cours de Fondations(Comparaison de FS par semelles & radier)

Comparaison de FS par semelles & radier

Introduction : Depuis longtemps, on construisait des fondations et des ouvrages stables enaugmentant la section des éléments constituants cet ouvrage, et ceci à traversl'utilisation de facteurs de sécurité globaux empiriques déterminés arbitrairement parexpérience. Par conséquent, on reçoit souvent des constructions surdimensionnées.La nécessité de construire des ouvrages plus fiables, économiques et esthétiques àamener les ingénieurs à développer un nouveau concept de sécurité basé sur lathéorie de la probabilité qui devrait satisfaire à ces exigences. Et ceci à traversl'utilisation de facteurs partiels de sécurité, dérivés stochastiquement avec desméthodes probabilistes pour couvrir la dispersion aléatoire des paramètres influantsur la stabilité de l'ouvrage au lieu d'un facteur global de sécurité. La sécurité dusystème est exprimée par la probabilité de rupture Pf ou par l'indice de sécurité β([1], [2], [3], [9]). Ce nouveau concept est connu sous le nom " concept statisticoprobabilistede sécurité". Le nouveau concept de sécurité permet une comparaisonobjective et rationnelle des différents modes de rupture d'une structure et même desdifférentes structures à travers un indice de sécurité homogène et invariable. Ce quin'est pas le cas pour le concept conventionnel. L'objectif de ce travail est l'étude dansun premier temps de la stabilité des fondations superficielles vis-à-vis aupoinçonnement d'après le nouveau concept statistico-probabiliste de sécurité(Eurocode 7 [7] et DIN1054.100 [6]) . Une étude comparative avec le conceptglobal conventionnel de sécurité a été effectuée pour valoriser l'analyse probabiliste.L'étude de la stabilité de tout ouvrage en Génie civil, en particulierGéotechnique (Fondations, Mur de soutènement……), doit se faire dans l’ordresuivant:A - Modèles mécaniquesRecherche des différents modèles mécaniques caractérisant les différentespossibilités de ruptureFormulations des équations d’état limite d’équilibre correspondant à cesmodèles.B - Etude paramétriqueEtude déterministe: Dimensionnement de l'élément ou de l'ouvrage.Etude probabiliste: Calcul de l'indice de sécurité β ou de la probabilité de rupture

Pf .Les fondations superficielles sont largement utilisées dans le domaine de laconstruction. L'étude de leur stabilité en particulier vis-à-vis au poinçonnement constitue unaspect primordial dans le but de construire des fondations et même des ouvrages plus fiableset économiques. Dans ce papier, on propose une analyse probabiliste de la stabilité desfondations superficielles vis-à-vis au poinçonnement basée sur le nouveau concept statisticoprobabilistede sécurité. Ce nouveau concept prend en considération le caractère aléatoiredes paramètres d'influence (géométrie, sol, surcharge), en particulier des paramètres decisaillement du sol. Une comparaison de cette analyse probabiliste avec des analysesconventionnelles basées sur le concept global de sécurité est effectuée (Exemple : Concept

Français et Allemand).

2. Modèles mécaniquesPour la modélisation mécanique de la rupture des fondations superficielles parpoinçonnement, on trouve dans la littérature plusieurs méthodes qui sont en général

inspirés de la théorie classique de Prandt.

2.1 Semelles carrées et Semelles filantes

Pour tenir compte de la forme de la semelle, on utilise la formule donnant lacapacité portante de la semelle filante (Eq. 1), en affectant chacun des trois facteursde capacité portante des coefficients correcteurs ( Sq, Sc et Sγ ) choisis de manièreempirique, par suite des résultats d'essais de laboratoire et des constatations faitessur la capacité portante de semelles réelles[3],[5].

3.1. Concept conventionnel Français (DTU13.12)

1

Comparaison de FS par semelles & radier qréf ≤ qadqréel : La contrainte réelle appliquée à la fondation.; qad : la contrainte admissible.La contrainte admissible est la contrainte limite appliquée à la fondation diviséepar un coefficient global de sécurité désigné par Fs pris égal 3.

Généralité : 1/ Objectif : Les fondations sont les ouvrages de transition entre les charges appliquées sur mur sous-poteaux et le sol porteur. Les semelles en béton armé sont :

- superficielles : continues ou isolées - rigides (non flexibles). Elles permettent :

- de transmettre les charges au sol- de répartir les pressions.

