aide d'un coulis ou mortier injecté sous une pression p( inférieure ou égale à la pression limite du terrain ph soit pj <g pt.

Les fondations du second groupe (battues, foncées ou injectées sous faible et haute pression) regroupent : — les pieux vissés moulés, — les pieux battus enrobés (injectés sous faible pression), — les pieux battus préfabriqués, — les pieux métalliques battus, — les pieux tubulaires précontraints, — les pieux battus pilonnés (*), — les pieux battus moulés, — les pieux en béton foncés, — les pieux en métal foncés, — les micropieux de type II (ou pieux de petits diamètres injectés sous haute pression de diamètre < 250 mm), — les pieux injectés sous haute pression de gros diamètre (**).

On considérera qu'il y a injection sous haute pression lorsque le coulis ou le mortier de scellement sont mis en place sous une pression d'injection /?, en principe supérieure à la pression limite Pi du terrain, sous la pointe de la fondation bien évidemment. On a ainsi Pi > Pi-

En ce qui concerne les pieux battus et notamment les pieux métalliques battus, tubulaires précontraints ou en métal foncé, la valeur correspondante de k s'applique sans réserve aux pieux à base fermée. Pour les profilés H ou pieux circulaires à base ouverte, les valeurs k proposées par la figure 7 ne pourront être retenues intégralement que dans la mesure où l'on pourra démontrer, soit en se référant à des cas analogues, soit, de préférence, à la suite d'un essai de chargement en vraie grandeur, qu'il y a formation d'un bouchon sous la pointe du pieu, pouvant reprendre l'équivalent des efforts d'une pointe dont la section serait déterminée par le périmètre circonscrit.

Choix du frottement latéral unitaire qs

Au niveau de la prévision du frottement latéral limite agissant le long de la fondation, on utilisera les valeurs de frottement unitaire limite qs définies par les abaques A , A bis, B, C, D, E, F (fig. 11 et 12) et le tableau VI.

(*) A base normalement élargie (pas plus de 50 % du diamètre du fût) du type de celle qui est exécutée pour des pieux Franki par exemple. (**) Ce type de pieux, par opposition aux micropieux de type II, regroupe des pieux de fort diamètre ( > $ 250 mm), type pieux injectés métalliques type Solétanche par exemple.

94

Fig. 11. — Méthode pressiométrique. Abaques pour l'évaluation du frottement latéral unitaire limite qs

pour les sols argileux, limoneux, marneux, crayeux, sableux et graveleux.

0 5 10 15 20 2 5 p (ifjSpa)

Fig. 12. — Méthode pressiométrique. Abaques pour l'évaluation du frottement latéral unitaire limite qs

pour les marnes compactes et le rocher.

£ o M I II I I 11 I I I M I I I 1 1 1 I I I M I I I II I I I M I i 0 10 20 30 40 50 60 no^Pa)

T A B L E A U VI

Méthode pressiométrique. Abaques pour la détermination du frottement latéral unitaire limite qs en fonction de la nature du sol, de son mode de mise en œuvre et de la nature du contact sol-fût

Type de sols

Pression limite

Pt (105 Pa)

Mise en œuvre et nature du fût

Type de sols

Pression limite

Pt (105 Pa)

Foré Foré tubé Haï".! Injecté Type de sols

Pression limite

Pt (105 Pa) Fût

béton Fût

béton Fût

métal Fût

béton Fût

métal Faible

pression Haute

pression

Sable argileux à limoneux ou vasard < 7 A bis A bis A bis A bis A bis A —

Craie molle < 7 A bis A bis A bis A bis A bis A —

Argile molle à compacte < 30 (A)* A bis

(A)* A bis A bis

(A)* A bis A bis A

* *

D

L imon à l imon compact « 30 (A)* A bis

(A)* A bis A bis

(A)* A bis A bis A

** D

Sable et grave moyennement compacts 10 à 20 (B)*

A (A)* A bis A bis

(B)* A A B > D

Sable et grave compacts à très compacts > 25 (C)*

B (B)*

A A ( Q *

B B C >V

Craie altérée à fragmentée > 10 (C)* B

(B)* A A

(C)* B B C > D

Marne et marno-calcaire 15 à 40 (E)* C

(C)* B B

* * * E

*#* E E F

Marne très compacte > 45 E — — — — F > F

Rocher altéré 25 à 40 F F — #** F

* * * F SsF > F

Rocher fragmenté > 45 F — — — > F

* Les valeurs entre parenthèses ( ) correspondent, pour les pieux forés, à une exécution soignée du pieu et une technologie de mise en œuvre susceptible de remanier au minimum le sol au contact du fût. Pour les pieux battus, par contre, à un resserrement du sol sur le pieu après battage.

** Préconisé pour des sols dont pt > 15.10 3 P a . * * * Seulement pour les cas où le battage est possible.

95

On a fait apparaître sur les figures 13 à 19, en regard des nouveaux abaques proposés, les valeurs mesurées qs, obtenues sur un total de 24 sites et cela pour le premier chargement. Le tableau VI explicite et récapitule, en fonction de la nature du sol, de sa compacité, du mode de mise en œuvre du pieu et de la nature de son fût, les abaques à prendre en compte au niveau de la prévision. Les abaques A et B sont les

abaques du FOND. 72, l'abaque C ne figurant que dans les règles Ménard [11]. Ils ont toutefois, dans l'ensemble, une nouvelle signification.

Abaque A (fig. 11 et 14) C'est pour cet abaque que les modifications sont en apparence les moins marquées. Celles-ci ont essentiellement consisté à le rattacher à une classification des

Fig. 13. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite qs pour des pieux relevant de l'abaque A bis.

