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Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement Fondations courantes d^ouvrages d^art FOND. 72 EXTRAITS Fascicules 2 - 3 - 4 Réimpression Juillet 1997 LCPC

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Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

Fondations courantes d^ouvrages d^art

FOND. 72

EXTRAITS Fascicules 2 - 3 - 4

Réimpression Juillet 1997

LCPC

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Fondations courantes d'ouvrages d'art

FOND. 72

ont participé à l'élaboration ou à la rédaction du présent dossier pilote

Mme D. CHASSEUX MM. F. BAGUELIN - J.R BRU - J. A. CALGARO - M. CORNET

Y. DURAND-RAUCHER - C. HAHUSSEAU - G. HAIUN J. JEZQUEL - A.MARSAC - H. MATHIEU M. PEIGNAUD - F. PONS - F. SCHOSSER

Document réalisé par LCPC

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES ™ ^ " 58, boulevard Lefebvre - 75732 Paris Cedex 15 - France f \ Tél. : 01 40 43 50 00 - Télécopie : 01 40 43 54 98

et diffusé par :

le SERVICE D'ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES 46, avenue Aristide Briand • B.P. 100 - 92225 Bagneux Cedex - France Tél. : 01 46 11 31 31 - Télécopie : 01 46 11 33 55

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SOMMAIRE

FASCICULE 1 - BUT DU DOSSIER

CHAPITRE 1.1 - PREAMBULE CHAPITRE 1 . 2 - D O M A I N E D'UTILISATION CHAPITRE 1.3 - UTILISATEURS CHAPITRE 1.4 - REDACTEURS DU DOCUMENT ; SOURCES CHAPITRE 1 . 5 - DOCUMENTS OFFICIELS CHAPITRE 1 . 6 - BIBLIOGRAPHIE CHAPITRE 1.7 - NOTATIONS ET SYMBOLES UTILISES

FASCICULE 2 - RECONNAISSANCE

CHAPITRE 2.1 - ORGANISATION DE LA RECONNAISSANCE CHAPITRE 2 . 2 - DEROULEMENT DE LA RECONNAISSANCE

FASCICULES - METHODES D'ETUDE DES SOLS

CHAPITRE 3 . 1 - PRINCIPES GENERAUX DE MECANIQUE DES SOLS

CHAPITRE 3 . 2 - SONDAGES CHAPITRE 3 . 3 - IDENTIFICATION ET CLASSIFICATION DES SOLS CHAPITRE 3 . 4 - METHODES GEOPHYSIQUES ET HYDROLOGIQUES DE

RECONNAISSANCE CHAPITRE 3 . 5 - REALISATION DES ESSAIS EN PLACE CHAPITRE 3 . 6 - REALISATION DES ESSAIS DE LABORATOIRE SUR

ECHANTILLONS INTACTS

FASCICULE 4 - CONCEPTION ET CHOIX DU TYPE DE FONDATION

CHAPITRE 4.1 - LES DONNEES DU PROBLEME CHAPITRE 4 . 2 - NOMENCLATURE DES FONDATIONS CHAPITRE 4 . 3 - NIVEAU D'APPUI ET TYPE DE FONDATION

FASCICULE 5 — DIMENSIONNEMENT

CHAPITRE 5.1 - ACTIONS ; SOLLICITATIONS DE CALCUL CHAPITRE 5 . 2 - METHODES DE CALCUL DES FONDATIONS PAR

L'INTERPRETATION DES DIFFERENTS ESSAIS CHAPITRE 5 . 3 - CALCUL PRATIQUE D'UNE FONDATION DANS LE CAS

GENERAL PIECE 5 b i s 1 - J U S T I F I C A T I O N S ET CALCUL MANUEL DES FONDATIONS

SUR PIEUX PIECE 5 bis 2 - CALCUL AUTOMATIQUE DES FONDATIONS SUR PIEUX

PROGRAMMES PSH 1 ET PSH 2

FASCICULE 6 - ABOUTISSEMENT , EXEMPLE

CHAPITRE 6 . 1 - PRESENTATION SYNTHETIQUE D'UN AVANT-PROJET DETAILLE DOUVRAGE D'ART

CHAPITRE 6 . 2 - EXEMPLE D'ETUDE GEOTECHNIQUE

FASCICULE 7 - CONSTATATIONS

CHAPITRE 7.1 - NECESSITE DES CONSTATATIONS CHAPITRE 7 . 2 - CARACTERES DES CONSTATATIONS CHAPITRE 7 . 3 - LES DIFFERENTES CONSTATATIONS

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FOND. 72

Fascicule 2

RECONNAISSANCE

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FASCICULE 2

RECONNAISSANCE

CHAPITRE 2.1 - ORGANISATION DE LA RECONNAISSANCE

2.1.1. - COLLABORATION ENTRE MAITRE D'ŒL VRE ET LABORATOIRE 2

. 1 . - Utilité de U collaboration 2

.2. - Rôles respectifs - contraintes 2

.3. - Encun fréquentes 3

2.1.2. - COLLECTE DES INFORMATIONS 4

. 1 . - But 4

.2. - Réalisation S

.3. - Chemmement type 6

.4. - Prix 6

CHAPITRE 2.2 - DEROULEMENT DE LA RECONNAISSANCE

2.2.1. - DEFINITION DES ETAPES

. 1 . - Relation avec les stades d'étude du projet 8

.2. - Enquête préalable 9

a - introduction

b - renseignements sur l'ouvrage à fournir par le Maître d'Œuvre

c - définition des problèmes

d - moyens et sources d'information e - résultats de l'enquête préalable

.3. - Reconnaissance normale 11

a - élat initial

b - renseignements sur l'ouvrage à fournir par le Maître d'Œuvre c - défmition des problèmes d - moyens de reconnaissance normale

d. - nombre et implantation des essais de reconnaissance d , - nature des essais en fonction du type de reconnaissance envisagé

d, - profondeur des sondages e - marche à survre lors de l'exploitation des essais f - résultats de la reconnaissance normale

2.2.2. - SCHEMA TYPl DE RECONNAISSANCE 17

2.2.3. - ETUDE SPECIFIOLL 18

2.2.4. - TABLEAU RECAPITULATIF DES OPERATIONS DE RECONNAISSANCE 19

2.2.5. - QUELQUES EXEMPLES DE RECONNAISSANCE D'OUVRAGES D'ART 20

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1 -

FASCICULE 2

RECONNAISSANCE

Le présent sous-dossier est consacré à la reconnaissance des sols de fondation d'un ouvrage ou d'une série d'ouvrages, c'est-à-dire aux investiaations permettant de prendre une connaissance suffisante des sols pour choisir et calculer les fondations et d'en prévoir les conditions d'exécution.

Les principes présentés dans le chapitre (2.1) organisation de la reconnaissance doivent être applicables à tous les types de fondations (courantes, spéciales ou exceptionnelles).

Le schéma prooosé pour le déroulement des étapes (chapitre 2.2) est peu de chose près, celui utilisé actuellement par un bon nombre de Paitres d'Oeuvre et de Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées.

Ce schéma est applicable à tous les types de fondations, sous réserve d'être complété, pour les fondations exceptionnelles, par une reconnaissance spécifique, dont le détail ne peut pas être donné une fois pour toutes, mais qui respecte les principes énoncés au chapitre 2.1.

Un cadre de présentation des résultats à chaque stade est proposé.

Enfin, le chapitre 2.3 esquisse un tableau indicatif des opérations de reconnaissance recommandées à chaque stade, compte tenu de la nature du sol escompté et du type de fondation envisagé.

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- 2

CHAPITRE 2 .1

O R G A N I S A T I O N DE LA RECONNAISSANCE

2.1.1 - COLLABORATION ENTRE MAITRE D'OEUVRE ET LABORATOIRE

1. - U t i l i t é de la co l laborat ion

Ni l 'un ni l ' au t re des partenaires ne dispose de toutes les informations puisque c e l l e s - c i , autant pour la s t ructure que pour la fon­da t ion , se précisent à mesure de l'avancement des études et que les choix sont interdépendants ; la co l laborat ion est donc indispensable, à toutes les étapes de 1'étude.

I l s ' aa i t de minimiser le coût et les délais de la construct ior de l 'ouvraqe ent ie r : une transmission e^'^fective des informations et des choix év i te les études "pour r i en " (déplacement de l 'ouvrage, essai peu in terpré tab le pour le type de fondation retenu, fondation incompatible avec la st ructure de l 'ouvrage ou mal adaptée au mode d'exécution c h o i s i ] , d'où diminution des p r i x .

L'annonce préalable permet la programmation des études et donc la l i bé ra t i on des appareils les mieux adaptés au cas considéré ; d'où diminution des délais et mei l leure e f f i c a c i t é .

I l s ' aq i t aussi d ' év i t e r la démission des Maîtres d'Oeuvre de leur rô le technique (1 ) . Cel le-c i est grave pour deux raisons :

- d'une pa r t , après une reconnaissance (comme après un contrôle) les coe f f i c ien ts de sécur i té sont mieux d é f i n i s , mais on a tendance à les prendre plus fa ib les ; si l ' opéra t ion de reconnaissance a été mal menée, la sécur i té alobale es t , en f a i t , diminuée par rapport au cas où on n'en aura i t pas f a i t du t o u t ; La v ia i lance est nécessaire.

- d 'autre pa r t , le Maître d'Oeuvre doi t pa r fo i s , lors de l 'exécu t i o n , prendre des décisions immédiates ; i l ne le pourra que s ' i l a entre les mains tous les éléments, dont certains remontent aux premières phases de la reconnaissance, et s ' i l a bien t i r é toutes les conséquences de cet te dernière.

,2. - Rôles respect i fs - Contraintes

Dans la su i te et pour s i m p l i f i e r , on désignera par

(1) Note Si cet te démission technique se p r é c i s a i t , les Maîtres d'oeuvre' t rouveraient démunis devant des conclusions so i t trop par fa i tes e onéreuses, so i t quelquefois extrêmement hât ives, mais présentanB de toutes façons rarement des solut ions de rechange.

I

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- Maître d'Oeuvre ce lu i - c i et le Bureau d'Etudes Techniques qu' i ' i se sera éventuellement ad jo in t ;

- Laboratoire, le Laboratoire proprement d i t et l 'Ent repr ise de sondages.

Le Maître d'Oeuvre a la responsabi l i té de décider. I l é t a b l i t ou d i r ige le p ro je t , exécute et contrôle l 'ouvrage et paye toutes les opérations.

Le Laboratoire consei l le le Maître d'Oeuvre. I l organise, d'ac­cord avec c e l u i - c i , la reconnaissance, f a i t l 'é tude de sois et l ' i n t e r ­p ré ta t ion , propose un dimensionnement des fondat ions, la décision sur ce dernier po in t , ainsi que la responsabi l i té , appartenant au seul Maître d'Oeuvre.

La p o s s i b i l i t é e f fec t i ve de vo i r s ' ins taurer une co l laborat ion entre ces deux partenaires pour construire le mieux possible au mei l leur coût dépend de la compréhension mutuelle et de la standardisat ion de la présentation des informations nécessaires à chaque stade. Cel les-ci sont indiquées au oaraoraphe 2 .2 .2 , et un modèle de présentation est donné dans le chapitre 4 . 1 .

L 'oroanisat ion de la reconnaissance doi t f a i r e l ' o b j e t de d i s ­cussions poussées entre Maître d'Oeuvre et Laboratoire ; e l l e do i t inc lure une juste prise de conscience par le Maître d'Oeuvre des délais nécessaires à l 'exécut ion et l ' i n t e r p r é t a t i o n d 'essais , surtout de labora to i re , et par le laborato i re de la nécessité de fou rn i r les éléments, même impar fa i ts , permettant au Maître d'Oeuvre de remplir son rôle d ' ingénieur.

.3. - Erreurs fréquentes

^appelons, en guise de conclusion, quelques erreurs parmi les plus fréquentes, observées dans des cas réels :

. Le pro jet de st ructure est f a i t avant les études de so l . Ceci amène :

- l o r s q u ' i l y a compa t ib i l i t é , à conserver des fondations sura­bondantes ;

- en cas d ' i n c o m p a t i b i l i t é , so i t à re fa i re le p r o j e t , so i t à l 'adapter sommairement en abandonnant toute idée d 'opt imiser la dépense t o t a l e .

• Le laborato i re retarde l 'envoi du rapport d 'étude, sous prétexte que certains éléments sont encore douteux. Souvent, quand le rapport est expédié, la s t ructure a déjà été choisie et le pro jet largement entrepr is (vo i r c i-dessus). On peut év i t e r cet inconvénient par l 'envoi de rapports p a r t i e l s .

• Le Maître d'Oeuvre commande une étude de sols à terminer impéra­tivement pour une certaine date, trop rapprochée. Ce cas peut about i r so i t à une insuff isance de l 'étude (par manque de temps), s o i t , au con t ra i re , à une surabondance due à la mise en oeuvre de plus de moyens q u ' i l n 'aura i t été str ictement nécessaire.

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. Le Maître d'Oeuvre se désintéresse de l 'étude de la fondat ion. I l i n c l u t dans 1'Avant-Projet le dossier d'études géotechniques, en vrac, sans en t i r e r les conséquences. Cette s i tua t ion est malheureuserri^nt fréquente e l l e est désastreuse lorsque les d i f férentes part ies de l 'étude ont été confiées à des ornanismes ou à des entreprises d i f fé ren ts (sondages, essais en place,essais de labora to i re , géologie). En out re , e l l e rend le contrôle de la par t ie fondation des Avants-Projets d'ouvrage d 'a r t i nex t r i cab le , dans le cas où i l est justement le plus nécessaire.

2.1.2 COLLECTE DES INFORMATIONS

. 1 . - But

La reconnaissance doit permettre, en plus du dimensionnement, de minimiser le prix global de l'ouvraae - (il y a un optimum entre une reconnaissance surabondante d'une part, et des fondations surdimensionnées pour pallier une reconnaissance insuffisante d'autre part). La reconnais­sance elle-même, se fait également sous contrainte de prix, mais aussi de temps.

Il en résulte que la collecte des informations sera axée sur trois idées directrices :

•Unité des opérations de reconnaissance et d'interprétation •Equilibre entre spécialités. • Souplesse du orooramme.

a - Unité :

Les opérations de reconnaissance ne constituent pas des travaux de routine. Il j faut du jugement, l'esprit critique, l'esprit d'observation de synthèse, qualités qu'on ne trouvera que chez des techniciens rompus à ces tâches.

Le Maître d'Oeuvre a la responsabilité, si l'étude de sols est sous-traitée à plusieurs organismes différents, de collationner et de faire circuler les informations provenant des diverses sources. Il doit provo­quer, éventuellement, la rédaction de rapports partiels en cour? d'étude, indiquant les résultats déjà acquis (et la confiance qu'on peut leur ac­corder) , ceux qui manquent et proposer des conclusions provisoires, pou­vant servir de base de travail pour le projet de superstructure.

Si le Maître d'Oeuvre n'a pas les moyens d'assurer cette unité et de jouer le rôle de meneur de jeu, il doit déléguer explicitement cette tâche à un Laboratoire Régional de l'Equipement ou à un Laboratoire privé qui sera charaé de surveiller les travaux de reconnaissance après en avoir dressé, d'accord avec le Maître d'Oeuvre, le programme, d'assurer le colla-tionnement et de tenir informé en permanence le Maître d'Oeuvre ou son re­présentant.

Il est en particulier regrettable de voir des cas où une sous-traitance anarchique et des prises de responsabilité impromptues en cours d'opération aboutissent fatalement à une dilution des responsabilités.

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b - Equilibre :

A deux points de vue, entre les dif-f'érentes sources d'information et entre les diverses spécialités, l'équilibre doit être respecté tout au lonr de la reconnaissance.

Il est clair que chacun doit concourir à construire l'ouvraoe et non pas plaider pour sa spécialité. On s'est attaché a donner au para-oraphe 2.2.1 Définition des étapes, des exemples précis de ce que l'on pourra tirer, dans les cas courants, de la néologie appliquée d'une part et de la mécanique des sols d'autre part, et comment la confrontation de ces deux disciplines sera utilisée au mieux. Mais il pourra s'agir aussi, dans.des cas plus rares, du recours au spécialiste de mécanique des Poches.

c - Souplesse du programme :

Il s'aait de disposer d'un volume alobal d'informations suffisant pour préciser les points qui doivent l'être à chaque stade d'avancement du projet ; ceci indépendamment du stade d'étude auquel a été acquis tel ou tel résultat antérieur et de la spécialité à laquelle on aura recouru pour l'obtenir. En particulier, il n'est plus question de l'obligation de procéder, à un certain stade, à tel essai donné. Il faut même se réser­ver la possibilité de conclure sans autre investiaation lorsque la solution sera évidente, par exemple arâce aux autres informations recueillies par ailleurs ou en vertu de l'expérience locale ou régionale acquise.

Il faut savoir adapter les moyens aux buts intermédiaires pour­suivis ; notamment certaines interventions peuvent prendre l'aspect d'un dé"ross"!5sane assez qualitatif, par opposition à d'autres parties de l'étu­de , ceci principalement dans deux cas :

- soit parce que l'information recherchée est elle-même qualitative (exem­ples : premières interventions sur un site dont on ne connaît rien ; possi­bilité de traverser par battage une couche compacte mince dont on a recon­nu qu'elle était inapte à porter la fondation).

- soit parce qu'il s'anit d'extrapoler des résultats connus ou d'effectuer une reconnaissance extensive (exemples : essais oéophysiques sommaires ou essais de pénétration dynamique pour la recherche du site optimal d'un ouvraae - reconnaissance de tracé).

En particulier, un des objectifs de la reconnaissance est de séparer les cas classiques, qui ne posent pas de problèmes particuliers de fondation, des cas spéciaux (qrands ouvrages, site difficile) qui nécessi­tent une étude approfondie. Dans ces cas, le besoin du recours à l'étude spécifique apparaîtra assez vite, pour un spécialiste exercé, et il faudra souvent l'engager assez vite, pour que sa durée ne vienne pas retarder la mise au point du projet.

Péalisation

Le double aspect du but de la reconnaissance (volume global d'informations ou dégrossissage), implique une réalisation en séquence et une évaluation de 1'homoqénéité du site.

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- fi

a - Prooressivite

A l'intérieur de chaque étape, et de stade d'étude en stade d'étude, la reconnaissance doit être progressive. Les résultats acq'^s orientent le programme des essais ultérieurs, c'est-à-dire le type et le nombre de ces essais, avec révision en plus ou en moins du prooramme moyen.