Les forces ou actions à prendre en compte sont : - les charges transmises par les murs ou les poteaux isolées : permanentes et d’exploitation,

verticales, supposées centrées sur l’axe des semelles et se répartissant uniformément sur le sol considéré homogène,

- les actions ascendantes du sol sous la semelle de fondation dans l’hypothèse d’une répartition uniforme des contraintes.

L’objectif du cours est de calculer des ouvrages de fondations par semelles rigides soumises à des charges centrées. Les semelles excentrées, les radiers, les semelles sur pieux, ne sont pas abordés dans ce chapitre. Conformément au DTU 13.11, sont superficielles les fondations dont la profondeur est inférieure à 3 m : semelles isolées ou filantes, puits courts, radiers. On les trouve aussi bien en fond de fouille, à plusieurs mètres de profondeur, qu’à proximité de la surface du terrain environnant la constructionPar nature, les fondations sont inaccessibles à l’examen visuel. Les désordres ne sont décelables que par leurs effets sur les constructions : fissurations, déformations, tassements etc.

Types d’ouvrages :fondations superficielles peuvent être réalisées de deux manières : – soit au voisinage de la surface, en respectant les conditions de mise hors-gel ou hors séche-

resse du sol d’assise ; – soit à des profondeurs variables suivant les caractéristiques du terrain ou l’existence de sous-

sol. Le terme « superficiel » correspond à une fondation plane, dont la portance résulte uniquementdu contact de sa sous-face avec le terrain, à l’exclusion du tout frottement latéral. L’interaction sol/structure se traduit par une contrainte admissible (pression exercée sur le sol) et une déformation acceptable, c’est-à-dire compatible avec la configuration et les caractéristiques de l’ouvrage.La conception des fondations superficielles s’appuie sur une étude de sol appropriée au terrain et à l’ouvrage (répartition et distribution des charges). L’interprétation des résultats de l’étude dépend de la qualité des essais et de la compétence du géotechnicien

Semelles superficielles

Les semelles de fondation sont des ouvrages d’assise ayant un empattement plus important que les éléments porteurs de la structure. Elles sont :

– soit ponctuelles, telles les semelles isolées sous poteaux ; – soit linéaires, telles les semelles filantes sous murs.Le dimensionnement des semelles superficielles dépend à

2

Comparaison de FS par semelles & radierl a fois : – des caractéristiques géotechniques du sol d’assise ; – des charges apportées par l’ouvrage ; – des déformations acceptées par les ouvrages.L’élargissement des éléments porteurs au contact du sol permet de réduire la pression exercée sur le sol par rapport aux contraintes régnant dans les éléments de structure

Radiers

Les radiers dalles sont des fondations planes : i l s’agit, en quelque sorte, de planchers inversés en béton armé dont la totalité de la surface participe à l a répartition des charges sur le sol. Leur épaisseur, de plusieurs dizaines de centimètres, dépend : – des charges apportées par l’ouvrage ; – d e l’espacement des éléments porteurs ; – d e l a consistance du sol.Leur étendue varie : – soit elle couvre la totalité de l’emprise de l’ouvrage concerné ; – soit elle est localisée sous des parties d’ouvrage, telle la cage d’ascenseur, par exemple.La rigidité des radiers peut être augmentée au moyen de nervures. Dans ce cas les radiers sont dits « évidés » o u à « semelles continues quadrillées » ( « boîte à œufs »).Le choix du type de radier dépend des caractéristiques mécaniques du sol. On distingue : • l e radier dalle, adapté : – aux bâtiments légers (ossatures métalliques, par exemple) ou moyennement lourds (bâti-

ments en maçonnerie de un à deux niveaux, par exemple) sur sols de faible portance, – à des sols de portance moyenne pour des bâtiments lourds, en béton armé de plusieursFig. 1. Bulbes de pression d’une semelle et d’un radier.