0 5 10 15 20 25 30

q s ( 105 Pa) abaque : B Nb de sites : 6

Nb de pieux:9 q s ( 105 Pa) abaque : B Nb de sites : 6

Nb de pieux:9 q s ( 105 Pa) abaque : B Nb de sites : 6

Nb de pieux:9

Nb de sites : 6

Nb de pieux:9

V A A1

l A

• H • • 1 u C

a Y/

r

1

p f ( 105 Pa) p f ( 105 Pa) p f ( 105 Pa)

Fig. 15. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite qs pour des pieux relevant de l'abaque B.

10 15 20 25 30

96

' 3,0

2,0

5 1,0. E

q s ( 1 0 5 P a ) a b a q u e : C Nb de sites : 5 Nb de pieux: 8

q s ( 1 0 5 P a ) a b a q u e : C Nb de sites : 5 Nb de pieux: 8

q s ( 1 0 5 P a ) a b a q u e : C Nb de sites : 5 Nb de pieux: 8 Nb de sites : 5 Nb de pieux: 8

V A fi i

l \ k J <•

V \ 7 i i

p { (10 5Pa) p { (10 5Pa) p { (10 5Pa)

Fig. 16. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite qs pour des pieux relevant de l'abaque C.

20 25 30

4,0

¿ 3 . 0

2,0

q s ( 105 Pa ) a b a q u e : D Nb de sites: 1 Nb de pieux : 4



M I N I c

Nb de sites: 1 Nb de pieux : 4

$ Cas pour 1 csquels $ Cas pour 1

lie iiuueiTKiu il d̂aa été totalement mobilise' lie iiuueiTKiu il d̂aa été totalement mobilise'

s

S «

f i f ) .* P

i » < Iti

Pf (10 5 Pa) Pf (10 5 Pa) Pf (10 5 Pa)

10 15 20

Fig. 17. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite ~qs pour des pieux relevant de l'abaque D.

25 30

6,0

q s H O 5 Pa)

I N N I A Cas pour lesquels le flottement n'a pas #

été totalement mobilise re - Remaniement

a b a q u e : E Nb de sites: 3 Nb de pieux: 5

Fig. 18. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite q~s pour des pieux relevant de l'abaque E.

8,0

s6,0 « C =3

«4,0

¡2 ,0 .

'I 20

q s (10 5 Pa) a b a q u e : F Nb de sites: 3 Nb de pieux: 3



M M M

Nb de sites: 3 Nb de pieux: 3

Q Cas pour lesquels le frottement n'a pas été totalement mobilise'




(7

\i **

•V a,'

2 8)

a p f U O 5 Pa) p f U O 5 Pa)

il p f U O 5 Pa)

30 40 50 60

Fig. 19. — Valeurs mesurées du frottement latéral unitaire limite qs pour des pieux relevant de l'abaque F.

70

sols quelque peu plus affinée, intégrant notamment les craies. Les abattements à effectuer sur les valeurs de qs ont été accrus et étendus par rapport aux prescriptions du FOND. 72. L'abaque A bis (fig. 11 et 13) permet de chiffrer, suivant les cas (tableau VI) le taux d'abattement.

Abaque B (fig. 11 et 15) L'abaque B, principalement destiné dans le FOND. 72 à tenir compte d'une éventuelle augmentation du frottement qs sur la partie située immédiatement au-dessus de la pointe mais qui s'appliquait aussi aux pieux battus béton fichés dans les sols pulvérulents, possède cette fois une signification nouvelle. En effet, les essais de Corbie, Boulogne, Le Thiou, Le Havre, Roubaix, intéressant des sols aussi divers que les craies, les calcaires marneux, les marnes, les graves ou les argiles, sembleraient infirmer qu'il y ait augmentation du frottement qs à proximité de la pointe, pour un sol de même compacité évidemment. L'abaque B est maintenant proposé pour chiffrer les valeurs de qs à prendre en compte, pour toutes les parties courantes de fût, dans certains types de sols. Cet abaque peut s'appliquer, suivant les cas (tableau VI) à des pieux battus, acier et béton mais aussi aux pieux forés béton.

Abaque C (fig. 11 et 16) L'abaque C, qui ne figure pas dans le FOND. 72 mais s'appliquait conformément aux règles pressio-métriques Ménard [11] aux pieux dilatés, est repris et s'applique à présent aux pieux injectés sous faible pression (p, < pj) ainsi qu'aux pieux forés dans les marnes et marno-calcaires. Abaque D (fig. 11 et 17) L'abaque D est nouveau et proposé pour le calcul du frottement qs le long des pieux injectés sous haute pression (p, > pj), réalisés dans les argiles ou les limons compacts, les sables et graves moyennement à très compacts, ainsi que les craies altérées à fragmentées. Cet abaque sous-estime les valeurs des frottements unitaires qs mobilisables par des fondations injectées sous haute pression et correctement exécutées dans les terrains compacts précités. Les rares synthèses existantes sur le sujet, effectuées notamment par Gouvenot, en attestent [16]. Les données obtenues sur le chantier de Dunkerque (site n° 24 du tableau II) le confirment [17]. Toutefois, le recours à la haute pression n'assure pas dans tous les cas des valeurs élevées du frottement latéral qs car la nature de certains terrains compacts favorise, en raison de leur structure (stratification, fissuration ou vides), les pertes de coulis ou mortier. Par ailleurs, le procédé implique encore, un savoir-faire et une expérience dont ne peuvent faire preuve que les praticiens les plus expérimentés. Considérant en outre que les données expérimentales restent pour l'instant rares, il semble prudent de se limiter aux valeurs de l'abaque D dans le cas où l'on ne cherchera pas à démontrer, expérimentalement, qu'il est possible de mobiliser un frottement plus élevé. Les pieux injectés sous haute pression constituent un type de pieux pour lesquels on conseille vivement de réaliser un essai en vraie grandeur lorsque l'on désirera adopter des valeurs de frottement unitaire qs supérieures à celles de l'abaque D.