En dehors de cas particuliers bien précis, on effectuera en priorité l'essai in situ le plus rapide et le moins onéreux compte tenu de la nature et des qualités supposées du sol et (éventuellement) du type de fondation probable.

b - Homoqénéité

L'évaluation de l'homogénéité du site doit être le souci constant des responsables de la reconnaissance. Elle permettra de simplifier ou de réduire l'étude, ou elle imposera une multiplication des essais (par exem­ple pour mesurer la variation transversale, délimiter une poche de disso­lution , etc... ).

Dans cette optique, le recour<: fréquent à un géologue connaissant bien les conditio-^s locales sera primordial, surtout au départ, pour orienter la densité des sordaaes en fonction de la puissance supposée des couches, de leur altération, et des phénomènes annexes (éboulis, discontinuités...).

Dans les cas simples où l'homogénéité est supposée, il pourra suffire de faire un profil d'essai en place tous les deux appuis, et, si elle se con-^irme, on s'en tiendra là. C'est un junenent sur 1'homonénéité aussi, qui, à l'échelle d'un ouvraae ou d'une section, permettra d'esquis-s?r des corrélations entre différents tyoes d'essais et de faire ainsi l'économie des opérations les plus coûtei'ses (sondaoes carottés, essais de laboratoire) ou les plus malaisées (difficul tés-d'accès).

Chéri nement-tvpe

Il n'est pas question de Drésenter une liste-type des essais à effectuer : cello-'-i dépeindrait troo des types de sols, de leurs propri­étés cc^'nu^s C'., nrrr.nfes, des renseignements et de la précision recner-chés, du type de ^o^datiO'-.

néanmoins le tabieav du paraqraphe 2.3.2 indique, Dour certains cas habituels, un sc^°na de orincipe de déroulement des investigations.

.4. - Prix

En aénéral , sauf reconnaissance spécifiQue, dont le volume et, partant, le coût sont é~inemert variables, le pr^x de la reconnaissance des fondations d'une série d'cuvràges d'art courants (section d'autoroute) s'établira aux alertc-rs de 2 ' du coût total des ouvrages. On trouvera aux chapitres 3.5 (Essais in situ) 3.6 (Essais de laDoratoirc) et 3.4 (Essais aécphysiques ) des éléments de prix unitaires qui, lorsque les techniques, la densité des sondages,1eur profondeur et les niveaux d'appui sont définis, p mettent une estimation plus précise.

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On gardera néanmoins à l'esprit le fait que le programme de la reconnaissance étant par obligation assez évolutif,une telle estimation sera souvent supérieure à la réalité. D'autre part il devrait êtrt t-ien évident qu'il ne faut pas juqer du prix de la reconnaissance dans .'absolu, mais le comparer aux dépassements pour "imprévus" qui, lorsqu'il y en a, sont le plus souvent sans commune mesure (25 et même 50 % du prix global de 1'ouvrage).

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6 -

CHAPITRE 2 . 2

DEROULEMENT DE LA RECONNAISSANCE

On présente dans ce c h a p i t r e le cadre aénéral le plus probable pour les d i f f é r e n t e s étapes d'une reconnaissance de fonda t i on d 'ouvraoe d ' a r t cou ran t . Ces étapes sont s i t uées par rappor t aux d i f f é r e n t e s phases d ' é l a b o r a t i o n du p r o j e t , en i nd iquan t les éléments connus au début de chacune d ' e l l e s e t ceux que l ' o n dés i re dé te rm iner , la façon de p résen te r les r é s u l t a t s e t à qui i l incombe de mener chaque o p é r a t i o n .

On ne s ' é c a r t e r a de c e t t e procédure que pour des m o t i f s p r é c i s , à la s u i t e d 'un accord e x p l i c i t e du Maî t re d'Oeuvre ; en t o u t é t a t de cause la procédure e x c e p t i o n n e l l e c h o i s i e devra a l o r s se con f i rmer aux p r i n j i i pes aénéraux exposés dans le c h a p i t r e 2 .1 "Organ isa t ion générale de la Reconnaissance".

2.2.1 - DEFINITION DES ETAPES

. 1 . - Re la t i on avec les stades d 'é tude du p r o j e t

Rappelons que les d i - f f é ren ts stades d 'é tude des a v a n t - p r o j e t s r o u t i e r s e t a u t o r o u t i e r s sont l ' a v a n t - p r o j e t sommaire (APS) e t 1 ' a van t -p r o j e t d é t a i l l é (APD). Ce d e r n i e r es t remolacé pour les ouvraqes i s o l é s par r a v a n t - p r o j e t sommaire d 'ouvrage (APSO) dont la cons is tance c o r r e s ­pond approximat ivement à c e l l e du doss ie r ouvrages d ' a r t d 'un avant -p r o j e t d é t a i l l é .

Pour la c o n s u l t a t i o n des e n t r e p r i s e s , on é t a b l i t un doss ie r d 'appel d'o-P-fres (DAO),et u l t é r i eu remen t l 'ensemble est r é a l i s é su ivan t les plans d 'un doss ie r d ' e x é c u t i o n .

Les étapes de la reconnaissance des fonda t ions d'ouvrages d ' a r t sont ,e l les,nommées : Enquête p r é a l a b l e . Reconnaissance normale ou courante ( 1 ) , Reconnaissance s p é c i f i q u e . Cette reconnaissance des fonda t ions d'ouvr-?-ae d ' a r t a pu ê t r e précédée d'une Reconnaissance Générale de t r a c é .

L ' a r t i c u l a t i o n en t re stades d 'é tude de 1 ' a v a n t - p r o j e t de l 'ensem­ble e t étapes de la reconnaissance des fonda t ions des ouvraqes est indiqué-? c i -dessous dans les d i f f é r e n t s cas.

Jote (1) La t e r m i n o l o a i e est mal é t a b l i e . On essayera de d i r e t o u j o u r s " reconna is sance norma le " , ou plus simplement s ' i l n 'y a pas de r i sque de c o n f u s i o n , " reconna issance" . Le terme "reconnaissance couran te" r i s q u e r a i t de f a i r e penser aux seu ls ouvraqes couran ts . La s i t u a t i o n es t encore agnravée par l e f a i t que c e r t a i n s s o é c i a l i s t e s u t i l i s e n t dans c e t t e accep ta t i on l ' e x p r e s s i o n " reconnaissance s p é c i f i q u e " , pour i nd ique r q u e l l e est l i m i t é e au s i t e d 'un ouvrane.

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0 .

- Ouvraaes d'art courants sur une section routière ou autorou­tières : les différentes étapes de la reconnaissance des fondations coïn­cident, en oénéral , avec les stades d'étude du projet de la façon suivante : Enquête préalable et Avant-projet sommaire. Reconnaissance et Avant-projet détailié.

- Dans le cas où l'on procède à une reconnaissance spécifique, il est rare Que tous ses résultats soient indispensables pour établir l'A.P.D ; comme elle sera en général enaaaée dès la fin de la reconnais­sance normale, la reconnaissance spécifique sera à cheval sur l'éta­blissement de l'A.P.D. et ses résultats seront utilisés pour la rédaction du dossier d'Appel d'Offres.

- En ce qui concerne les ouvrages d'art isolés courants ou excep­tionnels, l'enquête préalable et la reconnaissance normale seront nécessaires pour établir l'A.P.S.O. Une reconnaissance spécifique sera peut-être néces­saire.

- Pour les ouvranes urbains, l'importance des sujétions de tracé impose, pour éviter d'aboutir à une impasse technique ou financière, de mener l'étude de celui-ci en parallèle avec la reconnaissance des fondations. Une étude au moins partielle de celles-ci sera donc toujours nécessaire dès le stade APS et 1a reconnaissance spéci'f'ique éventuelle, dès le stade APD.

.2. Enauête oréalable

a - Introduction

Le déroulement de l'enquête préalable dépend beaucoup des bases et des hypothèses du projet. Il faut ici distinguer deux catéaories d'ouvra­ges, les ouvraaes isolés d'une part, les ouvraoes sur des sections de voie nouvelle d'autre part, et cette distinction ne recouvre pas la différence ouvraaes courants - ouvrages non courants -, parmi les ouvrages isolés il est fréquent qu'il s'agisse d'ouvrages à reconstruire.

On voit donc que suivant les cas on dispose, ou non, au début de l'enquête préalable, des résultats de la reconnaissance générale du tracé.

b - Renseignements sur l'ouvrage à fournir par le Maître d'Oeuvre

contraintes de tracé vue en plan avec cotes de niveau (1) profil en long dans l'axe de l'ouvrage (1) (2) position des appuis (1) tvoe d'ouvrane envisané

d'après plans des tracés.

Notes (1) Le Maître d'Oeuvre se fera une règle de fournir les contre-calques de

ces plans a-f'in de -faciliter le travail matériel du Laboratoire lors de l'établissement des divers documents demandés.

(2) La présentation habituelle des profils en long de tracé avec dilatation des échelles verticales est inadéquate là où se posent des problèmes particuliers d'écoulement et de stabilité (pentes, remblais). Dans ce cas la zone concentrée sera représentée sur des coupes orientées dans les directions défavorables, agrandies à échelles homogènes.

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Note

- i:

- dimensions fonctionnelles de base envisagées - ordre de nrandeur des réactions d'appui t' service en di'f'féren-

ciant poids propre et surcharges, (au moins en pourcentage) Dans les cas les plus courants, se référer au document-type FQOT 67.

- tassement dif'f'érentiel admissible pour la stri'cture ( FOCT 67, complément envisagé).

Il est recommandé de présenter ces derniers renseionements sous la forme d'une éD?uc^e du tableau "nomenclature et estimatioi des ouvraaes d'art" (cf. exemples encartés dans le document-type CAT 71). Il est rappelé qu au stade d'étude APS il n'y a en oénéral pas à établir de dessin des ouvraaes d'art.

c - Héfinition des oroblèmes

L'enquête préalable a pour but de réunir tous les renseianements disponibles, nécessaires à l'élaboration d'un A.P.S., concernant le sol au voisinaae de l'ouvrage à construire, et d'en faire la synthèse pour réaliser une étude d'approche des fondations et des difficultés susceptibles d'être rencontrées et pour permettre au Maître d'Oeuvre d'établir une esti-" nation sommaire.

Ces renseignements feront l'objet de la part du Laboratoire, d'un rapport qui devra définir :

1) la coupe géologique du site (1/5000 en longueur, 1/500 en hauteur).

Eventuellement, si le tracé n'est pas imposé, et si le site présente des variations importantes, on indiquera les avantages d'un chan-aement d'implantation pour l'ouvrage.

2) la nature probable du type de fondation et un prédimensionnement sommai re et indicatif (fondation directe : niveau des semelles, éventuelle-ment profondeur sous la nappe ; fondations par ouvrage interposé : longueur des pieux).

3) la nature et la consistance probable de la reconnaissance normalf (2ème étape).

d - Moyens et sources d'information

Les renseiqnements peuvent provenir de diverses sources :

- enquête locale à partir de précédents, d'ouvrages voisins, des puits de la région ;

- étude qéologique : carte néologique, examen des affleurements, archives diverses (1) ;

- résultats de forages d'identification géologique et éventuelle­ment aéotechnique réalisés à la tarière et, plus généralement, utilisation de la reconnaissance qéologique générale du tracé dans le cas de voie nouvelle .

(1) En principe, on trouvera auprès du Bureau de Recherches Géologiques et Minières des renseignements géologiques locaux, puisque la loi fait Obligation de lui déclarer tout sondaae d'une profondeur supérieJre à 10 m.

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11 -

- résultats des essais sismiques de déarossissage (position et nature probables du substratum s'il existe, con-f irmation de la nature des couches supérieures et indication sur leur corr pacité) .

e - Résultats de l'enquête préalable

A ce stade les résultats sont soit d'ordre indicatif en ce qui concerne le comportement mécanique des couches et leur configuration (succession, épaisseur) en vue de déterminer un niveau d'appui probable, soit d'ordre descriptif pour le rapport géologique qui, dans un esprit de géologie appliquée, doit traiter les points suivants :

- stratigraphie ' succession et puissance des couches rencontrées ou supposées;aénèse qui peut influer notamment sur les caractéristiques mécaniques et l'homogénéité à l'échelle de l'ouvrage (préconsolidation, dissolution).

- tectonique : discontinuités, êboulis, failles, anisotropie.

- géomorphologie : indications sur l'instabilité, l'altérabilité,

^lydronéol 0';;'ie •

En résumé, le Laboratoire doit indiquer au Maître d'Oeuvre des renseignements qualitatifs et quantitatifs suffisants pour que celui-ci puisse faire une estimation sorima"!re des fondations et des plus values possibles, (voir tableau d'estimation pour l'APS, inséré dans le CAT 71), et exemples dans le document-type EST 67.

Dans certains cas (sites instables, hétérogénéités importantes, sols compressibles ou de très mauvaise qualité sur une très forte épaisseur) des renseionements sommaires permettront de conclure à la nécessité d'une étude "^nprifique (et éventuellement de l'entreprendre immédiatement) ou à l'avantane d'u" changement d'implantation (ou de type d'ouvraae).

.3. - Reconnaissance normale

^ " ^t^t __ini_ti_al_

On utilise les résultats de l'enquête préalable ; à l'issue de cette enquête, trois cas sont possibles :

- la fondation superficielle est possible , sous réserve de vérification du tassement.

- la fondation profonde est indispensable ;

- la solution n'est pas évidente, soit que l'enquête n'a fourni que très oeu de renseignements utilisables, soit que la fondation super­ficielle semble techniquement possible, mais les informations recueillies sont insuffisantes pour se prononcer et pour faire une comparaison écono­mique avec la fonoation profonde.

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- 12

b - BtQseignements_syr_llQUYrage_à_fournir_Bar_l_e_fJôitre.dl']euvrç

Si le choix n'en est pas arrêté, variantes possibles pour la superstructure.

Coupe lonaitudinale (au 1/100^) avec contre calque, comportant la linne rouoe du projet reliée au niveau NGF.

Vue en plan.

Descentes de charge en service, en différenciant poids proore et surcharnes.

Eléments de bornage, en plan et en nivellement.

c - Définition_des_problèmes

Dans la plupart des cas (sauf étude spécifique) cette étape doit clore les investigations de sol.

Il en résulte que la reconnaissance doit mettre en évidence la structure du site au voisinaae de l'ouvrage à construire (nature des sols, géométrie des couches, contrôle de l'homogénéité, régime hydraulique, cavités souterraines) pour permettre le dimensionnement complet des fondations en chiffrant le comportement mécanique des sols qu'elles sollicitent (au moins dans le cas des fondations courantes). La reconnaissance a également pour but de définir certains principes d'exécution et de permettre une estimation précise des fondations.

Dans le cas où la nécessité d'une reconnaissance spécifique aura été reconnue dès la fin de l'enquête préalable, la reconnaissance normale pourra dès l'abord être conçue en fonction de la reconnaissance spécifique indispensable ; celle-ci pourra être lancée à mesure des résultats partiels et leurs consistances respectives devront être coordonnées. Sinon elle pourra déboucher sur une étude supplémentaire soéci'fique, dont la consistance sera définie en -^onction des difficultés rencontrées.

• " _''!oytQI_d-_.l_a__reconnai_s_sançe _normal_e

d, - Nombre et implantation des essais de reconnaissance

Le nombre et l'implantation des essais nécessaires varient en fonction de la forme aénérale de l'ouvraqe envisané : En gros on distinguera les ouvrages longs (portées supérieures à 15 m environ) et les ouvrages larges (largeur utile biaise d'un tablier supérieure à 15 m environ). Ce sont le plus souvent, dans le cas des autoroutes, des passages supérieurs et inférieurs, respectivement. Bien entendu certains ouvrages imnortants pourrct être n la fois et longs et larges.

Si l'implantation est défirie, les essais seront effectués dans l'axe d'un ouvrage lona et de préférence centrés sur les appuis ; par exem­ple trois sondaaes, au droit des appuis extrêmes (qui, en général, posent plus de problèmes : stabilité, tassement, cause du remblai) et d'un appui intermédiaire. Dans le cas d'un ouvraqe large on sera amsné le plus souvent à l'encadrer aux quatre angles par quatre sondaoes en place pour obtenir un profil transversal du terrain. Si l'implantation n'est pas définie (cas très

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- 13

rare pour les ouvrages autoroutiers courants mais possible pour les orands ouvrages), on pourra déterminer la meilleure position des appuis a l'aide, d'essais rapides (pénétromètres dynamiques ou statiques, essais qéophysiques, forages rapides dans les cas simples).

Si les discontinuités géotechniques notables apparaissent au vu des premiers sondages en place, on les complétera à raison de 1 par appui. Dans certains cas de grande hétérogénéité constatée (failles, karst), on sera amené à effectuer plusieurs sondaaes sous chaque appui, pour obtenir une coupe qéotechnique transversale.

Evidemment, à difficulté de problème égale, la reconnaissance ..ormale sera plus complète pour les ouvrages isolés que pour les ouvrages en section. En effet, pour les ouvrages isolés, on a sauté une étape puisque l'implantation est en général obliaatoire et qu'il n'y a pas eu de reconnaissance géologique générale de tracé ; l'enquête préalable aura donc été presque uniquement qualitative.

dp - Nature des essais en fonction du type de fondation envisané :

Dans les cas simples, les sondages pressiométriques suffisent, car ils donnent à la fois des informations sur la conficuration du sol (puisque l'avant-trou dans le cas des sols meubles ou la courbe de battage dans le cas des sols pulvérulents permettront une identification grossière des couches) et des renseianements suffisamment précis sur son comportement mécanique.

iJéan'Tioins, en fonction des résultats de l'enquête prealatle, on distinnuera :

d„. • Fc:uations superficielles

Les sondages pressiométriques sont bien adaptés. Ils permettent de déterminer la force portante admissible à l'aide de critères de poinçon­nement et de tassement.

En nénéral, en milieu homogène, les tassements sont dûs principale­ment à des déformations angulaires (distorsion) et restent faibles. La part due à la consolidation est négligeable car le coefficient de sécurité de 3 adopté pour le poinçonnement limite qénéralemont la pression appliquée à une valeur proche (souvent inférieure) de la pression de préconsolidation.

En revanche, la présence d'une couche faible à 1 ou 2 diamètres sous la base de la fondation peut être à l'oricine de tassements de consoli­dation importants, même si le crit-r^ i 'ooi nçonnement est satisfait à tous niveaux. Il peut être alors nécessaire de préciser la valeur du tassement sur la base d'essais oedométriques.Il en résultera peut-être une modification du type ini t- alenient retenu pour la fondafiCMi.