étages, par exemple ; • l e radier évidé, mieux adapté à des sols de portance moyenne mais présentant une hétérogénéité horizontale assez forte, donc des risques importants de tassements différentiels ; • l e radier dit flottant, utilisé lorsque le poids des terres excavées est égal ou voisin de celui de l’ouvrage.Comme les autres fondations superficielles, les radiers peuvent être affectés par les mouvements du terrain, particulièrement en cas de sécheresse. Les désordres sont cependant moins fréquents. En revanche, lorsque les radiers sont insuffisamment armés vis-à-vis des charges concentrées ou des efforts de flexion, les désordres sont ceux observables sur toute structure en béton armé mal dimensionnée.Les dallages sur terre-plein, pour des habitations ou des bâtiments industriels, constituent un cas particulier de fondation superficielle (voir fiche 6.06). Le dallage a pour fonction de transmettre au sol les charges ou surcharges ponctuelles ou réparties qu’il supporte. Étant donné les surfaces couvertes par les radiers et les dallages, la connaissance du sol en profondeur est capitale. A` profondeur d’assise équivalente, les bulbes de pression d’une semelle et d’un radiern’agissent pas sur les mêmes couches de terrain (fig. 1).

3


Fig. 1. Bulbes de pression d’une semelle et d’un radier.

Le dimensionnement d’une fondation superficielle consiste donc à vérifier la stabilité de celle-ci etnotamment que le sol de fondation est en mesure de supporter les sollicitations qui vont lui êtreappliquées. Il s’agit donc de vérifier que la capacité portante du sol de fondation est suffisante. Cellecidépend :_ des caractéristiques de la fondation : longueur, largeur, inclinaison, mais aussi rigidité etsurface de contact avec le sol._ Des caractéristiques de la charge appliquée au sol : intensité mais aussi inclinaison etexcentrement._ Des caractéristiques mécaniques du sol, déterminées en place ou in situ.Le paragraphe 3 ci-après présente les principaux types d’essais in situ utilisés en mécanique des solspour calculer la capacité portante des fondations. Les méthodes de calcul, à partir d’essais in situ ouen laboratoire, sont décrites dans les paragraphes 4 et 5. Le paragraphe 6 présente quant à lui lesvérifications à effectuer pour justifier de la capacité portante d’une fondation superficielle

16.1 DOMAINE D’APPLICATIONUne fondation superficielle constitue la partie inférieure d'un ouvrage qui transmet les efforts provenant de la superstructure à une couche de sol peu profonde.Sous les efforts transmis le sol devra présenter une résistance suffisante et des tassements acceptables pour l'ouvrage lui-même mais également pour les structures avoisinantes.Le domaine d'application pour les semelles de bâtiment est défini par le document technique unifié DTU13.12. (référence AFNOR DTU P11-711) de mars 1988. Pour les semelles des ouvrages de génie civil on se réfère aux règles techniques de conception et de calcul des fondations des ouvrages de génie civil (fascicule n°62-titre V du CCTG).Au sens du DTU 13.12 le domaine d'application des fondations superficielles est défini par une profondeur relative D/B< 6 et une profondeur absolue de 3m. Au-delà on a des fondations profondes.Au sens du fasc.62 titre V on considère qu’une fondation est superficielle lorsque sa hauteur d’encastrement De (cf. infra) est inférieure à 1.5 fois sa largeur : De / B < 1,5

4

Comparaison de FS par semelles & radierActuellement le dimensionnement des semelles de bâtiment (DTU) peut se faire à partir des essais delaboratoire, ou d’après les essais en place (pressiomètre, pénétromètres). Par contre le dimensionnement des semelles des ouvrages de génie civil ne se fait qu’à partir des essais en place (pressiomètre et pénétromètre statique).Par rapport aux semelles de bâtiment on ne développera que l’étude de la charge limite par rapport aux essais de laboratoire. Les justifications des semelles des ouvrages de génie civil seront complètement exposées, étant donné qu’il est prévu dans l’avenir une fusion des 2 règlements au profit du fasc.62, plus complet et plus récent, en attendant une refonte complète sous le format de l’EC7.

16.6.1 Situations et actions16.6.1.1 SituationsLa justification de la structure est envisagée pour différentes actions :♦ situations en cours de construction;♦ situations en cours d’exploitation;♦ situations accidentelles.16.6.1.2 ActionsLes actions sont classées en actions permanentes, variables et accidentelles :♦ G actions permanentes;♦ Q actions variables;♦ FA actions accidentelles.Les valeurs représentatives des actions sont :♦ pour les actions permanentes : Gk ;

♦ pour les actions variables :� valeurs caractéristiques Qik de l’action Qi ;� valeurs de combinaison ψ0i .Qik ;