Marnes très compactes et rocher (fig. 12, 18, 19) Il est proposé, pour ces terrains, de calculer la valeur du frottement latéral unitaire limite qs à partir des relations suivantes : — marnes très compactes :

qs = 0,03 p, + 1,0.105 Pa , — rocher altéré et rocher fragmenté :

qs = 0,07 p, + 0,25.105 Pa .

Application des abaques A , B, C, D. Importance du remaniement On notera que pour certains types de pieux et pour un même sol (tableau VI), on propose parfois deux valeurs de qs : une première valeur « plancher » (abaque A bis par exemple) et une seconde valeur donnée au tableau VI, entre parenthèses, et qui est supérieure à la première (par exemple abaque A). La seconde valeur correspond à des frottements unitaires limites qs, qu'il est possible de mobiliser à condition de soigner au maximum l'exécution du pieu et de choisir la technique de mise en œuvre la plus performante. Ainsi, pour les chantiers importants où l'on envisage la mise en oeuvre d'un nombre important de pieux (ou quantité linéaire), il est vivement conseillé de vérifier expérimentalement par un ou plusieurs essais préalables de chargement en vraie grandeur, s'il n'est pas possible de retenir la valeur maximale de frottement qs indiquée au tableau VI. Dans certains cas et pour des pieux de longueur importante, l'adoption des valeurs maximales de qs conduirait à des gains qui compenseront, plus que largement, les dépenses occasionnées par la réalisation de pareils essais. Il faut également souligner qu'il n'y a pas lieu de procéder à des abattements sur les valeurs de qs proposées, pour tenir compte du diamètre du pieu, ou plus précisément du rayon de courbure de la fondation. L'analyse des essais réalisés sur plusieurs chantiers ne permet pas de conclure que le rayon de courbure ait une quelconque incidence sur la valeur de qs (*). Dans l'ensemble donc, les nouveaux abaques, notamment B, C et D, permettent d'augmenter considérablement les valeurs de qs à prendre en compte au niveau de la prévision. Cette tendance ne fait que traduire ce que l'on observe dans la réalité : à savoir l'importance et la prépondérance du frottement latéral dans les formations compactes et notamment dans les sols frottants. Le tableau VI fait bien apparaître aussi l'intérêt des pieux injectés sous haute pression (p¡ > p¡) permettant de réaliser des économies substantielles sur les longueurs de fiche.

Les différents types de pieux mentionnés au tableau VI, sont à relier à la classification DTU « Fondations profondes » [4] rappelée en annexe : Pieux forés avec fût béton — pieux forés simples, — pieux forés à la boue, — pieux forés à la tarière creuse, — pieux vissés moulés,

(*) En raison de son intérêt pour les praticiens, ce sujet fera l'objet d'un prochain article dans le Bulletin de Liaison.

98

— micropieux du type I, — puits, — barrette.

Pieux forés tubes avec fût béton ou métal — pieux forés tubes, — pieux battus moulés. Pieux battus avec fût béton ou fût métal — pieux battus préfabriqués, — pieux métalliques battus, — pieux tubulaires précontraints, — pieux en béton foncé, — pieux en métal foncé. Pieux injectés sous faible pression (p¡ < p¡) — pieux battus enrobés, — pieux battus pilonnés.

Pieux injectés sous haute pression (p¡ > p¡) — pieux injectés sous haute pression de diamètre supérieur à 250 mm, — micropieux du type II. Dans le cas des pieux mixtes, c'est-à-dire tubes en partie haute, puis forés sans tubage ou à la boue, on appliquera à chacune des parties du fût la valeur de qs

correspondant à la technique de forage utilisée. Lors de l'application des différents abaques A , B, C ou D pour les pieux à géométrie particulière on propose : — de considérer pour un profilé H que la surface latérale de celui-ci est déterminée par le périmètre circonscrit ; — de ne tenir compte, sauf vérification expérimentale, pour les pieux lancés, d'aucun frottement sur toute la hauteur de fût lancé ; — pour les pieux tubulaires ouverts avec formation d'un bouchon en cours de battage, de ne tenir compte, lors des calculs, que de la surface extérieure du pieu ; — pour les pieux injectés sous faible (p¡ ̂ p¡) ou haute pression (p¡ > p¡), on retiendra comme surface latérale la surface définie par le périmètre de forage ; — pour les marnes très compactes ou le rocher fragmenté, on calculera la valeur qs à partir de valeurs de pression limite p¡ du terrain effectivement mesurée (*) ; l'utilisation d'un pressiomètre type « rocher » est donc recommandée ; — enfin, il ne sera pas tenu compte, lors du calcul du frottement latéral, du premier mètre de fût. Il est bien évident que les règles proposées, en dépit du fait qu'elles sont étalonnées sur des essais réels, ne suffiront pas à garantir dans tous les cas une por-tance réelle de l'ordre de celle estimée par le calcul. Le praticien sera toujours à la merci d'un remaniement des parois du forage [18] ou, cas malheureusement trop fréquent pour les pieux forés, d'un contact pointe-sol de qualité très médiocre et dont les causes

(*) La façon de procéder habituelle, qui consiste à n'utiliser qu'une fraction de la pression limite pt parce que cette dernière excède les possibilités de la sonde pressiométrique utilisée, est à proscrire. Celle-ci peut même conduire, dans certains cas, à retenir des valeurs de qs inférieures aux valeurs maximales indiquées par les abaques B, C ou D.

peuvent être multiples [19-20]. Il est toujours aussi difficile, actuellement, de faire refléter à des règles de calcul fiables l'incidence, fondamentale, de la mise en œuvre sur la portance finale d'un pieu [21]. Le remaniement, possible en principe dans tous les types de sol, est à redouter plus particulièrement dans les sols fins sensibles (argiles, limons argileux), les marnes marno-calcaires ou les craies. Il peut aussi affecter les matériaux composites relativement compacts, constitués par des blocs ou nodules enrobés de matrices argileuses ou marneuses. C'est en fait cette dernière fraction qui est vulnérable au remaniement.