On s'attachera à déterminer 1e niveau de la nappe et s'il est supérieur au niveau de fondation, à estimer qualitativement les épuisements escomptés (y aura-t-il pompage ? et de quelle importance ?) Pour cela on pourra se baser sur une estimation de la perméabilité en fonction du type de sol et si nécessaire de la nranulométrie (sols grenus ). - cf. chapitre 3.4

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14 -

dp„ . Fondations profondes

On se aarderpt bien d'éliminer troo t â' ''vement la solution SMcer-ficielle. Cependant il existe des cas où la fondation profonde sans étuaes supplémentaires.

On sera contraint d'y recourir dans les cas d'un sol compressible sur plusieurs mètres d'épaisseur (vases, argiles molles, tourbes, marais) ou d'un sol relativement compact mais en présence de la nappe phréatique qui laisse prévoir des problèmes de blindaqe et d'épuisement notables. Dans ces conditions on mettra en oeuvre, suivant les cas :

- des sondanes au oénétromètre dynamique s'il "^'aoit de déterminer la cote du niveau porteur que l'on sait par ailleurs suff'isamment résistant (enquête préalable). Dans ce cas les pieux travailleront nénéralement à leur capacité portante intrinsèque et le renseianement primordial sera leur lon­gueur. On fera néanmoins attention aux faux-refus.

- des sondages au pénétromètre statique ou su pressiomètre lorsqu'il est nécessaire de déterminer la force portante (en particulier le terme de pointe) des pieux. On notera toutefois que le pénétromètre statique ne peut être utilisé ainsi que dans les sols fins et qu'il ne faut pas sous-estimer les risques de refus prématuré.

Dans certains cas, au vu des résultats, la solution sur pieux peut être abandonnée au profit d'une solution massive ancrée dans une couche de résistance suffisante pour une fondation semi-profonde, mais insuffisante pour subir l'encastrement de pieux (cas fréquent des ouvraqes en site aquatique , pour lesquels le caractère massif de la fondation pré­sentera le plus souvent d'autres avantaaes).

d-- • Lorsque la solution n'est pas évidente, on s'orientera vers des méthodes permettant l'étude tant des fondations profondes que des fondations superficielles :

- sondanes pres""lof^'p^r^cjes à raison de 3 par ouvrage au moins ;

- et forages de reconnaissance avec prélèvements d'échantillons intacts pour essais de laboratoire à raison de 1 par ouvrage au moins dans les cas douteux, avant de réaliser l'étude spécifique si elle est nécessaire.

d., - Profondeur des sondages

Les sondages en place ou les forages devront, dans tp- <= les cas où une fondation profonde peut être envisagée, atteindre une profondeur suffisante :

- Dans le cas d'un substratum sain très résistant et de puissance importante, i "" peut suffire d'en reconnaître la cote du toit.

- Dans le cas d'une couche porteuse moins bonne mais où les pieux travaillent principalement en pointe, on descendra à 5 diamètres de profon­deur.

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- 15 -

Dans le cas où l'on pourra craindre la présence de couches infé-rienres de qualité moindre, on descendra certains foranes jusqj'i ] à : ,' fois la larae-jr d'un arouoe de pieux sous la base de celui-ci.

- Pars 'e cas O''; '''or. crai ' dra d'avoir a employer des nrouoes d'un nombre irnoorta""* '' n-'o.jy fiottants, il faudra reconnaître le sol sur une profondeur de •v-'-'s •''"""s j mo" ns la plus petite dimension horizontale du oroupe , c'est-à-cn re n^= l'on fera la même chose que s'il s'agissait d'une fondation semi-profonde de même dimension à la même profondeur.

- Pour des fondations superficielles ou semi-profondes, il faudra reconnaître la -' uche porteuse sur une hauteur éqa1e à environ trois largeurs de semelle, et donc au moins 5 mètres pour les fondations d'ouvrages d'art courants.

De toutes façons, le premier sondane ou forage devra atteindre environ 10 mètres de profondeur au moins sous la linne rouge du projet, (la plus basse liane roune si plusieurs solutions sont en concurrence pour le tracé) ou pénétrer dans le substratum dur de 3 à 5 mètres, "> a valeur exacte dépendant de la précision des renseianements néoloniq'.'es recueillis. La profondeur des sondages suivants sera déterminée en fonction des résul­tats du premier.

e - Marche à suivre lors_de l^exgloitation_des_essais

L'exploitation des essais sera faite en s'aidant de l'identifica­tion des sols (résultant des sondaaes ou des forages préalables - par exem­ple ceux effectués à la tarière lors de la reconnaissance générale du tracé - ) , et suivant les méthodes indiquées au fascicule 5 Dimensionnement.

Le Maître d'Oeuvre exiaera que, tout au lono de la présentation qui en ^^f faite dans le rapport oéotechnique, les méthodes d'exploitation et V s cnoix et hypothèses particulières que l'on aura faits dans l'inter­prétation soient mis en évidence et leur validité discutée en fonction' des conditions de sol et de fondaiion en cause.

En effet, il oct évident que les hypothèses sur le mode de travail des fondations, donc les méthodes d'exploitation et les résultats des cal­culs, ont un caractère approché et alobal (ceci tant dans le cas des essais de laboratoire que dans celui des essais en place).Un accroissement de la précision dépend donc plus de raffinement des hypothèses que des décimales du calcul.

A cet égard le caractère d'intervention légère donné à la reconnaissance par les essais en pi ace .rapides, maniables et peu onéreux, fait que ceux-ci sont en général les plus adaDtés pou*- les études courantes. Si l'exploitation aboutit à des ordres de arandeur acceptables on ne pousse­ra pas la reconnaissance plus avant.

En revanche, si les valeurs calculées sont importantes ou exception­nelles ou si des phénomènes orépondérants ne peuvent pas être pris en compte de manière satisfaisante par les essais (efforts parasites créés par un rem­blai d'accès, par exemple), on risque de se trouver en dehors du domaine d'utilisation normal de la méthode d'exploitation. Les résultats doivent alors être considérés seulement comme une indication (précieuse pour orienter les recherchées ultérieures) sur l'^'^oleur des phénomènes à attendre. Dans le cas où un résultat qualitatif ne s-.f 'it pas, il pourra en résulter le recours à des méthodes d'essais mieux adaptées (scissomètre ou essais de laboratoire pour déterminer la stabilité d'uri remblai, par exemple) ou à

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- 16

des mesures directes (essais de pieu, par exemple). En général, après cette reconnaissance spécifique, il sera utile d'envisaaer des constatatio-^s.

f - Résultats de la reconnaissance normale

Le laboratoire devra fournir au maître d'oeuvre un dossier de synthèse comportant :

- la vue en pla' in^^iquant les données de l'ouvrage complétée par la position des sondages et des essaisen place, ainsi que celle des piézomètres.

- la coupe longitudinale de l'ouvrage (1/100) sur laquelle on aura reporté en les reliant aux niveaux N.G.F. :

. les résultats des essais en place réalisés ;

. la position des piézomètres et les niveaux d'eau reconnus.

. le niveau proposé pour les fondations ainsi que, dans une courte notice, les conditions et les résultats de la reconnaissance, les hypothèses du dimensionnement, les méthodes d'interprétation et les problè­mes particuliers (voir § 6.2 Dessin-type d'APD).

- ur, rapport de synthèse émanant de l'organisme chargé de l'étude de sols portant particulièrement sur les points suivants :

. contenu de l'intervention :

nombre de forages et d'essais en place, examen des sols, résultats interprétés des esscis en place et de laboratoire (conformément aux modes opératoires officiels), jugement sur la représentativité des essais et des résultats ;

. exploitation des essais en vue du prédimensionnement d'APD.

calcul des forces portantes, estimation des tassements (à faire selon les méthodes indiquées au fascicule 4 Dimensionnement, sauf motif précis justifié ; de toutes façons présenter une critique de la valeur des résultats obtenus)

. éventuellement, proposition d'un ou de plusieurs types de fondation :

sujétions dues au type, problèmes pouvant influer sur le choix d'un type de pieu (pieux façonnés a l'avance, exécutés en place ; avec ou sans refoulement)

. problèmes éventuels liés à l'exécution des fondations :

venues d'eau, site aquatique, épuisements prévisibles (estimés), possibilité de battaae ...

. consistance de l'étude spécifique éventuelle.

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I I I I

2.2.2 - SCHEMA-TYPE DE RECONNAISSANCE

Le tableau ci-après donne une idée générale des opérations nécessaires à chaque stade d'étude du projet d'un ouvrage d ' a r t . I l correspond à un résumé idéal des indicat ions du paragraphe 2 . 2 . 1 .

Stades du pro jet A P S

A P D et A P S 0

D A 0

enseiqnements recherchés

principe des fonda­tions probables indication sur les niveaux d'appui. estimation sommaire

prêdimensi onnement

principe d'exécution

estimation précise des fondations.

confirmation du dimensionnement e du mode d'exécuti

recommandations pour 1 'exécution.

Sources d'information

enquête locale (précédents)

cartes géologiques (éventuellement)

poursuite de 1'en­quête locale (débit, affouille-ments). résultats de 1'enquè te préalable.

résultats de la reconnai ssance normale.

Mnvens

Exploitation des essais.

I I

reconnaissance Géo­logique du tracé

éventuellement fora-aes d ' idenf'fi cation néolonique et aéo-technique à la ta­rière essais aéophysiques de dégrossissage (localisation du substratum).

coupe qéotechnique détaillée du tracé

essais géotechniques en place.

Reconnaissance normale.

battage de pieux ou de palplanches d'essai. étude de perméa­bilité des sols, du débit des napf (à engager le pU tôt possible sine on en aura les ri sultats trop tare vement).

quaiitative

Enquête préalable

à base des essais en place; si Tes phénomènes en jeu sont bien pris en compte par les essais en place, s 'en tenir là. Reconnaissance

spécifique.

bi les pnenomenes semblent devoir être de grande ampleur re­courir à la reconnais­sance spécifique (essais spéciaux, essais de laboratoire sur échantillons intacts, essais de pieux).

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- 18 -

2.2.3 - ETUDE SPECIFIQUE

Cette étape éventuelle supplémentaire a pour objet l'étude de problèmes bien déterminés intéressant l'élaboration du projet de fondations, la mise au point de certaines dispositions constructives ou la rpali^ation d'un passaoe difficile de lonnueur imitée. Elle n'existera que si les études prévues normalement lors de l'enquête préalable et de la reconnais­sance normale sont insuf"faisantes ou mal adaptées.

Elles pourront, c'est le cas oénéral , suivre et prolonger les études d'APD.

Elles pourront aussi débuter dès le lancement des études d'APS, lorsque les précédents locaux rendront évident qu'elle est indispensable et qu'on sera, d'autre part, assuré du caractère définitif du tracé.

Il est impossible d'établir une liste type des phases d'une reconnaissance spécifique, vu la variété des cas à traiter. On s'inspirera pour la mener des principes du chapitre 2.1. Nous donnons néanmoins au paragraphe suivant une liste ouverte des problèmes pouvant donner lieu à reconnaissance spécifique.

On gardera à l'esprit qu'une telle reconnaissance sera plus onéreuse et souvent beaucoup plus lonoue (précision de certaines opérations., difficultés d'interprétation) qu'une reconnaissance courante.

- Liste de problèmes donnant lieu à reconnaissance spécifique

f-0_n_d_aj:_ip_n_s__spé_c_i_a_le_s_ : Elles nécessitent des essais complémentaires et des méthodes d'investigation différentes.

- phénomènes de tassement faisant intervenir principalement la consolidation. Exemole d'une couche faible sous appui. (Recours à 1'oedomètre pour la détermination précise de l'amplitude du tassement total.)

- remblais sur sols compressibles et poussée latérale. Etude de la stabilité (ajustement du coefficient de sécurité) et de la méthode de construction du remblai (éventuellement mise en place de drains).

- force portante douteuse. Cas des pieux ou puits soumis au frottement négatif et à des efforts latéraux importants. Cas des pieux ou puits flottants (essais de pieu). Cas des injecf'ons à la base des pieux et puits forés (contrôles en cours d'exécution et constatations). Cas des groupes de pieux surmontant une couche mol le (essais oedométriques).

- terrains hétérogènes, (renforcement de la reconnaissance, géné­ralement par multiplication d'essais rapides et peu coûteux ; précautions d'exécution).

- problèmes liés à la présence de l'eau. Détermination des débits de pompage (essais de pompage ou appréciation de la perméabilité) ; rabat­tement de nappe ; interception de nappes sur des ouvrages continus (étude de nappe et mise en place d'un réseau de drainage) ; crainte d'altération du béton frais par des circulations d'eau ou oar leur aggressivité (analyse' d'eau, micromoulmet) ; stabilité des batardeaux.

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- i:

- affouillements en site aquatique. (Etude des précédents et méthodes particulières de protection, voire modification de la conception du projet).

Fondations excepti_qnnel_l_es_ :

- roorisp PI sous oeuvre - caissons havès ou foncés à l'air comprimé - rideaux de palplanches ancrées par tirants - traitement de la masse du sol oar injections.

l.l.U - TABLEAU RECAPITULATIF DES OPERATIONS

DE RECONNAISSANCE RECOMMANDEES

- Le tableau ci-joint résume brièvement le domaine des appareils courants en fonction de types de sols élémentaires. On a souliané également l'utilisa­tion la plus rationnelle des différentes méthodes, tant au point de vue du niveau des études qu'à celui du type de fondation.

- Les croix indiquent les opérations réalisables normalement par type de sol.

- Les cases laissées en blanc indiquent qu'aucune méthode courante ne donne entière satisfaction dans tel type de terrain ou que l'essai concerné est impossible.

- La colonne "Essai recommandé" indique l'essai qui semble le plus apte à résoudre des problèmes posés lorsque le type de fondation n'est pas dé­fini, ou que le type de fondation retenu est composite (remblai et pieux par exemple).

- Les deux premières liqnes, qui concernent le déroulement des études, sont bien évidemment schématiques.

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- ^ f "

2.2.5 - QUELQUES EXEMPLES DE RECONNAISSANCE

D'OUVRAGES D'ART

NOTATIONS EfIPLOYEES

sondage avec prélèvement d'échantillons intacts,

sondage avec prélèvement d'échantillons remaniés,

essais pénétrométriques.

essais pressiométriques.

1, 2, 3 phases de Reconnaissance.

o o 0 (8) ( »

s c

h P en

h 'en »" ''R

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- 21 -

Reconnaissance d ' ouvrage d'art long

1^

TERRAIN HOMOGENE - BONNES PERFORr'ANCES.

'ERRAIN HOflOGENE - PERFORriANCES flOYENNES,

HETeROCENEITE RECOfJIlUC OL' A CRAKiDRE.

Tous ces essais ont été effectués lors de la reconnaissance normal sauf le sondage S , qui, étant exécuté lors de la reconnaissance qénérale

du tracé, sera en pratique rarenent dans l'axe exact ic l'ouvrage définiti

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- 22 -

Reconnaissance d' ouvrage d'art large

1, 2, 3 phases de reconnaissance

. Le sondaae Sp , effectue' lors de reconnaissance générale du

tracé, sera en pratique rarement dans l'axe exact de l'ouvraqe définitif, ni sous une lione d'appui.

• La phase 3 est facultative et 1'inplantation exacte et la nature des sondaaes correspondants seront définis â la demande suivant les résultats de la phase 2.

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23

Reconnaissance d'ouvrage d'art long et large

2B(pen 2 ^« ou PR)

(pcn ou p^

1. 1ère phase APS

2 + 2 A 2ène phase APP terrain normal assez homogène

2 + 2 B 2ène phase APD terrain hétérogène.

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Page laissée blanche intentionnellement

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E'».^' • •• ?Ç

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

Fascicule 3

METHODES D'ETUDE DES SOLS

LCPC

*'?! ^ ^ <?"- ' •;T?VW

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Page laissée blanche intentionnellement

Page 37: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

CHAPITRES.!

Principes généraux de mécanique des sols

LCPC

»*- ' - *rlïïTTriVT'i'°T

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Page laissée blanche intentionnellement

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CHAPITRE 3.1 - PRINCIPES GENERAUX DE MECANIQUE DES SOLS

3.1.1. - COMPORTEMENT MECANIQUE DES SOLS 1

3.1.2. - COMPORTEMENT DES FONDATIONS 9

.1. - Notions de charge admissible - cnlères 9

.2. - Fondations superficielles et fondations profondes 11

.3. - Méthodes d'évaluation - validité a - les méthodes théoriques b - les méthodes analytiques c - les méthodes empiriques d - conclusion

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Page laissée blanche intentionnellement

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CHAPITRE 3.1

PRINCIPES GENERAUX DE MECANIQUE DES SOLS

3.1.1 - COMPORTEMENT MECANIQUE DES SOLS

Les sols sont constitués d'un ensemble de grains minéraux, entou­rés d'eau, et éventuellement, pour les sols non saturés, d'air. La résistance au cisaillement provient uniquement du squelette de grains, et non des phases liquide et gazeuse . Néanmoins ces dernières jouent un rôle dans le rappro­chement relatif des grains.

Considérons le cas fondamental des sols saturés. Ces orinrioes s'expriment quantitativement par la relation de TERZAGHI : cr - cr + u

T = T' La contrainte totale (cr, T ) s'exerçant Sur une facette donnée

se décompose en une contrainte relative au squelette de orains ((T.'T"* OU

contrainte effective et une contrainte relative à l'eau (u^o) qu. se réduit à une pression dite pression interstitielle u.

Lorsqu'un élément de sol est soumis à i-ne sollicitation (par exemple à la bo'te de cisaillement -fio. 2b page 3 - ou au sein du terrain -fig. 2a page 3 - ) par suite de l'application d'une force au voisinage,

la résistance au cisaillement qu'il est susceptible d'offrir dépend de la vitesse d'application de la sollicitation.

En effet, la sollicitation (AcT^ va tendre à provoquer des variations de volume de l'élément de sol et donc un écoulement de l'eau. Mais celui-ci ne peut se faire instantanément, d'une part parce qu'il est freiné par les grains, d'autant plus que ces derniers sont petits (perméabilité faible pour les sols fins), d'autre part parce que la fron­tière drainante peut être plus ou moins loin (chemin de drainage).