� valeurs fréquentes ψ1i .Qik

� valeurs quasi-permanentes ψ2i .Qik

Les actions sont transmises aux fondations superficielles :♦ directement par la structure (exemple charges de ponts routiers définies par le fasc.61 titreII), entenant compte éventuellement de l’interaction sol-structure.♦ par le sol :� actions d’origine pondérale (actions G)� actions de poussée , avec la même valeur de poids volumique que celle adoptée pour les actionsd’origine pondérale, (actions G)� actions transmises par le sol : surcharges.� actions dues à l’eau :� pressions interstitielles en tenant compte des forces d’écoulement si elles existent (actionGw, avec γw = 10 kN/m3)� effets hydrodynamiques ( poussée de courant, houles, séisme..)16.6.2 Combinaisons d’actions et sollicitations de calculLes sollicitations (efforts internes) dans les fondations superficielles sont calculées à partir des actions (effortsexternes) en tenant compte de modèles de comportement plus ou moins complexes et représentatifs de la réalité.16.6.2.1 Combinaisons d’actions et sollicitations de calcul vis à vis des états-limites ultimes : ELU16.6.2.1.1 Combinaisons fondamentales1,125× {(1,2×Gmax)+ (0,9×G min)+ (γ Gw×G w)+ (γ Fw×F w )+ (γ F1 Q i × Q 1 K)+ Σ1,15×ψ0i Q ik}Gmax : actions permanentes défavorables,Gmin : actions permanentes favorables,Gw : actions des pressions statiques de l’eau,

5

Comparaison de FS par semelles & radierFw : actions hydrodynamiques,Q1k :valeur caractéristique de l’action variable de base,ψ0iQik : valeur de combinaison d’une action variable d’accompagnement.γGw vaut : 1, lorsque la pression interstitielle présente un caractère favorable,1,05 lorsque la pression interstitielle présente un caractère défavorable.γFw vaut : 1,2 ou 0,9, sa valeur étant choisie de manière à obtenir l’effet le plus défavorable.γF1Q1 vaut : 1,33 dans le cas général,1,20 pour les charges d’exploitation étroitement bornées ou de caractère particulier.1,125 peut être qualifié de coefficient de méthode.

16.6.2.2 Combinaisons d’actions et sollicitations de calcul vis-à-vis des états-limites de service : ELS

16.6.2.2.1 Combinaisons rares {G + F w + Q1 + Σ i ψ0i × Q i }

16.7 ESTIMATION DES TASSEMENTSLes combinaisons d’actions à considérer sont les combinaisons quasi-permanentes.16.7.1 Tassements évalués à partir des essais de laboratoireLe calcul de ces tassements a été traité au chapitre VI. On doit s’y référer automatiquement s’il s’agit detassements de consolidation (exemples : réservoirs, remblais sur sols argileux saturés)16.7.2 Tassements évalués à partir des essais pressiométriques MENARD.Cette évaluation n'est valable qu'en dehors du cas de consolidation.sf = sc + sd

sc : tassement sphériquesd : tassement déviatorique16.7.2.1 Sol homogèneSc= α/9×Em(q’- σ’ v 0 ) ×λc×B sd= 2/9×Em(q’- σ’ v 0 ) ×B0 ×λd( B/ B0)

Bo : 0,6 mB : largeur de la fondationq’ : composante normale de la contrainte effective moyenne appliquée au sol par la fondation.σ‘vo : contrainte verticale effective calculée avant travaux au niveau de la fondation (tient compte dupoids des terres enlevées lors du terrassement)EM : module pressiométriqueα : coefficient rhéologique Epressio = α.Eoed (module oedométrique) qui dépend de la nature du solλc et λd : coefficients de forme.

Objectif : La fonction d’une fondation est de transmettre au sol les charges qui résultent des actions appliquées sur la structure qu’elle supporte.Cela suppose donc que le concepteur connaisse :

- la capacité portante de la semelle de la fondation. Le sol ne doit pas rompre, ni tasser de façon inconsidérée sous la semelle.

- Les actions amenées par la structure au niveau du sol de fondation. La semelle doit résister aux actions auxquelles elle est soumise.