Sans être en mesure de discriminer, pour l'instant, les techniques d'exécution ou outils de forage, on peut attirer l'attention sur un certain nombre de conclusions dont la prise en considération devrait éviter le remaniement intensif du sol autour du fût, aussi bien des parois de forage que du fond de ce dernier. On retiendra aussi : — que les opérations de louvoiement des tubages de travail, dans les sols fins sensibles ou à matrices fines, peuvent détruire la majeure partie et parfois même, dans les cas les plus graves, la totalité du frottement latéral ; — que d'une manière générale, l'utilisation des tubages de travail dans les sols frottants pourvus d'un minimum de cohésion (sables légèrement argileux par exemple), parce qu'ils lissent les parois du forage, peuvent être à l'origine d'une réduction sensible du frottement latéral ; — que l'usage intensif et abusif des outils de curage, et en particulier des soupapes pour faciliter le fonçage des chemises peut avoir un effet désastreux sur le frottement, lorsqu'un bouchon de sol d'une hauteur suffisante n'est pas maintenu en permanence à l'intérieur de celles-ci ; — que dans certains types de sols frottants à structures légèrement cimentées ou grésifiées, la mise en place par battage (et plus particulièrement de fûts avec pointes et éléments débordants) peut expliquer des réductions graves du frottement ; — que le lançage, notamment dans les sols sableux et limoneux, détruit presque totalement et définitivement le frottement latéral ; — que l'utilisation des tarières sans lames débordantes peut, dans les craies ou les argiles sensibles, laisser sur les parois du forage une couche de matériau remanié, laquelle sera à l'origine de valeurs anormalement faibles du frottement.

Il faut rappeler enfin, qu'en ce qui concerne la résistance de pointe des pieux forés, celle-ci pourra accuser de très graves défauts lorsque : — des remontées importantes de matériaux, notamment sableux, ont été observées lors d'un forage effectué au travers d'une couche qui est le siège d'une nappe en charge ; — le curage du fond de forage n'a pas été soigneusement effectué [22] ; — le bétonnage n'est pas effectué immédiatement après que le forage ait pris fin, ce qui déclenche souvent un phénomène irréversible de décompression du fond que ne peut plus compenser, après coup, la seule mise en place du béton.

99

Incidence du réajustement des règles pressiométriques Dans le but de chiffrer l'incidence du réajustement des paramètres de calcul pressiométrique sur la por-tance, et en particulier sur la portance nominale prévisionnelle QN, on a comparé les valeurs de celle-ci, calculée d'après les règles FOND. 72 et les règles nouvellement proposées, aux valeurs expérimentales QN

déduites de la charge critique de fluage QF. La com-

Fig. 20. — Méthode pressiométrique. Histo

grammes relatifs aux rapports des charges nominales réelles sur

charges nominales calculées.

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SURESTIMATION ! SOUS ESTIMATION

• Q L / Q L .FOND72 (MÊNARD

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Fig. 21. — Méthode pressiométrique. Histo

grammes relatifs aux rapports des charges

limites réelles sur charges limites calculées.

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56

Q N / Q N . FOND 72 (d'après MÉNARD)

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I SURESTIMATION SOUSESTIMATION

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paraison n'a porté que sur des pieux pour lesquels on disposait de la totalité des données et, dans le cas de pieux soumis à plusieurs chargements consécutifs, uniquement au premier chargement, dans le but de s'affranchir du facteur temps. Les figures 20 et 21 présentent, sous forme d'histogrammes, les différents rapports de portances nominales et limites établis uniquement pour les 35 sites couverts par les Laboratoires des Ponts et Chaussées. L'histogramme relatif aux portances nominales (fig. 20) permet de constater un resserrement des valeurs extrêmes et, fait important, une réduction des portances surestimées. On notera que la prise en compte des nouveaux paramètres, en dépit d'une réduction sensible des facteurs de portance k, n'amène pas de sousdimensionnement systématique des pieux ou, en d'autres termes, à rallonger leurs fiches pour des portances identiques. On constate également, que les nouveaux paramètres permettent de réduire assez nettement le surdimensionnement. L'histogramme relatif aux portances limites (fig. 21) conduit plus ou moins aux mêmes remarques. Il est intéressant, après avoir étudié les conséquences de l'adoption des nouveaux paramètres sur les portances globales, d'en chiffrer la répercussion sur le terme de résistance de pointe. La figure 22, qui représente l'histogramme des différents rapports de ce dernier terme, montre que l'adoption des nouveaux paramètres conduit à une estimation plus proche de la réalité que ne le permettaient les règles FOND. 72, ces dernières conduisant systématiquement à une surestimation très nette de la résistance de pointe Q^.

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Fig. 22. - M e t h o d ,

pressiométrique. Histogrammes des charges en pointe.

0 0,2 0,4 0.6 0,8 (lÔ) 12 H 1,6 18 2,0 Charge limite en pointe réelle Charge limite en pointe calculée

Les tassements. Méthode Gambin et Cassan

L'étude du choix du coefficient de sécurité réel sous charge statique, défini comme étant le rapport des charges QF/QN, ou rapport « charge de fluage/charge nominale réelle », a conduit à vérifier entrejiutres la valeur des enfoncements réels sous charge QN et QF.

100

20

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Fig. 23. — Enfoncement global de la tête des pieux V/v sous charge nominale û/y.

1000 2000 3000 Q ( k N )

y N / D C/.)

i : injection faible pression

ii : injection haute pression

- 4 *

Fig. 24. — Enfoncements relatifs V/v/D sous charge nominale Q/y.