Si l'application de la sollicitation est suffisamment lente pour que l'élément de sol se draine au fur et à mesure,

on aura alors A u = 0 u = u ^ ^ ^ o

A ( r = A c r et ô~'=. ô"' + A o"

les contraintes,d ]a pression hydrostatique initiale près u , sont repor­tées intégralement sur le squelette du sol. On dit que la sollicitation (ou l'essai) est drainée. La résistance T que peut offrir le sol va donc dépendre directement de l'intensité de la sollicitation

A la rupture, sur la facette appropriée, on a :

T= c' + O-'tq 9' avec a-'= ^ A cr T = c' + ( cr% Acr) tg<p'

où 9 est l'angle ue frottement interne effectif. c' est ""a cohésion effective, toujours très faible pour les sols.

L'angle de frottement «P'et la cohésion c' correspondants sont des paramètres caractéristiques du seul squelette de sol et sont dits effectifs ou granulaires.

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- 2 -

fig ; 1

Paramètres de définition des sols

et notations.

w

Poids

J 1

w w

W,

i i

air

— eau

• ••solide

Volumes

Va

'w

' w

: poids des grains solides

: poids de 1'eau

: poids to ta l du sol

W = Wj. + W ^

Ve volume des arains solides

V volume des vides entre grains

V^ volume de 1'eau

Va volume de l ' a i r

V volume to ta l

V = V.. + V, Vs ^ V, . V^

Y poids spécif ique to ta l

Y , lo ids spécif ique des grains solides

Y poids spécif ique du sol sec d

Y poids spécif ique de l 'eau

Y poids spécif ique déjauqé (lorsque le sol est saturé)

w teneur en eau

e indice des vides

Sr degré de saturation

n porosité

T H 1 _W_s Vs

Y _ Ws Od - y

ïw-7^= lTf/m3

* = -{^ X 100 % Ws

e = _Vv_ Vs

Vw Sr = - ^ X 100 %

n = ^

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fig : 2a

état initial ô ^ a o' o ' o

sollicitation A cr AcT, Au.

état final â=: = (TQ* ACT

c=' = cr •+ A ( r ' f o

^i = « ^ 0 * ^ ^

vo

22 cr, w

% ^ l Acr,

AOT

f ig : 2 b

AT Acr eau

1 1

//

V/

1 :^/

y/////////////y//'/yy

\ySS>SSSSyy.

V/////A//////////

P ^

z-''•/,

état initial cr =0 / U Ç J = O ^ T Q = 0

sollicitation A cr , A T , AU

état final cr, = o~ + A(r T O

T^ s A T

u^ = Au

sol

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- 4 -

. Considérons l ' au t re cas extrême où la s o l l i c i t a t i o r A o" est appliquée si rapidement que pratiquement l 'élément de sol ne subit aucune perte d'eau (1) .

Dans ce cas, les qrains ne vont suhir aucun rapprochement r e l a t i f à la sui te de la s o l l i c i t a t i o n . On conçoit donc bien que l ' e f f o r t nécessaire pour d is tordre ou c i s a i l l e r l 'élément ne dépendra que de SQiLétat de compa­c i té i n i t i a l et non pas de l ' i n t e n s i t é de la sol l i c i t a t i o n / ^ o u plus exacte­ment des contraintes normale: Ao~

T = C ^ = c u

La sollicitation (ou l'essai) est dite non drainée et la résistanci au cisaillement constante est la cohésion non drainée c .

L'intensité de la sollicitation aura simplement pour effet de mettre l'eau en pression, sans déterminer de chanaement dans les contrain­tes effectives. Le tableau ci-dessous donne des exemples d'ordres de grandes de durées de sollicitations permettant d'obtenir soit un drainage complet so pratiquement aucun drainage.

So ' 1icitation

Essais de labo­ratoire (essai triaxial - es­sai oedométri-Que).

Essai en place (pénétromètre pressiomètre).

Fondation sur semelle ou pieu

Radier ou rem­blai.

Longueur du chemin de drai naae.

cm

10 cm (10)

m (10^)

10 m (10-

à 10^)

Sabl

''empb puur dramaae complet.

seconde

mi nute

<. heure

journée

e propre

Temps pour aucun drai-naqe.

mi 11i-sec (sollicitation dynamique)

seconde

seconde

minute

Arni

Temps pu^r drainaae complet.

semaine

mois

mois ou aînée

année ou 10 ans

le

lemps pour au­cun drai-naqe.

seconde

mi nute

heure

semaine voire mois

1) On peut réaliser ce cas en disoosant des •''rontières étanches tout autour de l'élément, ce qui est fait par exemple dans les essais triax de laboratoire.

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f ig : 3a

Essai drainé

T = c' • ( c r ' + A o - ) tg "f'

fjg :3b

Essai non drainé

T = constante = C j

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fig : A

Calcul des contraintes verticales totales et effectives

(Nappe statique)

-1 m

• w

Ydz

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- 7 -

Application:Calcul des contraintes géostatiques - Poids spécifiques

Nous allons calculer la valeur des contraintes verticales totales et effectives, dans le cas simple mais très important en pratique, d'un terrain horizontal comportant une nappe statique (f^q. 4 page 6).

La contrainte totale C" vaut : V

^ ^ X I dans le limon Q-

dans le sable ^ = « , x .5 + û^ (Z - 5)

so i t d'une manière qénérale

fif étant le poids spécif ique to ta l du sol (qrains et eau).

La pression i n t e r s t i t i e l l e , hydrostatique , vaut :

u = î^ , , - (2 - 2,,) w 7

C'est-à-di re ^ Zw

La contrainte verticale effective 0" est donnée par la relation , v

cr = T - u V V ^

n- ' = Û.Z - jr (2 - Z ) u V 1 w ^ w '

d'où dans le l imon

dans le sable r X 5 + r (2 - 5) - ï (2

et d'une manière aénérale ^^^- r ï d 2 . / (ï- \)dz

On pose X' ^•- » ; c'est le poids spécifique déjauaé . On

aboutit donc aux règles suivantes :

Dans le cas de terrains ne comportant qu'une nappe statique, la contrainte verticale '" tale O" représente le poids total des sols situés au-dessus du niveau considéré, la contrainte verticale effective C' est la somme du poids total des sols situés au-dessus de la nappe et du poids déjauqé des sols baignés par la nappe et situés au-dessus du niveau con­sidéré .

nénéralement le poids spécifique total 'est voisin de 2 t/m3, tandis que le poids spécifique déjauoé est voisin de 1 t/m3 pour un sol en place, de 1,1 t/: 3 pour un remblai normal.

Il est intéressant de connaître une autre expression du poids spécifique déjaugé :

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- 8 -

f ig : 5

Comportement des fondations

portion pratiquement linéaire

0

W

enfoncement

Ql Q charge

Qf charge de fluage

Ql charge limite

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Y est le poids spécifique de l'eau. ' w

^ est le poids spécifique de la matière constituant les grains, généralement compris entre 2,5 et 2,7, mais pouvant descendre au voisinage de 1 dans le cas de sols comportant beaucoup de végétaux (certaines tourbes très récentes).

Yjjest le poids spécifique sec (ensemble des grains è l'exclusion de 1'eau).

On voit alors immédiatement que le poids spécifique déjaugé /' est quasiment nul dans le cas des tourbes.

3.1.2 - COMPORTEMENT DES FONDATIONS

.1. - Notions de charge admissible - critères (voir également le chapitre 5.1'

Considérons une fondation plus ou moins enterrée dans un terrain homogène (voir figure 5 page 8 ) et appliquons lui une charge crois­sante Q. Au début les enfoncements, sont approximativement proportionnels aux charges, puis à partir d'une certaine charge, la courbe de chargement s'incurve jusqu'à donner des enfoncements très importants pour des variations de charqe très faibles : c'est la charge limite Q. .

En aénéral on fait travailler les fondations, éléments relative­ment rigides et qui ont eux-mêmes à supporter une superstructure plus ou moins rigide, dans la première zone de la courbe de chargement approximati­vement linéaire, pour laquelle les enfoncements restent assez faibles, en tout cas contrôlables et à peu près réversibles.

On réalise aénéralement cette condition de la manière suivante, quT constitue le critère de pcznço-nncment.

1) on évalue la charge limite Q» .

2) on applique un ooe^'';^~zcLenz. de sécurzzc Pénal à 3 (1).

Dans le cas particulier d'essais de chargement statique de pieu, on peut déterminer directement l'étendue de la portion quasi-1inéaire : la charge de •''luaqe Of]marque le seuil des enfoncements croissants rapidement. Bien entendu, on lui applique des coefficients de sécurité beaucoup plus faibles (1,25 à 1,6).

On obtient donc ainsi une première limitation pour la charge de service de la fondation. Une deuxième est constituée par le critère de tassement :

1) on se fixe la valeur du tas3crr,en:. admissible de la fondation. La difficulté vient de ce que la superstructure est généralement sensible aux tassements différentiels de ses divers éléments de fondation et non aux tassements absolus et que la relation entre ces deux sortes de tassements est souvent très lâche.

Sauf pour le terme de frottement latéral des pieux, pour lequel H est éoal à 2.

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- 10 -

fig : 6

Fondation superficielle

Fondation protonde

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11

2) on évalue le tassement de la fondation en fonction de la charge appliquée Q.

3) on vérifie que la charge ^ ne donne pas de tassement

supérieur à ce tassement admissible. S'il n'en est pas ainsi, on choisit une charge Q plus faible, donnant un tassement au plus égal au tassement admissible.

Pour les fondations de faible largeur (semelles, pieux), le critère le plus important est le critère du poinçonnement. C'est même le seul applicable dans le cas des pieux.

Pour les fondations de très grande largeur (radier), le critère de tassement est prépondérant. (Il concerne également les groupes de pieux).

Remarquons que dans les problèmes de remblais sur sols mous, on se soucie de ces deux aspects, mais dans unf optique toute différente :

. on utilise des coefficients de sécurité vis-à-vis du poinçonne­ment beaucoup plus faibles, de l'ordre de 1,5 parce qu'il s'agit d'un ouvra­ge susceptible de supporter de grandes déformations.

. il en résulte que les pressions appliquées au sol dépassent souvent notablement le seuil à partir duquel on observe d'importantes varia­tions de volume (pression de surconsolidation): les phénomènes de consoli­dation sont alors prépondérants.

. on ne cherche pas tant à limiter les tassements,mais bien plutôt à en prévoir l'amplitude pour déterminer les dispositions constructives adéquates (surhauteur de remblai), et a en limiter la vitesse durant la mise en service de l'ouvraae.

.2. - Fondations superficielles et fondations profondes.

Suivant la valeur de l'encastrement h (ou D) de la fondation, le mode de travail peut être en réalité très différent.

Considérons une fondation posée à la surface du sol ou faiblement encastrée (fig. 6 page 10 ). Lorsque de la charge varie jusqu'à sa valeur limite, on peut observer que la rupture s'accompagne de déformations impor­tantes de la surface du sol (bourrelets). On dit qu'il s'agit d'une fondation superficiel le. La pression limite q £, s'exerçant sur la base augmente à peu près proportionnellement à l'encastrement h.

Au-delà d'une certaine profondeur, dite profondeur critiaue, la rupture est due essentiellement à un refoulement du sol dans la masse, sans que la surface soit affectée significativement. On dit alors qu'il s'agit d'un mécanisme de ^onâation profonde. On n'observe plus d'augmenta­tion sensible avec la profondeur de la charqe limite Q£ s'exerçant sur la base. On conçoit aisément que la charae limite QX dépende tout autant de la déformabilité du sol que de sa résistance limite. Ce point a été mis en évidence par la théorie sur des phénomènes proches de l'enfoncement d'un pieu : l'expansion d'une cavité cylindrique ou sphérique (Bishop - Hill et Mott). (figure 7 page 12).

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12 -

f ig : 7

Phénomène de frottement latéral

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- 13 -

On voit aussi que dans le cas d'une fondation profonde la résistance due au frottement du sol le long du fût du pieu ou frottement latéral vient s'ajouter à la résistance due au poinçonnement de la oase, alors que ce terme est faible et est négligé dans le cas des fondations superficielles. Le phénomène de frottement latéral est fort différent du phénomène de poinçonnement : il s'agit essentiellement d'un cisaillement simple d'anneaux de sol concentriques, et les caractéristiques 15 résis­tance de l'anneau situé immédiatement au contact du pieu, le plus sollicité, sont déterminantes, (fig. 7 page 12).

En particulier, dans le cas de sols cohérents, le frottement la­téral limite dépend pratiquement uniquement de la cohésion du sol au con­tact du pieu.

T^= c (au contact).

Or il est un fait que la mise en place d'un pieu, quel qu'en soit le type, modifie l'état du sol à son voisinage, soit dans le sens d'une amélioration (battane de Dieux dans des sols perméables), soit le plus sou­vent dans le sens d'une détérioration. Dans ce dernier cas on observe gé­néralement une reconstitution du sol après la mise en place, sans atteindre toutefois la résistance initiale. Ainsi dans le cas de sols cohérents on écrira donc

Tp j8. c^ avec /i < 1 eu cohésion initiale

L'influence de la mise en place des pieux sur les propriétés du sol situé au voisinage constitue une difficulté majeure dans la prévision du comportement des pieux.

?1éthodes d'évaluations - Validité.

On a vu que pour appliquer les critères de poinçonnement et de tassement, il est nécessaire de pouvoir évaluer la charae limite 0/ de la fondation et le tassement, au moins dans la partie initiale de la courbe de charoement.

Deux nroupes principaux de méthodes d'évaluation peuvent être distingués : les méthodes théoriques et les méthodes analogiaues.

Les méthodes théoriques ont comme Support principal un modèle mécanique (théorie), schématisant plus ou moins bien le phénomène et permettent de passer de caractéristiques mécaniques élémentaires du sol à des paramètres caractéristiques du comportement de la fondation. Les méthodes existantes nécessitent une schématisation radicale du comportement élémen-tai re du sol.

Les ''méthodes "crr.alcgiques" font intervenir lors des essais, des sollicitations ae même nature que celles qu'on trouve sous les fondations réelles. Elles sont appliquées généralement sur le sol en place (essais de sol en place ou essais de chargement) et établissent une correspondance entre les paramètres similaires des deux types ae sollicitations; les coef­ficients de cette correspondance sont déterminés de manière plus ou moins empi rique.

A titre d'exemple, on verra plus loin que les méthodes pressiomé-triques et pénétrométriques sont de type analogique.

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14 -

fig : 8 a

Schématisation du corps rigide plastique

loi de cisaillement

f i g : 8b

Schématisation élastique

T A

e 0 fig : 8 c

Lignes de glissement

max = c • (T tg f

i

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15

a - Les méthodes théoriques

La théorie de la capacité portante suppose un matériau ri ni de plastique (fig. 8a P^^^ 14 ). Elle vise à décrire le phénomène de refoulement vers la surface. Elle utilise dans sa forme la plus simple (TERZAGHI) des familles de lignes de alissement approchées, le long des­quelles la résistance maximale est censée être mobilisée et, dans sa forme la plus élaborée (théories de la plasticité) des volumes de sol entièrement plastifiés, avec réseaux de lignes de qlissement correspondants (voir fig. Se page 14 ). En définitive les seuls paramètres mécaniques élémentaires exploités sont les paramètres de résistance : soit c (*f = 0) pour les -sols cohérents, soit c' et f ' dans le cas des sols pulvérulents.

On en déduit la pression limite de poinçonnement.

Destinée en principe aux fondations superficielles, on a tenté néanmoins d'étendre l'application de cette théorie aux fondations profondes, (termes de pointe).

Pour les sols cohérents (calculs à court terme f = 0 ) , elle donne des résultats assez satisfaisants, même pour les fondations profondes. La raison en est que, au moins en première approximation, la pression limite q-dépend de manière simple (linéaire) d'un seul paramètre de résistance : la cohésion non drainée c , et que le coefficient de portance N correspondant peut être ajusté de maHière empirique (formule de SKE^^PTON).''

Au contraire, dans le cas des sols pulvérulents, l'application de la théorie se heurte à des difficultés importantes : la pression limite q ^ dépend éminemment de la valeur de l'anale de frottement 9^ (fonction approxi­mativement exponentielle de tg vf').

Ce dernier varie de manière assez importante en fonction de la compacité (densité relative), qu'il est très difficile de déterminer avec précision, les prélèvements intacts de sols pulvérulents étant souvent impossibles. Il en résulte que pour appliquer la théorie de la force portante aux sols pulvérulents on a eu recours à une évaluation très empirique et très grossière de la densité relative, au moyen d'un essai de battage (méthode S.P.T.,abaques de TERZAGHI pour fondations superficielles). Dans le cas des fondations profondes, s'ajoute la difficulté supplémentaire d'adapter le mécanisme théorique de base ; malgré des tentatives très poussées, notamment par MEYERHOF (prise en compte de l'aspect tridimensionnel, d'une pression de contact sur Iç fût évaluée empiriquement, etc...), les résultats obtenus ne sont pas satisfaisants.

La théorie de l 'élastic-'tc dans sa forme la plus simple (élasticité linéaire, matériau isotrope), est utilisée par diverses méthodes d'évaluation des tassements. La schématisation de la loi de comportement du sol porte donc sur la partie initiale, (fig. 8b page 14).

. Dans les méthodes dites globales on se sert du produit final de la théorie de l'élasticité, à savoir la relation entre la charge et le dé­placement. Par exemple, dans le cas d'une bande uniformément chargée,

0" 3 : w = - xq X constante

L ' util i sanon ae la théorie est dorn, complète, et le massif de sol doit être caractérisé pratiquement par un seul paramètre, le module d'YOUNG E, l'influence du coefficient de Poisson V restant très faible; Là résident la difficulté principale et la limitation de ces méthodes.

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- 16 -

Le module de déformation sécant peut varier d'un point à l'autre du massif essentiellement pour 3 raisons :

- La raideur du sol peut varier avec la profondeur.

- Le niveau de chargement varie et la courbe de déformation étant incurvée, le module sécant varie aussi. Le module d'YOUNG est souvent pris égal au module de déformation sécant d'un essai de compression avec étrein­te, pour la moitié de la charge de rupture. Cette mesure n'est possible que pour les sols carottables. (ce problème peut toutefois être traité par la théorie de l'élasticité non linéaire et avec paramètres variables).

- La sollicitation élémentaire n'est pas du même type en tout point du massif"(importance relative des déformations volumiques et défor­mations de cisaillement, rotation des contraintes principales plus ou moins marquée). En réalité, le sol ne peut être caractérisé par une seule loi de déformation valable en tout point : à chaque type de sollicitation élémen­taire devrait correspondre une loi.

En pratique, l'utilisation des méthodes globales doit être réservée aux cas où les déformations volumiques sont faibles et doit être considérée comme très approchée (tassement immédiat sans drainage-des sols surconsoli­dés).