Analyse quantitative de la rupture du sol sous une fondation superficielle :

6

Comparaison de FS par semelles & radierSi on soumet une semelle filante à un chargement croissant jusqu'à la rupture d'un sol homogène et indéfini on obtient une rupture du sol en surface qu'on qualifie de rupture globale. Schématiquement, il se forme sous la base de la semelle un poinçon rigide qui s'enfonce dans le sol en le refoulant de part et d'autre jusqu'à la surface. Le sol des parties P est complètement plastifié, tandis que les zones externes E ne sont soumises qu'à des contraintes beaucoup plus faibles qui ne le mettent pas en rupture (Fig.ci-dessous). Si on soumettait la même fondation, mais placée à plus grande profondeur, fondation profonde, au même essai on obtiendrait une rupture interne du sol : rupture locale sans signes extérieurs à la surface du sol.Cette distinction mécanique entre rupture globale et rupture locale permet bien de distinguer les fondations superficielles des fondations profondes. Elle est plus explicite que la définition des règlements (DTUou Fasc.) qui diverge d'ailleurs notablement.

Fig2: Schéma de rupture d’une fondation superficielle

Zone I : située directement sous la semelle, cette zone formée d’un coin délimité par les points A,B et C est fortement comprimée. Cette zone se déplace avec la semelle. Zone II : le sol est refoulé vers la surface; les déplacements et cisaillements sont trop important. Il s’y produit une rupture généralisée. Zone III : le sol est peu ou pas perturbée par le phénomène de rupture et reste dans l’état initial.

qu est la charge limite ou la capacité portante de la semelle. C’est la charge maximale que peut supporter celle-ci et qui entraine la rupture du solla capacité portante de la semelle, notée qu , est déterminer a partir des caractéristiques du sol sur lequel elle repose.Dans notre cas qu est déterminé à partir des essais au laboratoireCet essai consiste a déterminé l'angle de frottement interne φ et la cohésion C d’un sol a partir de l’essai à la boite à cisaillement ou l’essai triaxial, la contrainte limite ultime qu pour une semelle de largeur B soumise à une Charge verticale centrée, est déterminer avec la formule suivante pour un cas général :

qu = ( ×γ1 × B ×sγ×Nγ) + (C×sc×Nc) + (q0×sq×Nq)

7

Comparaison de FS par semelles & radierAvec :Le terme « q×Nq » est appelé terme de profondeur parce qu’il correspond à l’effet de la surcharge

«q» due à la profondeur « H » de la fondation sur la résistance.

Le terme « C× Nc » est appelé terme de cohésion, il correspond à la contribution de la cohésion à la

résistance au cisaillement.

Le terme « γ1×B×Nγ » est appelé terme de surface car il correspond à l’influence du poids propre de

la masse mise en mouvement.

Les trois coefficients Nγ, Nq et Nc ne dépendent que de l'angle de frottement interne φ, on les appelle: les facteurs de capacité portante où de portance.γ : Poids volumique du sol, c: cohésion du sol, N : charge appliquée à la semelle.Les valeurs des Nγ, Nq, Nc dépendent des hypothèses de calcul et peuvent varier suivant les auteurs, dans notre cas en utilisera le DTR-BC2.33 .1sγ, sc, sq: facteurs de forme ou réducteurs dus à la forme de la semellePour une semelle de forme quelconque : selon le DTR-BC2.33.1sc = 1+ 0,2 B/ Lsγ = 1− 0,2 B/ Lsq = 1

On n'oubliera pas de préciser quel ϕ et quel C

• Pour les sables et graviers ϕ' ≠ 0 avec C' = 0 quelle que soit la vitesse de chargement.

• Pour les argiles et limons ϕ et c dépendent de la vitesse de chargement

a) Cas d’une Semelle filante :On considère le cas d'une semelle filante de largeur B, enterrée dans le massif à une profondeur H’ a-1) Charge verticale centrée :

L'équation donnant la contrainte limite de rupture est :qu = (0,5 × γ1 × B × Nγ) + (C × Nc) + (q0 × Nq)

avec :sc = sγ = sq = 1 pour une semelle filante. q0 = γ × H’

b)Cas d’une Semelle isoler (carrée) :On considère le cas d'une semelle carrée de largeur B, enterrée dans le massif à une profondeur H’b-1) Charge verticale centrée :

L'équation donnant la contrainte limite de rupture est :

8

Comparaison de FS par semelles & radierqu = (1 /2 ×γ1 × B ×sγ×Nγ) + (C×sc×Nc) + (q0×sq×Nq)

avec : pour une semelle carrée : sc =1.2 sγ =0.8 sq = 1Et q0 =γ2×H’

Etat limite de résistance vis-à-vis du sol : La justification d’une semelle de fondation est menée en considérant que les contraintes transmises au sol sont compatibles avec le risque de rupture de ce dernier, et que les tassements restent acceptables pour l’ouvrage.On vérifie les dimensions de la semelle vis-à-vis de la capacité portante Pour chaque combinaison d’actions d’où on doit vérifier que :