1000 2000 3000 Q N ( k N )

Rappelons que QN est obtenue en frappant la charge de fluage QF d'un coefficient minorateur égal à 1,4. La figure 23 donne, pour 51 essais de chargements choisis parmi les plus représentatifs, effectués sur 25 sites et intéressant des pieux forés et des pieux battus, les enfoncements jlobaux de la tête yN sous charge nominale réelle QN (*). Il faut rappeler que les valeurs des déplacements yN intègrent la totalité des déformations tant élastiques que plastiques de l'ensemble « sol-pieu ». La figure 23 permet de constater que pour un total de 51 essais : — 32 essais indiquaient yN ^ 5 mm, soit « 63 % du total, — 12 essais indiquaient 5 < yN s£ 10 mm, soit « 23 %, — 2 essais indiquaient 10 < yN < 15 mm, soit « 4 %, — 3 essais indiquaient 15 yN < 20 mm, soit * 6 %, — 2 essais indiquaient 20 < yN < 25 mm, soit « 4 %. (*) Uniquement pour les premiers chargements.

On remarque, à ce propos, que parmi les pieux donnant des déplacements importants, figurent des pieux métalliques, libres sur des hauteurs considérables, 10 à 32 m, et qui ont, du fait de l'importance des charges appliquées, subi des déformations notables. Dans le cas des pieux de Dunkerque et Le Havre très fortement chargés, l'annulation du frottement latéral dans les parties hautes des pieux par double chemisage a accru considérablement les raccourcissements des parties libres. On a ainsi noté des raccourcissements de fûts de 6 mm (Le Havre) et même de 17 mm (Dunkerque). La déduction de ces déformations de la déformation globale yN conduirait à inclure 6 nouveaux pieux dans le groupe des pieux caractérisés par des déformations inférieures à 10 mm.

Dans l'ensemble faibles, et d'autant plus acceptables qu'en valeurs relatives les enfoncements restent compris en général (fig. 24) entre 0,2 et 2 <7o du diamètre, on observe toutefois que dans quelques cas (pieux du Thiou forés dans les marnes), les enfoncements globaux yN sous charge nominale peuvent être conséquents. Certains règlements disqualifieraient même des pieux considérés ici comme satisfaisants, prenant comme critère de sélection la charge de fluage. On

101

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Fig.25. — Enfoncements relatifs V/v/DsousQ/v

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Fig. 26. — Enfoncements relatifs V/v/Dsous Q/v en fonction de la mise en œuvre des pieux.

1000 2000 3CO0 Q N ( k N )

note aussi la dispersion marquée des résultats. Une analyse plus approfondie cherchant à relier l'amplitude des enfoncements tant globaux (yN) que relatifs (yN/D), semblerait montrer qu'il n'existe vraisemblablement aucune relation entre ces valeurs et la nature des sols (fig. 25) ou le type de mise en œuvre (fig. 26). Au vu des résultats obtenus, relatifs aux enfoncements réels sous charge nominale QN, il était intéressant de vérifier la validité des méthodes de calcul proposées par Gambin et Cassan [23-24] pour l'estimation du tassement. Cette vérification a été effectuée pour quatre cas, regroupant en fait quatre exemples types, se rapportant à des pieux convenablement exécutés, pour lesquels on était en possession de la totalité des paramètres requis par les méthodes proposées par ces auteurs et en particulier des modules alternés Ea pour les pieux battus.

Les résultats obtenus sont comparés aux courbes d'enfoncement réel, relevées sur chantier (fig. 27a, b, c, d). On remarquera que les valeurs <2omax.> correspondent, pour les auteurs, aux limites d'applicabilité de leur méthode. Les amplitudes des tassements mesurés et calculés divergent indiscutablement, mais du point de vue pratique, compte tenu des valeurs en

jeu, n'excédant pas le centimètre dans la plupart des cas sous charge nominale QN, on peut considérer que les ordres de grandeur des tassements calculés suivant ces méthodes sont acceptables dans la pratique courante.

Méthode pénétrométrique statique

Intéressante dans la mesure où la nature des terrains à traverser ne s'oppose pas à la mise en œuvre du pénétromètre statique, ce qui n'a pas été le cas pour plus de la moitié des sites étudiés (revoir tableau III), la méthode pénétrométrique offre la possibilité d'évaluer, avec une précision à notre avis moindre que ne le permet la méthode pressiométrique mais toujours encore acceptable, la portance d'un pieu sollicité verticalement par une charge statique. Néanmoins, l'ensemble des paramètres de calcul qu'intègre cette méthode, facteur de portance kc (*) et coefficient a pour l'évaluation du frottement latéral unitaire limite proposés par le FOND. 72, semblaient devoir être

(*) Pour distinguer ce facteur de celui propre aux règles pressio-métriques, on a adopté la notation kc.

102

Charge en t'ete(kN)

sensiblement modifiés. En outre, la classification des sols du FOND. 72 apparaissant comme trop grossière, on a été conduit à élaborer de nouvelles règles affinant et réajustant la méthode, tout en conservant les principes de calcul, énoncés par le FOND. 72 [10] pour la détermination de la résistance de pointe et du frottement latéral. Le tableau VII synthétise, en fonction de la nature des sols et du type de pieu, les valeurs des paramètres kc et a à prendre en compte au niveau de la prévision.

On remarque tout d'abord que la classification des sols proposée, est alignée sur la résistance de pointe qc mesurée au pénétromètre statique et qu'il existe, au niveau des appellations, une correspondance avec la classification élaborée pour le pressiomètre (cf. § choix du facteur de portance k).