. Dans le cas où les déformations volumiques sont prépondérantes (remblais sur sols mous) on doit utiliser la méthode oedométrique qui ne fait que partiellement appel à la théorie de l'élasticité. Elle exploite uni­quement les résultats concernant la distribution des contraintes verticales qui varient pas trop avec la forme exacte de la partie initiale de la loi de com­portement du sol.

Les déformations volumiques élémentaires sont mesurées directement dans un essai à déformation latérale nulle (essai oedométrique) et sont ensuite intégrées pour donner le tassement résultant en surface, ou tout au moins la part de tassement due aux déformations volumiques.

Telles sont les méthodes théoriques disponibles pour le calcul des fondations.

b - Les méthodes analogiques

Les méthodes analogiques se rapportent à deux essais : ^'essai pénétrorrétvzaue et 1 'essaz vressiomctviaue.

. Il est clair que l'analogie mécanique entre pénétromètre et pieu est a priori excellente. C'est vrai en ce qui concerne la nature de la sollicitation ; ce n'est pas tout à fait exact en ce qui concerne les conditions de l'essai ; notamment celui-ci est très rapide. Le frottement latéral surtout en est affecté puisqu'il dépend essentiellement des con­ditions régnant au contact immédiat du fut (matériau constitutif du fut ; drainage possible ou non ; délai de repos et reconstitution du sol). Bien que dans certains sols sensibles, l'essai soit trop brutal et conduise à une sous évaluation, on peut en général transposer directement la résis­tance de pointe. Les limitations de la méthode sont surtout d'ordre prati­que ( présence de gros éléments rendant la mesure non significative, refus e t c . ) .

L'application des résultats pénétrométriques à l'évaluation de la force portante des fondations superficielles est par contre très aléatoire. L'analogie est loin d'être respectée et par ailleurs, la précision des appareillaaes n'étant pas suffisante dans le domaine de contraintes intéressé, elle ne peut fournir que des évaluations grossières.

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- 17 -

. A la différence de l'essai pénétrométrique qui ne fournit que des caractéristiques limites, l'essai pressiométrique donne une courbe complète de chargement du sol en place. C'est donc un essai particulière­ment intéressant ; il permet d'obtenir ainsi à la fois des informations sur la raideur du sol (module pressiométrique, pression de fluage) et la carac­téristique limite de l'essai (pression limite p ).

Notons tout d'abord que, compte tenu de la dimension de la sonde, la durée adoptée pour l'essai permet de reproduire des conditions de drai­nage assez proches de celles conditionnant le comportement des fondations profondes (pieux et puits).

L'analogie de base réside dans la relation entre la pression limite p-. du pressiométre et la pression de rupture en pointe du pieu q

Les informations supplémentaires données par l'essai telles que : déformabilité, nature des matériaux (sol à caractère frottant ou cohérent) etc.. interviennent dans cette correspondance plîSiq L'analogie pressiométre - fondation superficielle est plus lointaine ; il a été nécessaire de dégaoer des rèales semi-empiriques pour le calcul de ces dernières.

L'interprétation des essais pressiométriques pour le calcul des tassements est basée essentiellement sur des considérations théoriques. Le calcul pratique se fait à l'aide de règles empiriques à partir de l'es­timation du module sécant moyen. Cette méthode théorique globale est sou­mise aux mêmes limitations que celles exposées plus haut (en particulier déformations volumiques faibles).

c - Les méthodes empiriques

Elles sont représentées souvent par des corrélations entre grandeurs sans liaison théorique ou analogique.

Ex':

Méthodes très grossières et généralement troD pessi­mistes.

Standard Dénétration test

(sollicitation dynamique)

Vitesse sismique —

Caractéristiques d'i denti fi cation

(sôllicitation statique)

force portante

force portante

d - Conclusion

Les méthodes analoaiques ou théoriques ont un caractère rationnel ; elles font correspondre au phénomène un modèle théorique ou pratique. Elles sont imparfaites, ceci ne veut pas dire qu'elles sont à rejeter, mais leur emploi impose une bonne connaissance de leurs 1 imitations ; ce sera souvent l'affaire de spécialistes.

Les méthodes empiriques (corrélations) sont à utiliser lorsqu'elles existent dans le but d'obtenir un complément d'information. Elles sont beau­coup moins sûres que les premières et il n'est pas question de les mettre en compétition avec celles-ci.

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Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

CHAPITRE 3.2

Sondages

Lcpa

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CHAPITRE 3 . : - SONDAGES

3.2.1. - INTRODUCTION I

.1. - Le sondage n'est qu'un moyen I

.2. - Qualification de l'equipe d"e\écutioti I

.3. - Recommandations d'exécution et cahiers des prescnptK>ns spéciales

3.2.2. - LTILISATION

.1. - Rappel des objectifs de la reconnaissance

.2. - Types de sondages a - les sondage', destructifs b - les forages avec prélèvement d'échantillons intact^.

.3. - Domaine d'emploi des sondages

.4. - Définition du programme des sondages en reconnaissance d'ouvrages d'art a - classement en lonction des problèmes à résoudre b - implantation pratique des sondages de reconnaissance spécifique

3.2.3. - PRESENTATION DES RESULTATS DE SONDAGES 10

.1. - Cahier de chantier 10

.2. - Feuille de sondage 10

.3. - Fiche de carottage II

3.2.4. - LES MATERIELS II

.1. - Sondage manuel 13

.2. - Sondagf a la pelle mécanique 13

.3. - Sondages mécaniques 13 a - principe dj ~onJji:.' 13 h - les vondeuM.'- 13

b. k'v mjchme~ a percussion b, - les machine^ a rotation b, - privedc- ^pfcijux k'v ouiih d j i ijqjc dcv icrramb VI - pénétration par destruction des matériaux rencontrés C-) - préléverhent d'échantillons mlacls

3.2.5 - ANNEXE CPS DE SONDAGE 24

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- 1 -

CHAPITRE 3.2

SONDAGES

3.2.1 - INTRODUCTION

Les sondages doivent permettre de reconnaître les formations par extraction d'échantillons intacts ou remaniés servant à l'identi­fication des sols ou à l'étude en laboratoire de leurs propriétés oêo-techniques.

Tout en insérant dans ce chapitre une présentation oénérale des matériels de sondage, nous réservons pour le chapitre suivant 3.3(Prélève-mentset identifications),les développements qui concernent l'exploitation des échantillons remaniés. " ^

Les investigations par sondaaes (qui comprennent le forane lui-même, le traitement et le transport des carottes, puis les essais en labo­ratoire et leur exploitation) sont particulièrement coûteuses ; aussi doit-on en tirer le maximum d'informations. La qualité de ces informations dépend pour une bonne part de la qualification de l'équipe de sondaae et aussi du proaramme de reconnaissance retenu. Il est pratiquement indisoensable qu'il y ait en permanence près de cette équipe un représentant qualifié du Labo­ratoire charaé des études de sols.

Nous détaillons ci-dessous certains points particulièrement importants.

.1. - Le sondaoe n'est qu'un moyen

Il ne constitue qu'une des étapes de l'étude. Le matériel et le proaramme doivent donc être définis avec les mécaniciens des sols qui seront amenés à exploiter les résultats de sondaae et à effectuer les essais en laboratoire et leur interprétation.

.2. - Qualification de l'équipe d''exécution

La valeur des essais de Laboratoire dépend de la qualité des prélèvements "intacts" des échantillons de sols. Il est donc souhaitable que l'ensemble prélèvements-essais en Laboratoire soit effectué par le même oroanisme. S'il n'en est pas ainsi, il est nécessaire que le labo­ratoire charaé des essai s contribue à déterminer la méthode de prélèvement et supervise l'exécution des sondages sur le terrain.

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- 2 -

On voit donc que la qualité des sondaaes passe par les impératifs suivants : il faut du matériel adapté, mis en oeuvre par un personnel com­pétent suivant des techniques riooureuses. On trouvera au paraaraphe 3.2.3 une présentation des pr>ncipaux matériels de sondage.

.3. - Recommandations d'exécution et Cahiers des Prescriptions Spéciales

Il est absolument indfspensable d'obtenir des entreprises, avant adjudication et rédaction du CPS, la liste des matériels dont elles diSDOsen" et qu'elles pourront effectivement engager sur le terrain.

"Il faut là plus qu'autre part éviter absolument de fixer le nombre de "trous", sans plus, et de choisir le moins-disant.

3.2.2 - UTILISATION DES S O N D A G E S

.1. - Rappel des objectifs de la reconnaissance

On se souvient que les principes et les objectifs de la reconnais­sance, détaillés au fascicule 2, comportaient entre autres, l'idée que la reconnaissance s'appuie d'une part sur des informations qualitatives, d'autre part sur des informations quantitatives.

On explicite ci-dessous (paragraphe 2) quelles sont les information; que permettent de recueillir les différents types de sondaaes et on précise (paraaraphe 4) les arandes lignes d'un programme complémentaire de reconnais­sance spécifique par sondages carottés. Le fascicule 2 Reconnaissance s'est borné en effet à indiquer les principes de la Reconnaissance spécifique et les problèmes qui pouvaient obliaer d'y recourir, sans précisions sur la ma­nière exacte de la mener.

.2. - Types de sondages

a - Les foranes destructifs

Ce sont des foraaes rapides qui permettent :

- soit de prélever des échantillons remaniés. La teneur en eau est une caractéristique importante à ne pas perturber. En revanche, il est nécessaire pour procéder aux identifications et aux études en Laboratoire de prélever des échantillons ayant un volume assez considérable. On utilise alors des tarières simples. Le type le plus répandu est la sondeuse Highway, qui selon le type réalise des sondages de 6 ou 12 m de profondeur en diamè­tre de 400 mm. La cote de l'échantillonnage est précise, les rendements élevés (5 sondanes à 6 m par jour en moyenne). Les possibilités sont limitées par la présence de blocs, ou par le"= éboulements de terrain lorsqu'il y a une nappe. Dans ce cas on devra utiliser des tarières continues, à âme pleine ou creuse.

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3 -

- soit de réaliser une simple perforation : utilisation d'un outil plein ou carottaqe en rotation de très faible diamètre. L'infor-ïïiation recueillie est la vitesse d'avancement de l'outil ou l'examen des sédiments remontés. On peut éqalement utiliser un carottier simple battu et l'on note la courbe de battane.

Le développement de la diaqraphie amène à développer les sondanes sans prélèvement les moins onéreux possibles (de l'ordre de 45 F le mètre linéaire). Ils sont réalisés à l'aide de sondeuses à rotation munies d'une tète tricône, sondeuses à vibro-percussion, wagon-drill. Leur prix de revient est environ cinq fois moindre que celui des sondages simplement carottés..

A partir des êchantilions remaniés on pourra identifier les sols (granulométrie, limitesd'Atterberg, teneur en carbonate ou en matière organique...). La teneur en eau ne pourra être obtenue que-si l'opération de prélèvement est effectuée i sec et que les échantillons sont placés aussitôt en gaines étanches.

Ces échantillons ne pourront pas être soumis aux essais mécaniques en Laboratoire (cisaillement et compressibilité). -

Dans certains cas, les forages ainsi pratiqués pourront être utilisés pour la mise er oeuvre du pressiomètre (cf. chapitre 3.2). Cela ne sera possible que si le diamètre du forage initial est de 60 mm (ou inférieur, moyennant réalésaoe à ce diamètre du trou initial) et après s'être assuré que les parois du foraoe ne sont ni éboulées, ni remaniées, ni trop ramonées.

b - Les foraqes à^jez prélèvement d'échantillons intacts

Ils permettent d'extraire le sol sans en modifier, en principe, 1'état et la structure.

Il faut recourir à des carottiers spéciaux :

- carottier à double enveloppe à trousse coupante avancée (type Mazier) utilisé avec une sondeuse en rotation

- carottier à paroi mince, enfoncé par vérinage

- carottier à piston stationnaire, pour le prélèvement des sols mous.

Le diamètre des carottes prélevées doit être suffisant pour permettre de tailler les éprouvettes destinées aux essais (86 mm est un minimum). On doit faire très attention à la conservation des échantillons au cours des opérations de manutention et de transport des containers [paraffinaqe des extrémités, extraction facile de la carotte, précautions contre les vibrations).

Le prix des échantillons intacts étant élevé, il est rare qu'un sondaae soit carotté de cette manière sur toute sa lonqueur. Une étude Géologique sérieuse doit être faite avant de localiser leur emplacement.

Sur les carottes il est théoriquement possible d'effectuer tous les essais de Laboratoire (identification et essais mécaniques de cisail­lement et de compressibilité).

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- 4 -

En fait, le degré de remaniement d'une carotte est très variable suivant le type de matériel utilisé et la nature du terrain à prélever :

- dans les vases, les argiles peu consistantes, il sera aussi facile de prélever des échantillons intacts que des échantillons remaniés.

- dans des blocs, aalets etc.. le prélèvement d'échantillons intacts sera impossible et d'ailleurs de tels échantillons ne pourraient être testés dans la plupart des Laboratoires qui ne sont équipés que pour les sols fins.

- le prélèvement de sables propres sous la nappe nécessitera l'utilisation de carottiers spéciaux.

- le carottage en rotation permettra de pénétrer la plupart des terrains (il ne sera pas économique dans les graviers par exemple ). Cependant, la qualité de la carotte sera médiocre dans les sols mous. Dans le rocher fissuré le pourcentage de carottage sera fonction du diamètre du carottier par rapport à la maille moyenne des fissures ou diaclases ; et dans le rocher altéré, ce pourcentage sera fonction de 1'état d'altération.

- dans certains horizons compacts, même si l'on n'a pas besoin d'échantillons intacts, on pénétre plus vite en carottage qu'en perforant à l'outil plein (sondage destructif).

.3. - Domaine d'emploi des sondages

Il importe de toujours envisager l'insertion des opérations de sondaoes dans l'ensemble de la reconnaissance, qu'il s'agisse de la recon­naissance générale du tracé ou des'différentes étapes de la reconnaissance localisée, au droit des ouvrages ou des grands remblais.

Les sondanes étant la partie la plus chère d'une opération de reconnaissance, il importe d'arrêter judicieusement leur implantation. Ils ne seront réalisés en tous cas qu'après l'étude Géologique de terrain et les prospections géophysiques (sauf naturellement pour les sondages d'éta-lonnaae). Leur exploitation doit être maximale :

- pour chaque sondage on établit une fiche où sont consianées toutes les données : type du sondage, outils utilisés, vitesse d'avancement, venues ou pertes d'eau, etc. ;

- la coupe géologique précise doit être relevée par un géoloque averti et il est recommandé en outre de photographier (en couleurs) les échantillons remontés : on obtient ainsi une bonne référence, car les carottes évoluent très rapidement dans le temps ;

- ils sont équioés d'un ou plusieurs piézomètres, selon les venues d'eau rencontrées au cours du forane .

On indique dans le tableau du paragraphe 2.2.4 les types de sondages conseillés et l'appareil laoe recommandé en fonction du type de sol et de la nature du problème à résoudre.

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En fait, en reconnaissance normale d'ouvraqes d'art, on n'envi-saaera d'effectuer des sondaqes avec prélèvement d'échantillons intacts pour essais de laboratoire que lorsque les essais aéophysiques et en place (plus rapide et moins onéreux) ne seront pas suffisants.

Pratiquement, ceci correspond à des problèmes qui se oroupent sous deux nrandes rubriques :

- Existence de couches compressibles, soit intercalaires, soit régnant sur de arandes épaisseurs. Le problème se pose particulièrement au niveau des remblais d'accès aux ouvraqes, des aroupes de pieux flottants (efforts parasites).

-'Problèmes liés à la présence de l'eau dans les sols ; circulations d'eau, tenue des ouvraqes provisoires.

.4. - Définition du oroaramme des sondaaes en reconnaissance d'ouvraqes d'art

a - Classement en fonction des problèmes à résoudre

- Etude aéologique de l'homogénéité

Er terrain rocheux, il s'agit de déterminer la cote en dessous de laquelle on est sûr de ne plus rencontrer de cavités (carottage complet et examen des fossiles), d'étudier la fissuration ou les diaclases (essais Luaeon), les risques de fontis (examen par caméras de télévision en circuit fermé des cavités artificielles ou naturelles).

On procède à des sondages carottés parce que le terrain est compact, et à de simplesforaoesdestructifs sans prélèvementsd'échantilIons pour les essais Luoeon.

En terrain non rocheux, il peut s'aoir de déterminer, oar la géo-loaie appliquée, si l'on a affaire à une couche de sol en place ou à des éboulis ; les essais en place sont évidemment muets à ce sujet. S'il s'agit d'éboulis, on fera attention aux mouvements ultérieurs éventuels (on aura tendance à prévoir des pieux de aros diamètre pour y résister). Comme cette étude est délicate et que le problème peut passer inaperçu, la situation pourra être plus critique Dour les petits ouvrages, les crédits de recon­naissance étant plus faibles que pour les grands.

- Couche compressible

On a indiqué-au oaraoraphe 2.2.1 alinéa d„ (Nature des essais en fonction du type de fondation envisagé), les cas dans lesquels le pressiomètre n'est pas suffisant pour effectuer le dimensionnement. Il faudra alors procéder à des sondaaes carottés complémentaires qui seront suivis d'essais à l'appareil triaxial (stabilité à court et à long terme, efforts parasites) ou a l'oedomètre (tassements).

- Problèmes d'eau

Etude des Nappes : Il s'agit d'effectuer des forages destructifs soit pour poser des piézomètres, soit pour déterminer les nappes en charge (remontée brutale du niveau d'eau dans le forage à la perforation) ou mul­tiples, soit pour utiliser des micromoulinets (encore à l'état de proto­types) en vue de déterminer les circulations d'eau et les risques de

Page 68: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 6 -

f i g :1

Reconnaissance spécifique d'ouvrage d'art isolé

q 0 pen

s„ pen

PR

^ C , , )

nombre tôt 2

3

3

1

Voir la définition des symboles au fascicule 2 page 20.

(1) pour traiter le problème des remblais sur sol mou.

Page 69: Fond 72 Fascicule 2 3 4

fig : 2

Reconnaissance spécifique d'ouvrage d'art sur tracé

terrain hétérogène

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O

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terrain homogène

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Voir la d é f i n i t i o n des synbcles au f a s c i c u l e 2 paqe 20.

Page 70: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Reconnaissance spécifique de grand ouvrage

Phases

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12 11

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Reconnaissance du tracé

Phases

Reconnaissance normale

Reconnaissance spécifique

Voir la définition des symboles au fascicule 2 paqe 20.