Où γq = 2 pour les ELUγq = 3 pour les ELS

II - partie expérimentale : Partie I

II-1) Combinaisons d’actions :a) ELU Combinaisons fondamentales

Nu=1,125× [(1,2×NG)+ (1,33×NQ )]

9

00q

ref q)q(quγ1q +−≤


Pour la semelle filante B1 :

N1u=1,125× [(1,2×200) + (1,33× 90)]


N2u=1,125× [(1,2×250) + (1,33× 110)]

Pour la semelle carrée B3 :

N3u=1,125× [(1,2×700) + (1,33×400)]

b) ELS Combinaisons rares :


N1s= 200 + 90

Pour la semelle filante B2 : N2s= 250 + 110

Pour la semelle carrée B3 : N3s=700 + 400

N1u=404,662KN/ml

N2u=502,087KN/ml

N3u=1543,500KN/ml

Ns=NG+NQ

N1s=290 KN/ml

N2s=360 KN/ml

10


II-2) Calcul du poids propre du gravier : Pour q0 de qad :

q0 = γ ×H A.N :q0 =17×2,5

pour la semelle carrée H = H’ = 0.5m A.N :q0 =17×0,5

Pour q0 de qu :

q0= γ × H’ A.N :q0 =17×0,5

II-3) Calcul des facteurs de portance et des coefficients de forme : II-3-1) coefficients de forme : Pour une semelle filante :

sc = sγ = sq = 1 Pour la semelle carrée : sc =1,2 sγ =0,8 sq = 1 II-3-2) facteurs de portance :

• Pour le gravier ϕ' ≠ 0 avec C' = 0 quelle que soit la vitesse de chargement.

Avec : ϕ =35°

Pour : ϕ =35° selon le DTR ( à partir du tableau donnée ou cours CH.III. P3)

On déduit : Nc =46Nγ =41,1 Nq = 33,3

N3s=1100 KN/ml

q0 =42,5KN/m2

q0 =8,5KN/m2

q0 =8,5KN/m2

11

Comparaison de FS par semelles & radierII-4) dimensionnement de la semelle carrée :

II-4-1) Calcul de la capacité portante de la semelle carrée :

A.N :qu =(0,5×17×B×0,8×41,1) + (8,5×33,3)

qu =279,48B + 283,05

II-4-2) Etat limite de résistance : On doit vérifier que :

a) ELU qad =0,5[279,48B + 283,05 - 8,5]+8,5 qad =139,74B + 145,775

qréf = qad

A.N : 139,74B + 145,775 ==== + 1,043 11,045 On pose : + 1,043Méthode de résolution c’est par tâtonnement : Pour Bu3 = 1,90 == Pour Bu3 = 1,92 == Pour Bu3 = 1,93 ==

Donc on prend Bu3= 1,93m

b) ELS qad = [279,48B + 283,05 - 8,5]+8,5 qad =93,16 B + 100,016

qréf = qad

A.N : 93,16B + 100,016 ==== + 1,073 11,807 On pose : + 1,073Méthode de résolution c’est par tâtonnement : Pour Bs3 = 1,95 == Pour Bs3 = 1,96 == Pour Bs3 = 1,97 ==

qu = ( ×γ1 × B ×sγ×Nγ) + (C×sc×Nc) + (q0×sq×Nq)

12

00q



Donc on prend Bs3 = 1,97m D’où : B3 = max [Bu3 ; Bs3]

B3 = max [1,93m ; 1,97m] == B3 =1,97m on prend :

II-4) dimensionnement de la semelle filante B1 :

II-4-1) Calcul de la capacité portante de la semelle filante B1 :

A.N :qu =(0,5×17×B×41,1) + (8,5×33,3)

qu =349,35B + 283,05


a) ELU qad =0,5[349,35B + 283,05 - 42,5]+42,5 qad =174,675B + 162,775

qréf = qad

A.N : 174,675B + 162,775 ==== + 0,93 avec L=1m

Méthode de résolution c’est par le décrément( : == D’où Bu1= 1,125m

b) ELS qad = [349,35B + 283,05 - 42,5]+42,5 qad =116,45 B + 122,683

qréf = qad

A.N : 116,45 B + 122,683 ==== + 1,053 Méthode de résolution c’est par le décrément( :