On note également, point important, que les nouvelles valeurs kc sont en moyenne deux fois inférieures à celles du FOND. 72. En effet, comprises anciennement entre 1,0 et 0,7, ces valeurs oscillent actuellement entre 0,2 et 0,55. Cette réduction est à rapprocher de celle subie par les facteurs de pointe k de la méthode pressiométrique. Les deux méthodes, après réajustement, reflètent donc bien le fait que la part

d'effort reprise par la pointe est beaucoup moins importante que ne le laissaient présumer les méthodes précédentes. Cette même constatation a été également faite, pour le pénétromètre statique, par Cassan et Philipponnat [12-25] qui proposent, partant de cas concrets, des valeurs de facteur de pointe kc sensiblement du même ordre (*) que celles préconisées par le tableau VII.

Application des paramètres kc et a

Les différentes valeurs du facteur de portance kc du tableau VII s'appliquent aux pieux forés, battus, foncés ou injectés. Chacune de ces appellations englobe les types de pieux décrits au paragraphe « utilisation des abaques définissant les valeurs de k » (cf. également Annexe). Les remarques faites pour la méthode pressiométrique en ce,qui concerne l'application des

(*) Cassan propose une valeur moyenne et globale de kc égale à 0,5 et Philipponnat suivant la nature du sol, la mise en œuvre et le type de pieu, des valeurs comprises entre 0,35 et 0,50. Toutefois, le coefficient de sécurité à prendre sur le terme de pointe d'après ce dernier auteur est égal à 2 et non 3.

103

TABLEAU VII Méthode pénétrométrique. Valeurs des facteurs de portance kc et des coefficients a

Nature du sol 1c

(10'Pa)

Facteur de portance Coefficient a Valeur maximale de qs (105 Pa) (*)

Nature du sol 1c

(10'Pa) * c Pieu foré Pieu battu Pieu foré Pieu battu Pieu injecté

Nature du sol 1c

(10'Pa) Pieu foré

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béton Tubé Fût béton

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Haute pression

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Argile moyennement compacte 10 à 50 0,35 0,45 40 80 40 80 (0,8 ) 0,35

(0,8 ) 0,35

(0,8 ) 0,35 0,35 0,8 »1,2

Limon et sable lâche 50 0,4 0,5 60 150 60 120 0,35 0,35 0,35 0,35 0,8 -Argile compacte à raide et limon compact > 50 0,45 0,55 60 120 60 120 (0,8 )

0,35 (0,8 ) 0,35

(0,8 ) 0,35 0,35 0,8 »2 ,0

Craie molle « 50 0,2 0,3 100 120 100 120 0,35 0,35 0,35 0,35 0,8 -

Sable et grave moyennement compacts 50 à 120 0,4 0.5 100 200 100 200 (1.2 ) 0,8

' (0,8 ) 0,35

(1,2 ) 0,8 0,8 1,2 » 2 , 0

Craie altérée à fragmentée > 50 0,2 0,4 60 80 60 80 (1,5 ) 1,2

(1,2 ) 0,8

(1.5 ) 1,2 1,2 1,5 »2 ,0

Sable et grave compacts à très compacts > 120 0,3 0,4 150 300 150 200 (1,5 ) 1,2

(1,2 ) 0,8

(1,5 ) 1,20 1,20 1,5 »2 ,0

(') Y compris l'ensemble des fondations relevant du premier groupe (I). Voir § utilisation des abaques définissant les valeurs de k. (2) Y compris l'ensemble des fondations relevant du deuxième groupe (II). Voir § utilisation des abaques définissant les valeurs de k. (*) Les valeurs entre parenthèses correspondent, pour les pieux forés, à une exécution soignée du pieu et une technologie de mise en œuvre susceptible de remanier au minimum le sol au contact du fût. Pour les pieux battus, par contre, à un resserrement du sol sur le pieu après battage.

facteurs kc aux cas des pieux H ou à base ouverte, restent également valables pour les règles pénétromé-triques proposées. Point important, les présentes règles pénétrométri-ques ayant été établies pour des études réalisées au pénétromètre statique type PAREZ [26] 0 45 mm ou LPC à pointe électrique 0 36 mm [27], les paramètres de calcul kc et a préconisés s'appliquent en principe à tous les types de pénétromètres statiques utilisés conformément aux prescriptions du sous-comité européen de normalisation des essais par pénétration [28]. En ce qui concerne le choix du coefficient a, pour les cas où le frottement unitaire gs n'excède pas les valeurs maximales du tableau VII, ce dernier distingue les pieux forés des pieux battus ou injectés, conformément à la classification établie par le DTU « Fondations profondes » [4] (cf. Annexe).

Pieux forés à fût béton — pieux forés simples, — pieux forés à la boue, — pieux forés à la tarière creuse, — pieux vissés moulés, — micropieux du type I, — les puits, — les barrettes.

Pieux forés tubes — pieux forés tubes (fût béton ou métal), — pieux battus moulés.

Pieux battus avec fût béton ou métallique — pieux battus préfabriqués, — pieux métalliques battus, — pieux tubulaires précontraints, — pieux béton foncé, — pieux métal foncé.

Pieux injectés sous faible pression (pt < pi) — pieux battus enrobés, — pieux battus pilonnés.

Pieux injectés sous haute pression (pt > prf — pieux injectés sous haute pression de diamètre supérieur à 250 mm, — micropieux du type II.

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Fig. 28. — Méthode pénétrométrique. Comparaison des facteurs de portance kc

mesurés et proposés par le FOND. 72 et les nouvelles règles.

La figure 28 permet de comparer les valeurs des facteurs kc mesurées et proposées par le FOND. 72, pour 13 sites et toujours pour les premiers chargements. La figure 29 permet d'effectuer une pareille comparaison pour les coefficients a.

On a chiffré enfin, pour les 35 sites sur lesquels avaient travaillé les Laboratoires des Ponts et Chaussées, l'incidence du réajustement des paramètres de

104

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Fig. 29.

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- Méthode pénétrométrique. Comparaison des valeurs du coefficient mesuré Jet proposé par les nouvelles règles».