Page 71: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 9 -

delavaqe du béton. Notons les problèmes d'étanchement des fouilles (essais Luoeon) ou l'évaluation des débits (essais de pompaae ou de rabat­tement de nappe).

Problèmes d'affouil lements : Une identification qranulométrique précise et la détermination des zones de sol en place ou remanié seront utiles. Mais les essais en place sont eux aussi bien précieux pour préciser les discontinuités de résistance (le saut positif dans la courbe est une bonne indication de la cote maximale des affouillements antérieurs) ; Particulièrement le SPT et le pénétromètre (en qénéral dynamique, puisqu'il ne nécessite pas de réaction ce qui évitera l'emploi d'un matériel lourd et permettra de le mettre en oeuvre à partir d'un ponton léger). En re­vanche le pressiomètre risque d'être moins précis, puisqu'il faudra employer le tube lanterné.

- Problèmes particuliers

Injections : Etude aranulométrique pour savoir si le milieu est injectable et essais Luqeon pour déterminer la fissuration (roche) et donc l'importance des pertes de coulis.

Havane : Détermination de 1'homoaénéité en plan du terrain pour assurer la descente d'aplomb, détermination du frottement et donc du lestaae à prévoir. Il • era bon d'encadrer le site par des sondages carottés.

b - Implantation pratique des sondages de reconnaissance spécifique (éventuellement)

Rappelons que la reconnaissance Générale du tracé, le cas échéant, comporte un sondane profond remanié par ouvraoe, qui aura souvent été pour­suivi sur 2 mètres environ dans le rocher franc (sur recommandation du géo­logue, surtout lorsque l'on craindra des altérations ou des blocs erratiques)

Le pronramme de la reconnaissance spécifique dépend donc d'une part de la nature du problème à résoudre et d'autre part de la catégorie de l'ouvrage : ouvraqe isolé, ouvrage d'une série, grand ouvrage. Vu la variété des cas nous ne pouvons que donner pour ces trois cas des exemples de distribution des sondaqes en place et des sondages pour essais de labo­ratoire .

Les schémas présentés se résument Grossièrement de la façon suivante :

- ouvraqe isolé.(voir fig. 1 page 6) Un sondage carotté par appui, dans l'axe de 1'ouvrage. un ou,plusieurs essais en place par appui, si possible disposés en quinconce.

- ouvrage d'une série, sur le tracé, (voir fig. 2 page 7) Un sondage avec prélèvement d'échantillons remaniés tous les deux appuis (en particulier sous les appuis extrêmes qui posent souvent le plus de problèmes, que le tracé soit en remblai ou en déblai). Suivant la complexité du problème, soit un essai en place sous les autres appuis, soit un ou plusieurs essais en place sous chaque appui, effectués en quinconce; on donnera le plus souvent la priorité aux essais pressio-métriques, et lorsque l'on fera beaucoup d'essais, on alternera avec des essais pénétrométriques.

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- 10 -

- arand ouvrage, (voir fig. 3 page 8) Un sondage carotté par appui, dans l'axe de l'ouvrage principal. Dans certains cas, certains de ces sondaoes pourront être poussés à de orandes profondeurs pour préciser la néologie. Un ou plusieurs essais en place par appui de l'ouvrage principal et des ouvrages d'accès éventuels, disposés en Quinconce ; Alterner sondaoes oressiométriques et pénétrométriques, insister sur les culées et les appuis des nrandes travées. Un sondaqe carotté tous les de.;x appuis des ouvranes d'accès éventuels, en insistant sur les zones de transition.

3.2.3 - PRESENTATION DES RESULTATS DE S O N D A G E S

On rappelle que les éléments de situation de sondane à fourni^-par le f'aître d'Oeuvre sont les suivants (cf. fascicule 2 Reconnaissance- :

- Référence de sondaoes antérieurs effectués à proximité.

- Sianaler la présence de conduites, cavités, remblais anciens, fondations anciennes, etc....

- Préciser les repères d'altitude et en plan choisis.

Le sondage donne lieu à l'établissement des documents suivants ; (leur fourniture doit être demandée d'une manière précise dans le CPS des travaux de sondage).

.1. - Cahier de chantier (Chef sondeur)

Ce document qui retrace l'histoire du sondaqe doit être rempli par le Chef sondeur et tenu en permanence à la disposition du représentant du Maître d'Oeuvre. On y consinne toutes les observations faites en cours de sondage.

- Vitesse d'avancement. Cet élément permet d'apprécier les chanqements de compacitédes couches et de situer orossièrement l'interface des couches

- Incidents. (Carottiers laissés au fond, rupture d'outil, éboulements). Ces éléments sont primordiaux pour le règlement.

- Pertes ou venues d'eau et niveaux où elles sont apparues (cavités nappes en charne).

- Instrumentation, chaunements d'outils.

- Résultats d'essais (éventuellement). SPT,essais d'eau Luqeon.

.2. - Feuille de sondage

Il s'aoit du document de synthèse qui doit être remis au ^^aitre d'Oeuvre. Il doit être établi par l'Innénieur qui aura suivi les opérations de sondaoes et devra comporter toutes les indications suivantes :

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- 11 -

- Identité de l'Entreprise de sondane.

- Désinflation du chantier.

- Nom et qualité du chet sondeur.

- Numéro du foraoe repéré sur le plan de situation.

- Date de début et de fin de foraoe. >

- Méthodes de foraoe.

- Diamètres des trous.

- Protection du foraqe (tubaqes, diamètre, mode de fonçaqe"

- Type de 1'échanti Honneur (carottier) et dispositif c'en-foncement.

- Niveaux de prélèvement.

- Pourcentane de carottaoe.

- Coupe du foraqe et identification rapide des couches traversées cf. chapitre 3.3.

- Niveau de l'eau îen fin de forane et à 24 heures).

Identi fication du chantier.

Apparei11ane.

LOupe proprement dite.

. ô. Fiche de carottaae

Ce sont les indications qui doivent suivre les carottes pour faciliter leur repéraae lors des essais de laboratoire :

- Lonnueur d'enfoncement du carottier. Car si elle est supérieure à la lonoueur de la carotte extraite, celle-ci sera comprimée.

- Lonqueur de la carotte extraite.

- Lonnueur de la carotte conservée.

- Orientation et cotes des tête et pied de la carotte

- Type et caractéristiques du carottier.

- Vitesse et effort de fonçaqe (éventuellement).

3.2.4 - LES MATERIELS

Les méthodes de sondaae et les matériels de sondane sont étroite­ment liés.

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TARIÈRES A MAIN

. 12 .

Poids de l'outil : 2 kg avec tourne à gauche : 3 kg de chaque rallonge : 3 kg

Nombre de servants : 2 à sec, 3 avec bentonite.

Accidents possibles : rupture de filetage (util iser des manchons coulissants à écrous).

Type Hélix Type Iwan Type à mèche à mèche vissante

Diamètres usuels D (mm)

Longueur tarière L (cm)

Capacité en litres

Hélix

50 - 100 -

20 - 30 -

0.5 - 1

200

40

2

Iwan

76 - 101 - 152

30

0 , 8 - 1 - 1 , 5

203

2

A mèche

50 - 60 - 90

40

0 , 5 - 0 . 8 - 1

A mèche vissante

50 - 60 - 90

40

0,5 - 0.8 - 1

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UTILISATION

• Seulement en terrains meubles cohérents.

• On peut tenter de briser à la barre à mine les gros éléments qui entravent la progression de l'outil.

• Inopérant en terrain boulant ou noyé pour rame­ner des échantillons.

• Peut traverser les formations (sables, vases), avec injection de bentonite jusqu'à 15 m, ne donne alors que la cote de l'obstacle sur lequel s'ar­rête sa progression.

• Ne fournit que des échantillons remaniés. 100 1 Î 5 150

Page 75: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 13

1. - Sondane nanuel

S'effectue à la tar-'crt; â. '^.air et permet de reconnaître les couches dures à travers des formations meubles + cohérentes de oranulo-métrie réduite (pas trop de pros éléments en oénéral).

L'outil est une cuillère de 44 à 100 mm de diamètre montée à l'extrémité de tubes allonne de 1 m de lonnueur.

Avec injection de bentonite, il est possible de descendre sans remontée des fines vers 20 - 25 m (c'est un maximum oui déoend de la compacité).

2. - Sondane à la pelle mécanique

Cette méthode, quand il n'y a pas de nappe est précieuse car elle permet de descendre dans des sols compacts vers 5 ou 5 m , de procéder à des prélèvements et ainsi de voir le sol en place (Rochers fracturés, bancs de qrès etc.j. C'est pratiquement le seul type de reconnaissance possible dans les gros éboulis.

.3. - Sondaoes mécaniaues

C'est la méthode la plus utilisée et qui donne le plus d'infor­mations.

a - Principe du sondeoe

Exécute;- un sondane, c'est réaliser un trou dans le sol à l'aide d'un outil d'attscue fixé à 1'extré'- i té d'un train de tiaes ou tubes a^in de ramener à la surface des échantilions des terrains traversés (soit remaniés soit in-t2cts).

L'outil peut détruire le matériau ou le découper et permettre de remonter un échantillon appelé ca'^otte.

Les nar:"-'s du forane sont maintenues en nénéral par tubaoe quand les t-' rrains tr-a^ersés l'imposent.

b - Les sondeuses

b, - Les machines à percussion

Elles sont constituées en oénéral d'un treuil de battage comprenant :

un chevalement tripode (8 à 10 m de hauteur)

un moteur assurant la remontée de l'outil.Le plus souvent, il s'aqit de battre un tube provisoire de faible diamètre (60 à 150 mm) à 1'aide d'un mouton (30 à 100 kn ); i'extrémité des tubes est munie d'une trousse coupante.

La descente du tube est facilitée par :

. havagc (boue sous pression ou curettes ou soupapes au-dessous de 90 mm).

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I .H

SONDEUSE ROTATIVE LOURDE

Poids de la sondeuse : 1 000 kg à 1 500 kg.

Poids de la pompe : 500 kg a 1 000 kg.

Poids du matériel : 1 500 kg à 2 000 kg.

Charge utile : minimum de véhi­cule : 3,5 t à 5 t.

Poids à vide du véhicule tous terrains porteur : 5,5 t à 7 t.

Poids total : 9 t à 12 t.

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OUTILLAGE UTILISE

SONDEUSE

Puissance du moteur : ce 20 CV à 3 000 tr./mn à 50 CV à 1 800 tr./mn.

Vitesse de rotation : de 70 à 1 500 tr./mn suivant rapport de démultiplication et couple de pignons.

Force du système d'avance en traction ou poussée de 4 à 10 t.

Course de la broche : de 0,50 m à 1,70 m.

Force du treuil : de 2 à 5 t.

Capaci té : de 300 à 500 mètres en diamètre 42 mm, de 50 à 75 mètres en diamètre 146 mm.

Désignation

Hélicoides continues pleines

Heiicoides continues creuses

Carcttier rotatif simple

Carottier rotatif double à pivot

Carottier à hélice

Fiche d'outil

4

6

5

RENDEMENT

Temps de mise en place : 1 à 2 heures.

Vitesse de forage : de 1 à 6 m/h suivant les outils et la nature du terrain.

POMPE

Puissance du moteur tr . /mn.

de 9 CV à 15 CV à 3 000

Pression de refoulement : de 20 à 35 kg/cm^

Débit : environ 100 l/mn.

UTILISATION

Reconnaissance des terrains en dessous de la pro­fondeur d'investigation des tarières mécaniques lourdes.

Carottage intact dans les sols meubles et cohérents.

Carottage dans les roches de toutes natures.

Exécution de forage pour mise en place d'appareil de mesure in-situ.

Exécution de forage pour étude des variations de niveau de la nappe phréatique.

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- 15 -

• rotazioK souvent manuel 1e(sauf système Benoto-Foncex). L'arrachage des tubes s'effectue par vérins, contre-battaqe, traction. Le puissance des moteurs atteint 20 à 39 CV.

En vartioulier le rnouton batteio' automsteur (type Delmaq H^) n permet d'une part la dètennination de la cott uu rocher et d'autre part donne, arâce à la courbe de battaqe,des indications utiles sur la ré­sistance des couches traversées, (cf. chapitre 3.5)-

bp - Les machines à rotation

1) Sondeuses à Rotation

La rotation est transmise de -la machine à l'outil par des tiaes creuses rinides.

Elles servent aussi à transmettre les charges sur l'outil et à conduire le fluide de refroidissement et de lubrification de l'outil jusqu'à ce dernier, (eau claire ou boue bentonitique). Les vitesses d'avancement et de rotation doivent être en relation. Cette relation peut être sensitive (sondeur) ou mécanique (vis différentielles).

Pour recueillir un échantillon de la roche ou de la couche dure, on utilise derrière l'outil qui est alors une couronne, un tube carottier ayant un diamètre lénèrement inférieur à celui de la couronne.

Le cylindre ainsi découpé vient se loger dans le tube carottier qu'il faut remonter à la surface.

L'emploi d'un tube à sédiments au-dessus du tube carottier permet de recueillir le terrain traversé,par sédimentation des déblais remontés par le fluide de foraae.

2) Tarières à mèche simple

Une barre de 6 à 13 m de lonqueur courante (section carrée) entraînée par un moteur puissant (80 à 140 CV) porte une mècne à une ou deux spires dont le diamètre varie de 40 or, à 1 m. La souplesse de manoeu­vre de la barre permet une détermination assez précise de la nature et de la situation des couches remontées. La mèche permet de remonter du matériau remanié ; sans rallonoe ou peut atteindre 13 m de profondeur en 1 heure envi ron.

Ces machines servent surtout pour la reconnaissance des tracés d'autoroutes.

3) Tar iè res h é l i c o ï d a l e s cont inues

Ce sont des vis d'Archimède de 10 à 25 cm de diamètre munies à la base d'un outil à dents de carbure pour les sols compacts. Un moteur de 20 à 80 CV entraîne à faible vitesse ( •<: 80 t/mn), par cardan ou broche, la vis et 1'outi1.

Le repérane du niveau des couches est assez délicat et les échantillons prélevés sont remaniés. L'avance est très rapide {20 à 30 m à l'heure) dans des matériaux meubles.

Ces tarières peuvent être pleines pour effectuer le forage ou creuses lorsqu'il s'agit de perturber une certaine hauteur de sol avant d'effectuer le carottage des sols sous-jacents.

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-16 .

MÈCHE HÉLICOÏDALE C O N T I N U E A AME PLEINE

Longueurs courantes : 0,90 m, 1,20 m, 1,50 m.

Entrainement

Tarière mécanique lourde.

Sondeuse rotative lourde.

Rendement : bon (6 à 8 m/h) lorsque le terrain, assez meuble, est exempt de blocs qui peuvent provoquer un « vissage • des mèches empêchant leur remontée rapide.

Qualité de l'échantillon : très remanié et souvent broyé Les différentes couches peuvent se mélanger.

Précision de la cote d'échantillonnage : 0.50 m, diminue avec la profondeur.

Longévité en mètre foré :

des mèches ; 500,

du trépan : 30 à 50.

DIMENSIONS COURANTES

•Ôi E

5

Du trou (trépan) mm

de la mèche mm

Pas de l'hélice en mm

Dimension sur plat de l'hexagone d'ac­couplement

O J£ 0.

Du mètre de mèche

Du trépan

60.3

60

51

20,5

5

0.35

89

82,5

76

28.5

7

0,7

114,5

101.5

76

28.5

9

1.4

178

152,5

127

41

13

2

228,5

200

178

41

17

2,25

254

225,5

203

41

19

2,75

UTILISATIONS PRINCIPALES • Avant-trou pour tubage.

• Avant-trou pour carottier à hélice.

• Sondages d'interpolation.

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- 17 -

4) Sondeuses lénères

Elles sont utilisées pour la reconnaissance du rocher et en Général tenues à la main. Elles sont constituées d'un moteur essence de 3 à 5 CV entraînant en rotation des tines creuses munies d'un outil plein à prismes de métal dur. Ces sondeuses permettent d'atteindre 15 à 20 m. Ce sont des appareils pratiques mais fraoiles et peu précis quant à la reconnaissance des couches traversées.

b., - Procédés spéciaux

Le vibrofonçaoe et la vibropercussion sont encore peu utilisés en France. Leur avantaae consiste en la rapidité de fonçaqe et d'extraction du système tube-carottier dans les sols cohérents et pulvérulents (en 63 mm de ^ on atteint 25 m dans des couches de qrave ^vec une éneroie relative­ment faible 25 CV).

Le turbo-foraoe est réservé aux foraqes de aros diamètre. Le principe est le suivant : une turbine hydraulique suspendue à un câble entraîne di rectement l'outil de forage.

c - Les outil s_d_|attagye_des_terrôiDS

c, - Pénétration par destruction des matériaux rencontrés

1) Outils à percussion (trépan de battage)

L'outil se compose de deux pièces : l'outil proprement dit ou trépan, la masse-tioe apportant un poids supplémentaire au trépan.

Les trépans sont des pièces massives d'acier forné à section en forme de I ou en croix. Leur poids varie de 30 à 700 kn . On laisse donc tomber l'outil au fond du forane, le roche est brisée en petits éclats, remontés ensuite par circulation d'eau ou à l'aide d'une curette (soupape).

2) Outils à rotation

Nous n'aborderons ici que les outils pleins, les couronnes diamantées ou au carbure étant étudiées plus loin.

Trépans d . ù'rit;s

Ils comportent deux ou trois lames en acier forcé ou coulé. Le plus utilisé est le trépan à 2 lames (fishtail).

Trépuns à .'ônes o;. "::.'let:es dentées

L'outil repose sur le fond du trou par 2, 3 ou 4 molettes deiiL^^. qui désagrègent le terrain par rotation (les molettes roulent et broient le terrain).

- A 2 molettes - c'est le bicône utilisé en 0 60 mm pour le forage pressio-métrique

- A 3 molettes à 120^, c'est le tricône ou rock-bit

- A 4 molettes, c'est le roller-bit.

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- 1 8 .

CAROTTIER ROTATIF SIMPLE

Entramement : sondeuse rotative légère, sondeuse rotative lource.

Rendement : moyen (2 3 6 m/h). Très variable sui­vant les machines, la nature des terrains et les dimensions.

Qualité de réchanti l lon : bons échantillons dans les roches franches et saines. Dans les autres cas, l'action de la circulation peut éliminer toute prise d'échanti l lon.

Précision de la cote d'échantillonnage : 0,05 m.