B3=2m

qu = ( ×γ1 ×B×Nγ) + (C×Nc) + (q0×Nq)

13

00q


Comparaison de FS par semelles & radier == D’où Bs1= 1,137mOr que : B1 = max [Bu1 ; Bs1] B1 = max [1,125m ; 1,137m] == B1 =1,137m On prend :

II-4) dimensionnement de la semelle filante B2 :

II-4-1) Calcul de la capacité portante de la semelle filante B2 :

A.N :qu =(0,5×17×B×41,1) + (8,5×33,3)

qu =349,35B + 283,05


a) ELU qad =0,5[349,35B + 283,05 - 42,5]+42,5 qad =174,675B + 162,775

qréf = qad

A.N : 174,675B + 162,775 ==== + 0,93 avec L=1m

Méthode de résolution c’est par le décrément( : == D’où Bu2= 1,292m

b) ELS qad = [349,35B + 283,05 - 42,5] + 42,5 qad =116,45 B + 122,683

qréf = qad

A.N :

B1=1,20m

qu = ( ×γ1 ×B×Nγ) + (C×Nc) + (q0×Nq)

14

00q


Comparaison de FS par semelles & radier 116,45 B + 122,683 ==== + 1,053 Méthode de résolution c’est par le décrément( : == D’où Bs2= 1,308mOr que : B2 = max [Bu2 ; Bs2] B2 = max [1,292m ; 1,308m] == B2 =1,308m On prend :

Partie I : Fondation par semelles filantes et isoléesAfin de savoir si la couche d’argile doit être prise en compte, il faut vérifier si la couche

du gravier sous les semelles est > 1,5B. On vérifiera l’hypothèse après dimensionnement des semelles.

La relation (basée sur les résultats d’essai de sol) donnant la capacité portante d’une fondation superficielle a été établie dans le cas d’une semelle dont l’encastrement est le même sur chacune de ses faces. Dans le cas présent, l’encastrement est plus faible (0,50 m) coté caves, que coté extérieur (2,50 m). Par simplification et souci de sécurité, on prendra pour H la plus petite de ces deux valeurs que l’on notera H’ (voir schéma).

Pour le calcul de la contrainte admissible (selon le fascicule 62), le coefficient de sécurité γq sera appliqué sur la capacité portante diminuée de la contrainte correspondant au poids des terres au niveau de la fondation compté à partir du sol naturel soit γH.

Pour la détermination des facteurs de portance et des coefficients de forme, on utilisera le DTR-BC 2.33.1

Sur la base du calcul des contraintes réelles (après dimensionnement), on vérifie s’il y a lieu de craindre, à priori, les tassements différentiels ou non.

Partie II : Fondation par radierOn considérera une couche de sol d’épaisseur h sous le radier de telle façon à avoir

h>1,5B. Donc, la couche d’argile molle sera sollicitée.Pour simplifier les calculs (tout en étant du coté de la sécurité), on admettra que la

répartition de ∆σz (accroissement de contrainte dû à la charge amenée par le radier sur le sol) est uniforme et est égale à sa valeur maximale (sous le CDG du radier).

Afin de respecter les équations d’équilibre du milieu, on admettra que ∆σz s’applique sur un rectangle B’xL’ (sachant que les dimensions du radier sont LxB) telles que : L’xB’x∆σz = LxBxq; où q est la contrainte uniforme apportée par le radier sur le sol à sa base.

On utilise le DTR-BC 2.33.1 pour déterminer les coefficients de forme.On déterminera la contrainte admissible dans la couche d’argile puisqu’elle sera

sollicitée.Pour le calcul qréf appliquée à la couche d’argile molle, on considérera, en plus des

charges dues à la structure, le poids du radier et la charge due à la couche de gravier.Faire le calcul à court terme (condition non drainée ; cas généralement défavorable pour

un sol cohérent saturé, (dans le cours FOS CH III. paragraphe III.2.1.2.H, page 6/13).Le centre géométrique du radier doit être confondu avec le barycentre des charges

appliquées ; sinon le calcul de la capacité portante serait à faire dans le cas d’une charge excentrée.