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Fig. 31. — Méthode pénétrométrique. Histogrammes relatifs aux charges limites.

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0 0,2 0,4 0,6 0,8 @ 1,2 1,4 1,6 1,8 ¿0 Charge nominale réel le Charge nominale calculée

Fig. 30. — Méthode pénétrométrique. Histogrammes relatifs aux charges nominales.

12.

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Q p / Q p . FOND 72 (d'après BEGEMAN)

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SURESTIMATION j SOUSESTIMATION

02 0.4 0.6 0.8 ÇS) 1.2 14 1.6 1.8 2.0 Charge limite en pointe réelle Charge limite en pointe calculée

Fig. 32. — Méthode pénétrométrique. Histogrammes relatifs aux charges en pointe.

calcul pénétrométrique, en comparant îles charges nominales prévisionnelles, calculées conformément aux règles FOND. 72 et par application des^nouveaux paramètres proposés, aux charges réelles QN déduites des essais. Comme pour le pressiomètre, la comparaison ne fait intervenir pour chaque pieu que le premier chargement. Les histogrammes des figures 30 et 31 présentent les différents rapports de charges nominales et limites. La figure 32 met bien en évidence l'incidence du réajustement du facteur kc sur la résistance de pointe. On peut constater, dans l'ensemble, que l'adoption de nouveaux paramètres conduit à situer les charges prévisionnelles d'un pieu plus près de la réalité que ne permettaient de le faire les règles FOND. 72.

CONCLUSIONS

La réalisation d'un nombre conséquent d'essais de chargement en vraie grandeur, avec mesure de la résistance de pointe et du frottement latéral, a fourni les données expérimentales indispensables au réajustement des méthodes de prévision de la portance d'un pieu sous charge verticale statique, basées sur l'interprétation des essais pressiométriques et pénétrométri-ques statiques. Il est apparu, en ce qui concerne la première de ces méthodes, à savoir la méthode pressiométrique : — que celle-ci, particularité essentielle, reposait bien, et cela quelle que soit la nature des sols rencon-

105

très sur l'ensemble du territoire, sur un essai pratiquement toujours réalisable, exploitable et représentatif ; — qu'elle restajt globalement la plus fiable pour ce qui est de la prévision des charges caractéristiques, tant nominales que limites ; — qu'il y avait lieu toutefois, dans le but d'obtenir une répartition des efforts le long du pieu beaucoup plus réaliste mais aussi pour réduire l'écart entre por-tance réelle et prévisionnelle, de réajuster les valeurs des paramètres de calcul associés à la méthode. Ainsi, en ce qui concerne l'ensemble des fondations forées, il s'est avéré indispensable de réduire systématiquement les facteurs k, de 50 % en moyenne. En revanche, au niveau des frottements unitaires limites qs à prendre en compte, i l est apparu que le réajustement devait se traduire en règle générale et pour les sols frottants moyennement compacts à très compacts par une majoration, et dans le cas des sols fins médiocres, par une minoration sensible de ce paramètre. En ce qui concerne la méthode pénétrométrique, on retiendra : — que la prédominance sur l'ensemble de notre territoire de sols compacts ou à structures complexes rend impossible, dans plus de la moitié des cas, toute mise en œuvre du pénétromètre et par conséquent la méthode associée inapplicable ;

— que même dans les cas où il est possible d'établir un profil pénétrométrique, la méthode associée, en raison de la représentativité parfois discutable de la résistance de pointe, apparaît d'une manière générale comme moins fiable que la méthode pressiométri-que ; — qu'au même titre que pour le pressiomètre, le réajustement de la méthode pénétrométrique amenait à réduire sensiblement les valeurs du facteur de por-tance kc pour le calcul du terme de pointe et, suivant la nature du sol et le type de fondation considéré, à réduire ou majorer les valeurs des coefficients a à prendre en compte pour le calcul du frottement latéral unitaire.

Enfin, si l'ensemble des données fournies par les essais de chargement a permis d'affiner les deux méthodes de calcul citées, et d'étendre leur application à des types de fondations profondes apparues ou rendues d'un usage plus courant lors des 15 dernières années, le manque ou le trop petit nombre de données relatives à certaines fondations laissent penser que ces méthodes restent perfectibles. Il semble toutefois que seule la multiplication des essais de chargement en vraie grandeur, réalisés sur fondations dûment instrumentées et selon un mode opératoire normalisé, offrira la possibilité de mieux cerner la réalité.

R E F E R E N C E S B I B L I O G R A P H I Q U E S

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[25] PHILIPPONNAT , Méthode pratique de calcul d'un pieu isolé à l'aide du pénétromètre statique, Rev. F. Géotechnique, 10, p. 55-64.

[26] P A R E Z , Les pénétromètres et leur utilisation, J . Fondations, LCPC, mai 1973.

[27] JÉZÉQUEL J .-F., PINEL M. , RAVILLY G., Pénétromètre électrique à mesure continue. Modification de la pointe pénétrométrique Gouda, Bull, liaison Labo. routiers P. et Ch., 36, janv.-févr. 1969, p. 17-19.

[28] Rapport du Sous-Comité Européen de standardisation des essais par pénétration, IX e Cong. Inter. Méc. Sols, Proc. TOKYO, Vol. 3, 1977.

ANNEXE

Pieu foré simple

Pieu foré boue et barrette

Pieu foré tubé

Classification des pieux en fonction du mode d'exécution (DTU fondations profondes n° 13.2)

G R O U P E I

Mis en œuvre à partir d'un forage exécuté dans le sol par des moyens mécaniques tels que tarière, benne, etc. Ce procédé, qui n'utilise pas de soutènement de parois, ne s'applique que dans des sols suffisamment cohérents et situés au-dessus des nappes phréatiques. Mis en oeuvre à partir d'un forage exécuté dans le sol par des moyens mécaniques tels que tarière, benne, etc., sous protection d'une boue de forage. Le forage est rempli de béton de grande ouvrabilité sous la boue, en utilisant une colonne de bétonnage.