Longévité en mètre foré : tète : 1 000 m, tube : 500 m, porte-couronne : 200 m.

DIMENSIONS COURANTES

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-1- 0,15

2,5

10,5

3

13,5

Légère

AX

47,4

30,1

+ 0,15

3

12

4

18

BX

59,2

42

->- 0,20

4,8

16,3

6.8

28

NX

74,8

54,7

0,5

+ 0,20

7,8

22,2

14

42

75

76

54

1,5, 2, :

~ 0,20

10,8

31,8

14

52

Lourde

85

86

62

100

101

75

et 6 mètres

+ 0,20

13

38.2

17

63.5

+ 0,25

16,3

42.6

22

77.5

115

116

90

+ 0,25

21

52

30

105

130

131

105

-1- 0,30

25

60

37

130

145

146

1

120

+ 0,30

30

70

45

160

UTILISATIONS PRINCIPALES

Exécution d'avant-trous.

Exécution de trous pour mise en place d'appareil de mesure in-situ.

Carottage de roches dures et non fissurées.

Page 81: Fond 72 Fascicule 2 3 4

19

Vitesses de ro ta t ion : t e r ra in tendre : 40 à 53 t/mn

te r ra i n dur : 80 à 150 t/mn.

Charges totales sur l ' o u t i l : de 500 • ko à 25 t .

Vitesses d'avancement en m/heure

Matériaux Trépan à molettes Couronne diamant

Sable, qravier, schiste 5 à 12 Formations g lac ia i res 1,5 à 2,5 Grès tendre 5 à 12 Grès dur 1 à 1,5'. 1,8 à 2,5 Roanons silex 0,3 à 1 . Calcaire 1,5 à 2,5 1,8 à 2,5 Dolomie 1 à 2 Basalte 1 à 2 Granit 0,6 à 1,2

Cp - Prélèvement d'échantillons intacts

1) Généralités sur les carottiers et les outils de prélèvement

Le carottier est composé d'un tube simple ou double portant l'outil d'attaque. Il est destiné à recevoir le cylindre de terrain découpé par l'outil et doit permettre de le ramener à la surface dans l'état où il a été prélevé. Les échantil Ions ainsi extraits du sol sont ensuite soumis aux essais classiques de mécanique des sols permettant d'effectuer les calculs de stabilité. Ces appareils peuvent devenir assez complexes, à double ou même tri pie enveloppe. Une tête assure la jonction avec le train de tiqes et permet l'injection du liquide de circulation.

Leur diamètre intérieur varie de 28 à 120 mm en carottier simple (extérieur 36 à 146 mm).

Les séries dimensionnelles courantes sont :

- série DCDMA - BX - AX - BX - NX

- série suédoise : 36 46 56 66 76 86 101 116 131 146 mm.

Les longueurs courantes sont de 0,50 - 1,50 - 2 - 3 m.

Les carottiers peuvent être foncés oar battaqe, pression ou rotation, suivant leur type.

2) Carottage en roche dure

Le carottage peut être réalisé en percussion ou en rotation, En continu ou en discontinu.

I

Page 82: Fond 72 Fascicule 2 3 4

. 2 0 .

COURONNE A PASTILLES DE CARBURE DE TUNGSTÈNE

Entrainement :

carottier rotatif simple,

carottier rotatif double à pivot.

F^endement : avance moyenne 3 à 5 m/h dans des terrains de dureté moyenne ou en rocher tendre (craie, tuffeau, etc.).

Longévité en mètre foré : 150 mètres. Avec plu­sieurs réaffûtages.

DIMENSIONS COURANTES

Calibre

Diamètre extérieur mm

Diamètre intérieur mm

Poids kg

Nombre de prismes

E

37,1

21.4

0,26

8 de 5 mm

A

47.4

30.1

0,35

8 de 6 mm

B

59.2

42

0,55

10 de 6 mm

N

74.8

54.7

0.75

8 de 7,5 mm

75 j

76

54

0.8

12 de 6 mm

85

86

62

1.1

12 de 7,5 mm

100

101

75

1.5

14 de 7,5 mm

105

116

90

1.75

16 de 7.5 mm

130

131

105

2.1

18 de 7,5 mm

145

146

120

2.25

20 de 7,5 mm

UTILISATIONS PRINCIPALES

Carottage en roches tendres où les diamants sont inefficaces par suite de leur gommage.

I

Page 83: Fond 72 Fascicule 2 3 4

21

Nous n'examinerons que le carottaae en rotation qui fournit seul des carottes intactes, sans les briser (stratifications) et donne les meilleurs pourcentaqes de carottaqe (on appelle pourcentage de carottaae

le Tdpport : 100 TJ

L étant la longueur de la carotte recueillie H la pénétration de 1'échantillonneur pour la prise de cette carotte.

Le pourcentaae de carottage est une valeur très intéressante permettant de juaer de la qualité de la roche, pour un carottier donné (et un opérateur donné).

L'outil d' attaque est une couronne qui use le terrain en présence d'eau ou de boue et l'on distingue trois catégories :

Couronnes à grenaille (grains d'acier de quelques mm de 0)

C'est un tube d'acier à base plane munie d'une encoche par la­quelle passe l'eau. La orenaille est introduite par les tiges du forage, se loge sous l'outil et use la roche.

C'est un procédé de fortune à proscrire.

Couronnes au carbure de tungstène (couronnes à prismes)

La couronne est taillée en dents de scie dont les pointes se terminent par des prismes de carbure. Ces dents attaquent le sol comme des outils de tour (angles de 8 à 15°). Ces couronnes conviennent en roche peu abrasive.

Couronnes diamantées

Ce sont les outils les meilleurs en roche dure et homogène .(et aussi les plus chers ).

On distinnue :

- Les couronnes à pierres : les diamants sont incrustés dans le métal. Leur poids est donné en carats (1 carat = 0,2 q). Les couronnes sont minces, épaisses, à profil droit ou arrondi.

- Les couronnes à imprégnation : composées d'un mélange de métal et de petits diamants dispersés (40 % en volume de l'alliaae). La vitesse d'avancement maximum est obtenue vers 750 à 1000 t/mn (polissage des diamants).

Pour obtenir de bons résultats, il faut éviter les vibrations de l'outil qui engendrent des chocs et la destruction rapide de l'outil.

Une couronne diamantée en roche dure à gros grains (grès) peut permettre de sortir 5 à 10 m de carotte.

Page 84: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 22 -

3) Prélèvement d'échantillons intacts dans les formations meubles

. Caractéristiques générales des carottiers pour formations usuelles

Dans les formations meubles et surtout compressibles (argiles, vases), il faut éviter le remaniement de l'échantillon. Des dispositifs spéciaux ont été étudiés et ce problème a donné lieu à l'éclosion d'une quantité importante de carottiers. On serait tenté de dire que chaque Entreprise ou Bureau d'étude des sols a "ses carottiers".

Au cours d'un carottage, il faut :

- obtenirla carotte (ce n'est pas toujours facile !)

- la protéger

- la remonter à la surface.

Les matériaux sont destinés à des essais de mécanique des sols, il faut par conséquent adopter un carottier qui fournisse des carottes utilisables.

D'une part, leurs dimensions doivent permettre la taille des éprouvettes (0 int. 80 à 100 mm).

D'autre part, le matériau doit avoir conservé les caractéristiques mécaniques qu'il avait en place.

Pour arriver à de bons résultats, les caractéristiques du carottier doivent satisfaire à certaines nonnes.

On appelle :

- coe f f i c i en t d'entrée Ce Di - d

—a~ coe f f i c i en t de fonçage Cf = De - Dt

Dt De - d'

2 - coe f f i c ien t de paroi Cp

HVORSLEV recommande :

Cp max. = 0,10 à 0,15

Ce optimum : de 0,5 à 1,5 %.

Le type de c a r o t t i e r do i t être choisi en fonct ion de la nature du matériau à caro t ter ce qui implique d 'avoi r effectué un sondage préala­ble de reconnaissance dans la couche considérée.

. Carot t iers pour sols pulvérulents

Le carot taae, ou plus exactement le prélèvement d 'échant i l lons sableux, est part icul ièrement d é l i c a t . La d i f f i c u l t é apparaît lors de la remontée, le ca ro t t i e r se vidant très faci lement. On a imaginé d i f fé ren ts systèmes pour maintenir l ' é c h a n t i l l o n dans le ca ro t t i e r :

i n jec t i on d ' a i r comprimé à la base

Page 85: Fond 72 Fascicule 2 3 4

23

- connélation du sol

- in jec t ion de nel de s i l i c e ou de bitume.

. Prélèvement de sols cohérents

Les meil leurs sont les caro t t ie rs à paroi mince mis en oeuvre par battaae ou pénétration au vé r in . Un arand nombre de modèles sont répandus sur le marché, l ' o b j e c t i f pr inc ipa l étant l 'ob tent ion d'un échan­t i l l o n in tac t emballé directement lors du prélèvement et prêt pour l 'expé­d i t i on au Laboratoire.

"Nous ne citerons que les principaux.

- Carot t ier d i t "à mince paro i "

0 50 à 75 mm L 0,50 à 1 m.

Convient pour les sols mous à éléments f i n s . C'est un cyl indre métall ique muni d'une b i l l e jouant le rôle de clapet pour créer une légère dépression au-dessus de la carotte si ce l l e - c i vient à g l i sser (ou à s 'a f ­fa isser léoèrement). La par t ie cy l indr ique contenant la carot te est dévissée et expédiée au Laboratoire après obturat ion des extrémités. La d i f f i c u l t é réside dans l ' ex t rac t i on de la carot te au Laboratoire.

- Carottier LBTP

Diamètre extérieur 112 mm.

Constitué d'un tube métallique portant une trousse coupante. Un tube intérieur, divisé en 2 demi-coqui1 les reçoit une enveloppe en matière plastique. Un piston muni d'un clapet bloque les coquilles métal­liques sur la trousse coupante. Le fond du trou étant nettoyé, le carottier est enfoncé dans la couche à échantillonner, puis remonté. La trousse cou­pante est dévissée. A l'aide du piston, on pousse les coquilles d'acier qui se séparent ensuite et libèrent le container plastique et sa carotte.

- Carottier à tube fendu (U.S.A.)

Deux demi-coquilles d'acier solidarisées par la tète du carottier et la trousse coupante reçoivent un container en métal ou matière plastique.

- Carottier à piston stationnaire

fMs au point par OSTEPBERR. Le carottier est constitué d'un tube d'acier, renfermant un container en matière plastique, terminé par une trousse coupante (vissée). Un piston à extrémité conique peut coulisser dans le container.

Le carottier est foncé, le piston étant en position basse, obturant l'extrémité du tube. Le tube carottier est enfoncé, ensuite, le piston demeurant immobile. Le sol est découpé, le container se remplit, le tube vient en butée sur le piston (demeuré fixe). L'ensemble est remonté en tirant sur le tube et le piston, solidarisés en fin de prélèvement. Le carottier est ouvert et la carotte prête à être expédiée dans son emballage en matière plastique.

Page 86: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 24

Nous mentionnerons simplement les carottiers de Mohr (6 clapets de Died), de Kjellman (emballaqe des carottes dans du feuillard se dérou­lant pendnnt le prélèvement), de Parez (carottier "à chaussette"), etc

- Carottier'à hélice (Ponts et Chaussées)

Tube carottier ;pourvu d'une "hélice" sur la paroi externe, enfonce en rotation, le carottier se vissant dans le sol. Il est à double enveloppe, l'enveloppe interne recevant l'échantillon, ne tournant pas pendant l'en­foncement.

3.2.5 - ANNEXE CPS DE SONDAGE (pour mémoire)

Page 87: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

CHAPITRE 3.3

Identification et classification des sols

m» ÎETRAl

LCPC

Page 88: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Page laissée blanche intentionnellement

Page 89: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3.3 - IDE^^^FJCAT10N ET CLASSIFICATION DES SOLS

3.3.1. - INTRODUCTION

3.3.2. - LES ESSAIS D'IDENTriFICATION

,1. - Granulométiie 2. - Forme des grains 3. - Coefficient d'uniformité «t coefTicient de courbure 4. - "Teneur en eau luturelle 5. - Limites d'Atterberg 6. - Indice de consisuiKe 7. - Equrvaleni de sable

_^8. - Teneur en matières organiques .9, - Teneur en carbonates 10. - Essai de sédunentatibn simpUné 11. - Retrait 12. - Sensibilité aux secousses 13. - Consistance au voisinage de la limite de ptasticilé 14. - Aspect de la surtace au pétrissage

15. - Résistance à l'eut sec 16. - Résistance au pénétrométre de poche 17. - Couleur 18. - Odeur 19. - Densité humide et densité sèche 20. - Sirucrure de l'échantillon

3,3.3. - CLASSII ICATION L.P.C.

.1. - Symboles

.2. - Détermination des caracténsuques fondamentales

.3. - OasuTtcation du sol

3.3.4. CONCLUSION 12

Page 90: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Page laissée blanche intentionnellement

Page 91: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3.3

IDENTIFICATION ET CLASSIFICATION DES SOLS

3.3.1 - INTRODUCTION

Le but de la reconnaissance (reconnaissance aénérale sur tout) est notamment l 'établ issement de coupes indiquant les d i f férentes catéqo-r ies de_terrain rencontrées.Il est nécessaire,pour ce fa i re ,de sonder ce te r ra in ( vo i r chapitre 3.2) et d 'é tud ier les échant i l lons ainsi remon­tés.

Nous nous attachons i c i à donner quelques indicat ions sur les essais d ' i d e n t i f i c a t i o n , les classements de sol qui s'en déduisent et les conclusions que l 'on peut en t i r e r .

3.3.2 - LES ESSAIS D' IDENTIFICATION

Signalons q u ' i l ex iste des modes opératoires du L.C.P.C pour certains essais. Af in d'en avoir une descr ipt ion sommaire on pourra se référer aux "Pecomandations pour la reconnaissance qéoloqique et gëo-technique des Tracés d'Autoroutes" (L.C.P.C.) que nous reproduisons part ie l lement i c i .

La c l ass i f i ca t i on des sols en catégories s'appuie sur les essais et caractér is t iques suivantes :

1. - Granulométrie

Nous rappelons ci-dessous la c l ass i f i ca t i on qranulométrique des sols f igurant dans la Nomenclature Routière.

0 à 0,002 mm arg i le 0,002 à 0,02 m) limon 0,02 à 2 mm sable ( f i n et aros) 2 à 20 mm gravier 20 à 200 mm cailloux

Forme des qrains

- Forme ronde à bords arrondis, anquleux en éclats, en plaques, en aiguilles.

Page 92: Fond 72 Fascicule 2 3 4

•»*»0 I» 40 TC

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2_ f r« f r * « « pr»»r« i»ai fraowva C w ' ^ O ^c • 0,21 1 . C i gravt - t iM«n«w»t

4 - & A 9r«*« af9<Uu»a

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Exemples de courbes granulométriques

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C.> 7,1 C, • l ,U

C , . l c . . \ M

Page 93: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 3 -

,3. - Coeff ic ient d 'un i formi té et coe f f i c ien t de courbure

Ces deux coef f ic ients sont déterminés à p a r t i r de la courbe çjranulométrique. On appelle :

- coe f f i c ien t d 'uni formi té ou de Hazen :

r ^Jl

I l existe plusieurs coef f ic ients possibles pour caractér iser l ' un i fo rm i té d'un matériau. Dans la Nomenclature Routière du Ministère

des Travaux Publ ics, c 'est le rapport -jr— qui est retenu. Le c o e f f i -15 D 60 cient -K— a été choisi i c i parce q u ' i l i n te rv ien t dans le système de

c l ass i f i ca t i on adopté.

- coe f f i c ien t de courbure :

C - ' °30)^

où.D,Q, D^^ et D,Q représentent respectivement les diamètres des éléments

correspondant à 10 «, 30 « et 50 5? de tamisât cumulé.

.4. - Teneur "i eau naturelle

Il est indispensable de mesurer les teneurs on eau des sols en place ; la connaissance de la teneur en eau d'un sol permet de prévoir son comportement sous des sollicitations, (voir chapitre 3.1)

.5. - Limites d'Atterberq

en eau. Caractérisent les différents états d'un sol fin suivant sa teneur

état liquide | état plastique | état solide

\' A Ip.

W. est la l im i t e de l i q u i d i t é

W est la l im i t e de p l a s t i c i t é

Ip est l ' i n d i c e de p l a s t i c i t é

Ip - W, - W L p

Page 94: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 4

.6. - Indice de consistance

Il est défini comme suit W. W

^c = naturel

Ip.

on obtient

W

I c

Oi o c: fO

-> irt . f —

i / i

c o

o

(U - D • f —

3 CT

• — J

"L

0

O) f —

r— O E to

/<U s_ (—

1 0 .25

0) r— t —

O

z:

1 0 ,50

*

ta 4-> tn

" r -10 C o o

• r—

-^

1 0 .75

4->

c la

4-> i / i

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c o (_>

w p

1 1

4->

4-> 0 1

• f —

C/)

c O u lO

/o; S-

t—

.7. - Equivalent de sable

,8. - Teneur en matières organiques

9. - Teneur en carbonates

10. - Essai de sédimentation simplifié

n permet d'apprécier rapidement la composition granulométr^'q (qualitativement)d'un échantillon de sol fin cohérent .

.11. - Retrait

Plus un échantillon de sol est plastique et humide, plus le retrait sera important.

12. - Sensibilité aux secousses

Pour déterminer cette caractéristique, on ajoute de l'eau à un petit échantillon jusqu'à ce que le sol soit presque saturé. On pla: l'échantillon dans le creux de la main, on le roule en boule de 4 cm dfi diamètre et on l'agite horizontalement. L'agitation fait apparaître plu

Page 95: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 5 -

ou moins rapidement l'eau à la surface de l'échantillon qui devient brillante. Cet aspect brillant disparaît lorsque l'échantillon est légè­rement serré entre le pouce et l'index. Les sols peuvent être classés de la façon suivante :

. surface rapidement brillante : sable fin ;

. surface lentement brillante : limon ;

. surface restant mate : argile.

.13. - Consistance au voisinage de la limite de plasticité

Un échantillon est pétri, puis roulé entre les paumes des mains ou sur une surface poreuse pour lui donner la forme d'un cylindre de 3 mm de diamètre. Cette opération qui élimine peu à peu l'eau doit être répétée jusqu'à ce que le cylindre s'émiette. A cet état, on estime la consistance par écrasement de l'échantillon entre les doiqts. Plus la consistance est grande, plus la teneur en argile est élevée.