B2=1,40m

15


II-1) Combinaisons d’actions :a) ELU

ΣNui = Nu1 + Nu2 + Nu3

On devise Nu3 sur 3,75 (distance entre axes des poteaux) pour respecter les unités Nu3/3,75 = 411.6 KN/ml == ΣNui = 404,662 + 502,087 + 411,600

== ΣNui = 1318,349 KN/mlc) ELS

ΣNsi = Ns1 + Ns2 + Ns3

On devise Ns3 sur 3,75 (distance entre axes des poteaux) pour respecter les unités Ns3/3,75 = 293,33 KN/ml

== ΣNsi = 290 + 360 + 293,33 == ΣNsi = 943.33 KN/ml

II-2) Le barycentre des charges :

ΣNui x = 5 Nu3 + 9 Nu2== x = (5 Nu3 + 9 Nu2) / ΣNui == x= [5(411.6) + 9(502.087)] / (1318.349)== x = 4.988 m == x ≅ 5 m

(On trouve le même résultat si on fait le calcul avec Ns)

Pré dimensionnement du radier :Sr = L x BSr : la surface du radierL : longueur du radierB : largeur du radierL = l + 2d1 B = b + d2+d3d1 : le débord suivant le sens de Ld2,d3 : débord suivant le sens de B (le débord du radier est différent dans ce sens par rapport à la structure pour respecter la confusion du barycentre et le CDG du radier).d1 = 0.50m ; d2 = 0.375 m ; d3 = 1.375 m == L = 38 + 2*0.50 == L = 39 m == B = 9.25 + 0.375 + 1.375 == B = 11 m == Sr = 39 * 11 == Sr = 429 m²

qréf = Q / Sr = Q’/ B

Q’= Q / LQ = q’ + qgravier

16

Comparaison de FS par semelles & radierq’= ∆σz

∆σz = qr * Σ Ii∆σz : accroissement de contrainte verticale sous une fondationqr : la charge amener par la structure et le poids propre du radier.I : facteur d’influence sous dimension I(m,n) : tirer d’abaque m = b / zn = l / zz = 6.7 m

I1 = m1 = b1 / z == m1 = 19.5/6.7 == m1 = 2.910 n1 = l1 / z == n1 = 5.5/6.7 == n1 = 0.820

I2 = m2 = b2 / z == m2 = 5.5/6.7 == m2 = 0.820 n2 = l2 / z == n2 = 19.5/6.7 == n2 = 2.910

I3 = m3 = b3 / z == m3 = 5.5/6.7 == m3 = 0.820 n3 = l3 / z == n3 = 19.5/6.7 == n3 = 2.910

I4 = m4 = b4 / z == m4 = 19.5/6.7 == m4 = 2.910 n4 = l4 / z == n4 = 5.5/6.7 == n4 = 0.820

I1(m1 , n1) = I1(2.910 , 0.820) = 0.194

I2(m2 , n2) = I1(0.820 , 2.910) = 0.186

I3(m3 , n3) = I3(0.820 , 2.910) = 0.186

I4(m4 , n4) = I4(2.910 , 0.820) = 0.194

Σ Ii = I1 + I2 + I3 + I4

Σ Ii = 0.76

∆σz = 0.76 qr

qru = ΣNui + pr

qrs = ΣNsi + pr

pr : poids propre du radierpr = γb e Sre : épaisseur du radierγb : poids volumique du béton Pr = 25 0.30 429 == Pr = 3217.5 KNqru = (1318.349*39) + 3217.5 == qru = 54633.111 KNqrs = (943.33*39) + 3217.5 == qrs = 40007.37 KN

17

Comparaison de FS par semelles & radier∆σzu = 0.76 * 54633.111 == ∆σzu = 41521.164 KN∆σzs = 0.76 * 40007.37 == ∆σzs = 30405.601 KN

II-4-1) Calcul de la capacité portante du radier : Formule généralequ = ( ×γ1 × B ×sγ×Nγ) + (C×sc×Nc) + (q0×sq×Nq)Mais dans notre cas le sol porteur est un sol fin cohérent saturé, on doit faire un calcul à court terme, en contrainte totales. Le sol est caractérisé par sa cohésion non drainée C = Cu.On prend : C = Cu ; ϕ = 0D’où Nq = 1 et Nγ = 0Donc pour une semelle rectangulaire : qu = Cu Nc(0) Sc + q0 Sq

sc, sq: coefficient de forme ou réducteurs dus à la forme de la semellePour une semelle de forme quelconque : selon le DTR-BC2.33.1sc = 1+ 0.2 B/ L == sc = 1 + 0.2 (11/39) sc = 1.056sq = 1

18


19


20

Documents

cours de Fondations(Comparaison de FS par semelles & radier)