Mis en œuvre à partir d'un forage exécuté dans le sol par des moyens mécaniques tels que tarière, benne, etc., sous protection d'un tubage dont la base est toujours située au-dessous du fond de forage. Le tubage peut être enfoncé jusqu'à la profondeur finale par vibration, ou foncé avec louvoiement au fur et à mesure de l'avancement du forage. Le forage est rempli partiellement ou totalement d'un béton de grande ouvrabilité, puis le tubage est extrait sans que le pied du tubage puisse se trouver à moins de 1 m sous le

Pieu tarière creuse

Puits

Micropieux type I

niveau du béton, sauf au niveau de la cote d'arase. Mis en œuvre avec une tarière à axe creux, d'une longueur totale au moins égale à la profondeur des pieux à exécuter, vissée dans le sol sans extraction notable de terrain. La tarrière est extraite du sol sans tourner pendant que, simultanément, du béton est injecté dans l'axe creux de la tarière, prenant la place du sol extrait. Fondations creusées à la main. Les moyens de forage employés exigent la présence d'hommes au fond du forage. Les parois du forage sont soutenues par un blindage. Le micropieu type I est un pieu foré tubé, de diamètre inférieur à 250 mm. 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.

G R O U P E II

Pieu vissé mou lé — Ce procédé, qui ne s'applique pas aux sols sableux sans cohésion situés sous la nappe, en raison des éboule-ments importants qu'il risquerait de provoquer, consiste à faire pénétrer dans le sol, par rotation et fonçage, un outil en forme de double vis surmonté d'une colonne cannelée. Cet outil est percé dans l'axe de la colonne cannelée et muni d'un bouchon. Au sommet de la colonne est disposé un récipient rempli de béton. L'extraction de l'outil est

obtenue en tournant dans le sens inverse de celui de la pénétration. Le béton prend en continu, sous l'effet de la gravité, la place laissée par l'outil.

Pieu battu — Ce pieu, à âme métallique (acier enrobé E 24.1 ou similaire), est constitué :

— de tubes d'acier de 150 à 500 mm de diamètre extérieur,

— de profilés H, — de caissons formés de profilés ou

de palplanches à'2, 3 ou 4 éléments.

107

Pieu battu préfabriqué

Pieu métal battu

Pieu tubulaire précontraint

Pieu battu pi lonné

La pointe du pieu comporte un sabot débordant qui assure un enrobage du métal du fût du pieu de 4 cm au minimum. Au fur et à mesure du battage, un mortier est envoyé par un ou plusieurs tubes débouchant au voisinage du sabot, afin de constituer l'enrobage en remplissant le vide annulaire laissé par le débord de celui-ci. Ces pieux, préfabriqués en béton armé ou précontraint, sont fichés dans le sol par battage ou vibrofon-çage. Ces pieux, entièrement métalliques, constitués d'acier E 24.1 ou similaire avec addition éventuelle de cuivre (0,2 à 0,5 °?o), sont fichés dans le sol par battage. Leurs sections sont : — en forme de H, — en forme d'anneau (tube), — en forme quelconque, obtenue

par soudage de palplanches par exemple.

Ce pieu est constitué d'éléments tubulaires en béton légèrement armé assemblés par précontrainte, antérieurement au battage. Les éléments ont généralement 1,5 à 3 m de longueur et 0,70 à 0,90 m de diamètre intérieur. Leur épaisseur est voisine de 0,15 m. Des passages longitudinaux de 2 à 4 cm de diamètre sont ménagés pour permettre l'enfilage des câbles de précontrainte. La mise en œuvre est normalement faite par battage avec base ouverte. Le lan-çage et le havage (benne, émulseur) peuvent être utilisés pour la traversée des terrains supérieurs. Ils sont interdits sur la hauteur de la fiche. Un tube, muni à sa base d'un bouchon de béton ferme, est enfoncé par battage sur le bouchon. En phase finale, le béton ferme est introduit dans le tube par petites quantités, successivement pilonnées à l'aide du mouton de battage au

Pieu battu m o u l é

Pieu bé ton foncé

Pieu métal foncé

Micropieu type II

Pieu injecté , sous haute pression, de gros diamètre

fur et à mesure de l'extraction du tube. Suivant les cas, les pieux peuvent être armés. 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. Le tube est ensuite rempli totalement de béton d'ouvrabilité moyenne, avant son extraction. Le cas échéant, ces pieux peuvent être armés. Ces pieux sont constitués d'éléments cylindriques en béton armé, préfabriqués ou coffrés à l'avancement, de 0,50 m à 2,50 m de longueur et de 30 à 60 cm de diamètre. Les éléments sont foncés dans le sol à l'aide d'un vérin qui prend appui sous un massif de réaction. Ces pieux, entièrement métalliques, sont constitués d'acier E 24.1 ou similaire avec addition éventuelle de cuivre (0,2 à 0,5 °7o). Ils sont foncés dans le sol à l'aide d'un vérin qui prend appui sous un massif de réaction. Le micropieu type II est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage est équipé d'armatures et d'un système d'injection qui est le plus souvent un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. L'armature, généralement constituée par des aciers à haute résistance, peut être constituée par des tubes ou des barres. Ce type de pieu, par opposition aux micropieux du type II, regroupe des pieux de forts diamètres, supérieurs à 250 mm. L'armature est en principe constituée par un tube équipé d'un dispositif d'injection comprenant des clapets anti-retour. Le dispositif d'injection doit permettre le scellement au terrain sous haute pression.

Cet article est issu de la conférence prononcée au comité français de Mécasol en décembre 1980 et du congrès de Stockolm de juin 1981 sur la capacité portante des pieux.

108

DTU Bustamante

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