.14. - Aspect de la surface au pétrissage

Cet autre aspect des caractéristiques plastiques d'un sol cohérent sera relevé au moment de l'appréciation de la consistance au voisinaae de la limite de plasticité (paragraphe ci-dessus). Si, au cours du pétrissaae entre les doiats, le sol garde un aspect mat tout en laissant dans la main un dépôt mat qui sèche rapidement, on se trouve en présence d'un sol limo­neux. Les argiles, par contre, présentent un aspect brillant et laissent également sur les doigts un dépôt lisse et brillant qui sera assez difficile à laver. On retrouvera les mêmes différences d'aspect entre limons et argiles, en découpant un échantillon à l'aide d'une lame de couteau.

Une autre indication peut encore être obtenue en écrasant entre les doigts un échantillon humide roulé en boule. Cette dernière s'ouvre dans le cas des limons et aarde une surface fermée dans le cas des argiles.

.15. - Résistance à l'état sec

Un échantillon est complètement séché (sur bain de sable par exemple), puis sa résistance l'état sec est déterminée en l'écrasant ou en l'émiettant entre les doigts. La résistance à l'état sec des argiles est grande, celle des limons faible, celle des s'ables fins limoneux quasi­ment nulle, ces derniers se distinguent par ailleurs des limons par la présence de grains isolés perceptibles au toucher.

.16. - Résistance au pénétromètre de poche

Cette indicatior^ sera utilement relevée chaque fois que 1 pourra disposer d'un échantillon non remanié. Le résultat de la résistance au poinçonnement sera la moyenne d'au moins trois essais distants les uns des autres d'au moins 5 cm. Les pénétromètres sont généralement gradués pour donner directement la résistance à la compression simple R .

'on

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6 -

.17. - Couleur

La coulei>r d'un échantillon facilite le reoroupement des sols et peut fournir des indications sur les propriétés de l'échantillon. Une couleur brun sombre à noir indique souvent la présence de matières organi­ques qui pourra être confirmée en chauffant l'échantillon dont la couleur vire au "clair" si des matières organiques ont été brûlées.

Les couleurs claires (blanc, jaune, rouae, vert, etc.) sont par contre caractéristiques de sols non organiques.

Il faut une grande habitude pour utiliser ce critère.

.18. - Odeur

N'est vraiment caractéristique que des sols organiques.

.19. - Densité humide et densité sèche

Ces valeurs pourront être déterminées par des méthodes classiques si l'on dispose d'échantillons intacts. Elles donneront d'utiles indication sur la résistance du sol. Les termes suivants pourront être employés pour désianer 1'état du sol :

- lâche : K , < ! 1,6 q/cm3 ;

- dense : 1,6 < )(j<r 1,80 ;

- très dense : 1,8 "<.•,.

.20. - Structure de l'échantillon

La structure ou stratification du sol joue fréquemment un rôle important dans les caractéristiques de résistance (en particulier pour le cisaillement).

Il faut donc indiquer, s'il y a lieu, dans le cas des sols cohérents, la présence de "surfaces de glissement" qui ont un aspect briV lant dans les sols très argileux.

La structure fibreuse d'un sol très organique est particulière­ment apparente.

3.3.3 - CLASSIFICATION L.P.C.

Cette classification retient 15 types fondamentaux de sols te­nant compte de certaines propriétés géotechniques. Elle est assez sommaire et exige une description complémentaire pour faire ressortir certaines particularités et permettre de différencier un sol parmi d'autres dans un groupe désigné par un même nom et un même symbole.

Page 97: Fond 72 Fascicule 2 3 4

7 -

. 1 . - Les symboles u t i l i s é s sont les suivants :

a - Eléments de sol

G = nrave, le gravier est la f rac t ion pr inc ipa le

S = sable, le sable est la f rac t ion pr inc ipa le

L = l imon, le limon est la f rac t ion pr inc ipa le ou secondaire.

- A = a r g i l e , l ' a r q i l e est la f rac t i on pr inc ipa le ou secondaire.

T = tourbe.

0 = oraanique, le sol contient des matières organi­ques.

b - Qranulométrie du sol

b - bien gradué, tous les grains sont représentés -aucun ne prédomine.

m = mal aradué, une (ou plusieurs) dimension de grains prédomine.

c - Plasticité du sol

t = limite de liquidité élevée .(très plastique)

p = limite de liquidité faible (peu plastique)

Cette méthode prévoit trois étapes pour classer un sol :

- détermination des caractéristiques fondamentales du sol, qui se fera par la qranulométrie et l'influence de l'eau sur les caractéris­tiques des qrains très fins. Pour cela deux méthodes sont prévues :

- méthode de laboratoire ;

- méthode rapide ou de chantier ;

- classification du sol qui conduit à une dénomination type et à un symbole de groupe, en fonction des critères établis ci-dessus ;

- description du sol, nécessaire pour différencier éventuelle­ment deux sols qui auront été classés dans le même groupe.

.2. - Détermination des caractéristiques fondamentales.

Les caractéristiques de base retenues pour la classification sont :

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8 -

- La composition gvanulométrique '• Pour cette classification, seuls les qrains dont les diamètres sont compris entre 0 et 60 mm sont pris en considération (dans tout le texte, les dimensions de orains sont données en mailles carrées de tamis).

L'importance de chacune des fractions est exprimée, pour la classification, en pour-cent du poids des matériaux dont les qrains ont des diamètres compris entre 0 et 60 mm. Le pourcentage des éléments supé­rieurs à 60 mm est évalué en pour-cent du poids total.

Dans la méthode rapide, les seuils de 2 mm et 0,08 mm utilisés pour la classification peuvent se repérer assez facilement à l'oeil, 0,08 mn-correspondant à peu près à la plus petite dimension, qu'il soit possible de distinguer à l'oeil nu ou encore à la plus petite dimension sensible au toucher.

- La plasticité :

Dans la méthode de labora to i re , on l 'apprécie par les l im i tes d 'At terberg.

Dans la méthode rapide, on u t i l i s e les essais d ' a g i t a t i o n , de consistance et de résistance à l ' é t a t sec.

- La teneur en matières organiques :

El le se détermine au laborato i re et s'apprécie sur le chantier par la couleur foncée, l 'odeur , l 'aspect spongieux, la texture f ibreuse.

,3. - C lass i f i ca t ion du sol

On se reportera aux tableaux c i -après.

CL

»•

:

o

ou

50

iO

30

20

10

Ar

A p

^ .

plASt

o - m

"• ï

iqu*3

r L imons L p

p r u pia 0 (

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> rg l l e

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s I r r i p l i s t i q i

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Sols

m o n i t r i i

m

A*?

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y tiqut

^ •»kv

t

^^

o r g a n i q u t t t r t s p l«s t iqu* t

10 20 30 iO 50 60 70 L im i t t d> l l q u i d i t t W^

80 90 100

Class i f i ca t ion de laborato i re des sols f i ns , Diaaramme de p l a s t i c i t é

Page 99: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 9

CLASSIFICATION DES SOLS GRENUS

(plus de 50 % des é1éments>0,08 mm)

Définitions Symboles Conditions Appellations

on

œ E p_ E O CM

AA •M T3 C QJ QJ E S-

r - «D »<U E

re i/> •>-0) "O

• D

c o -M

o • D

</l 3

i ^ cû o

LD » O

-ë V c c

• 1 - dJ o E E >iD

E E

00 »« o Csj o — V

i/i O) •»->

•o c o;

m E o . >a)

Gb C = ^ > - 4 ' ^10

et C = (D.n)2 '30

- -Pj ^ — compris ^ ^10 ^ ^60 entre 1 et 3

Gm

GL

GA

Une des condit ions de Gb

non s a t i s f a i t e

Limite d'Atterberg au-dessous de A (vo i r p. 8)

Limite d'Atterberg au-dessus de A (vo i r p. 8)

grave propre

bien araduée

grave propre

mal graduée

qrave

1imoneuse

grave

argi leuse

< t/7

00 E O E

O osj

AV in O) •>-> T : c <V OJ E J-

lOI -M •— /C; «11 E

«/) - t -

o) -o c

»< 3

O •«-> LD C

O O)

• O

to 3

E E

»« œ o

LD » O

-ëv 1/1

•r- QJ

E >(U

Sb C = ! ^ > 6

(D3o)2 et C = -Fj ir— compris

^ ^10 ^ ^60 entre 1 et 3

Sm

E E

V i 00 ' o

CM » •-< O

y d/ t/ï

C 1/1 OJ 3 E

t— %(D O- -—

SL

SA

Une des conditions de Sb

non satisfaite

Limite d 'Atterbera au-dessous de A (vo i r p. 8)

Limite d 'Atterberg au-dessus de A (vo i r p. 8)

sable propre

bien gradué

sable propre

mal gradué

sable

1imoneux

sable

argi leux

Lorsque 5 %<% i n fé r i eu r à 0,08 ÏÏV)<.\2 %-<^on u t i l i s e un double symbole.

Page 100: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 10 -

CLASSIFICATION RAPIDE DES SOLS GRENUS

PROCEDURE D'IDENTIFICATION SUR CHANTIER

éléments^eO mm exclus ; poids des fractions estimés

1 • 2 3 4

SYMBOLES DESIGNATION

qéotechnique

6

co o o A

•>->

c o

c

, UJ

-O—1 O

1/1 E

c QJ CVJ

r— a>

(/l /CD <u E

"O fO

vO) - o

•^ •r- :D O E -tJ

c to o

^ E QJ E

• o co

tn O r3 »

l-O

on OJ

i/î C ro

O)

OJ

>

Tous les diamètres de grains sont représentés, aucun ne prédomine

Gb

Une dimension de qrains ou un ensemble de dimensions de grains prédominent

Gm

Les éléments fins n'ont pas de cohésion

GL

Les éléments fins sont cohé­rents

GA

Grave propre bien graduée

Grave propre mal graduée

Grave limoneuse

Grave argileuse

QJ

3

CL.

C E OJ E

E ;^ Y

o; i/i i -Q; 4 J

T3 /QJ

E •eu ro -l-J X ! O c: E 3

o OJ

-c E en (S =! O

C O

A

ce

QJ

"3

Tous les diamètres de grains sont représentés, aucun ne prédomine

Sb

Une dimension de grains ou un ensemble de dimensions de arains prédominent

Sm

Qj

o QJ >

Les éléments f ins n'ont pas de cohésion

SL

Les éléments fins sont cohé­rents

SA

Sable propre bien gradué

Sable propre mal gradué

Sable 1imoneux

Sable argileux

Page 101: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 11 -

CLASSIFICATION RAPIDE DES SOLS FINS

PROCEDURE

(poi

1 2 3

E E co o o

V o z .,- o aj ^

cr 1 (D

-l-> -l-J

E OJ rc > UJ fO _l 13 Ûi O < Lr> r

•4-J

c. oo

E --.QJ Ll_

'QJ 00 1

U-! O

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O E rn 1

O

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OJ "D

QJ -t->

E 1

-

O

A 'Oi -t-l

X3

13

cr

QJ -D

QJ

-r—

E

Les matières or-aaniques prédo-mi nent

D'IDENTIFICATION SUR CHANTIER

ds des fractions estimés)

Détermination de la plasticité sur chantier

Agitation

4a

Rapide à

lente

Nulle à

lente

Lente

Lente à

nul le

Nulle

Nulle à

très lente

Consistance

4b

Nulle

Moyenne

Faible

Faible à

moyenne

Grande

Faible â

moyenne

Résistance à

' ' ' 4c

Nulle

^'oyenne

à qrande

Faible à moyenne

Faible à

moyenne

Grande à très qrande

Moyenne à

grande

Reconnaissables à l'odeur, couleur sombre, texture fibreuse, faible den­sité humide

SYMBOLE

5

Lp

Ap

Op

Lt

At

Ot

T

DESIGNATION

gêotechnique

6

Limons peu

plastiques

Argiles peu

plastiques

Limons et arcile organiques peu plastiques

Limons très

plastiques

Argiles très plastiques

Limons et argiles organiques très plastiques

Tourbes et autres sols très oraaniques

Page 102: Fond 72 Fascicule 2 3 4

12 -

3.3.^ - CONCLUSION

Ces essais d'identification sont peu coûteux.

Ils sont intéressants pour les problèmes de fondation d'ouvraoes à plusieurs titres :

. détermination de la coupe géologique

. bonne idée de la qualité des sols rencontrés

. orientation de la campagne de reconnaissance et de la recher­che du sol porteur

. appréciation des perméabilités (pour les problèmes de fouille et d'épuissement)

. appréciation des difficultés d'exécution en général.

Ils ne sont pas suffisants seuls pour la détermination de fondations ; il faut toujours faire appel aux essais géotechniques clas­siques exposés 'dans les autres chapitres.

Ils deman;ient une bonne expérience que seuls peuvent avoir des ingénieurs ou géologues compétents de laboratoires.

Page 103: Fond 72 Fascicule 2 3 4

I Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

CHAPITRE 3.4

Méthodes géophysiques et hydrologiques de reconnaissance

LCPC

Page 104: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Page laissée blanche intentionnellement

Page 105: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3.4 - METHODES GEOPHYSIOL'ES ET HYDROLOGIQUES DE RECONNAISSA.NCE

3.4 1. - LES METHODES GEOPHYSIOIES

.1. - Préambule a - problèmes susceptibles d'être résolus par It géophysique b - les différentes méthodes de prospection géophysique c - domaine d'utilisation df la «ismique réfraction et de la mesure des

réststivités

,2. - "La sismique réfracbon a - principe

b - appareillage

c - interpréunon d - limite de la méthode e - prix de la prospection « nmique

3.4.;. - LES .METHODES HYDROLOGIQLES 6

.1. - Préambule 6

.2. - Détermination de 1* perméabilité à partir de mesure* au laboratoire 8 a - esimaucn visuelle b - relations entre la perméabilité ei certaines caracténstiques physiques

du sol c - mesure directe de la permcabdiié au laboratoire

.3. - Les essais en place de reconnaisunce hydrologtque II a - les piéiomètres II

i j - domame d'emploi «2 - principe du piézomètre ouvert a - mue en place des piézométres classiques t^ - observations aj - prix d'un piézomêire classique, nombre de piézométres à poser

a - sonde de pression mterstiiieUe à faible temps de réponse »7 - piézomètre à système électrique ou acoustique

b - l'essai Lefranc IS

b] - but de l'essai b2 - principe ei théorie b^ - appareillage b^ - réalisanon de l'essai bj - Interprétation des résultats b^ - observations et prix bj - autre essai dû type Lefranc à niveau variable

c - l'essai Lugeon 20 C] - domaine d'emploi C2 - principe de l'essai Lugeon cj - appareillage C4 - réalisation cj - mterprétation des mesures Cg - observations et prix

d - autres méthode', iperméamétres L. Ménardi 23

Page 106: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Page laissée blanche intentionnellement

Page 107: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3.4

METHODES GEOPHYSIQUES ET HYDROLOGIQUES

DE RECONNAISSANCE

3.4.1 - LES METHODES GEOPHYSIQUES

. 1 . - Préambule

La géophysique, en faisant intervenir les propriétés d'ensemble et non pas localisées du terrain, donne une vue globale de l'aire considérée. Elle est donc bien adaptée aux problèmes de terrassements importants, de reconnaissance des tracés et des gisements.

Les avantages principaux de ces méthodes sont d'une part leur faible prix de revient, d'autre part le fait quelles soient non destructives et mises en oeuvre exclusivement à la -surface du terrain.

L'emploi de la prospection géophysique reste cependant très limitée dans le domaine des ouvrages d'art. Pratiquement, on n'utilisera ses infor­mations que pour des ouvrages sur tracés routiers ou autoroutiers qui ont fait l'objet d'une telle prospection. De telles méthodes de prospection ne permettent pas le dimensionnement de fondations et surtout n'excluent pas les essais géotechniques classiques.

a - Problèmes susceptibles d'être résolus par la géophysique

- Localisation et nature des différentes couches du sous-sol

- Eventuellement, localisation des nappes

- Mise en évidence d'anomalies (cavités souterraines, disconti­nuités),

Notons que la géophysique s'appuie sur un étalonnage obligatoire ( ) et préalable du sol. On ne pourra donc pas se passer complètement de son- {l

dages ; leur nombre pourra néanmoins être réduit. (•'•

b - Les différentes méthodes de prospection géophysique

. La méthode des résistivités en courant continu.

Page 108: Fond 72 Fascicule 2 3 4

2 -

C'est '!5 ij étncde é".e:tr\que la plvs 'réquemment utilisée dans notre domaine d'application. El";e est fondée sur la mesure de la résisti-v-ité du SCI par envci d'un ccuran. continu dans celu.-ci.

•^a s'.s-xaue rc-ract: en

Methoae sisr-iqje la D1 JS courante, elle est basée, comme toutes les autres, sur la niesur? de la vitesse- de propanat'on des ondes sismiques dans le sol. Cc~m9 son no"" l'indique, elle ne prend en compte q.e les ondes réfractées.lI)

rj2n-,=îine d'. ti ". •i.S£t-; :- 1.2 >h bism'.q'.'s r.^fractic"' st d: la n-.es/!": T9S résis'"! •• '-^S.

. Rec-'.eTche d'un horizon rocheuz - Fupevposition des couches Localisation d'une nappe.

'^an^" 'es différentes méthoaes de prospection géophysique, celle des résistivités en courant continu et la sism-'que ré'raction sont les iviéthodes les plus valables pour rechercher o-n horizon rocheux^ localiser es différent9S coucnes de terrain, et en déterminer apprcxiiûativement la con-Dôcité, donc la porta-^ce.

'.e cnoi:: se portera sur ""a méthode p c r laovelle les contrastes des caractéristiques pnysiq!J£S jj se"! requ-'ses pour l'application ae cette .-étncoe sont " es p'is nets. F', oart'cvlier : sismique réfraction : sols

compacts, rocner altéré ou sûir (position et rippabilité)

: résistivité : sols comoressibles zones maréceçejses, passaae de vallées.

•es difficultés rencontrées sur le rhantier pcjr l'application oe la '^étnCdî électriquG ps."5"t provenir a'un sol se: ?c se laissant pas injecter 0- d? courants inJ'.'str- els oerturbant le champ électrique (aj vo.sinane de l";n' es électrif.ées OJ de cables à haut? t?nsicn).

.a sisnique rérract''on peu't sejle être adoptée pour les arandes Drofondejrs (à condition de passer à l'e-plosif), mais elle n'est valable q.'e ST la vitesse de propagation des ondes croit avec la profondeur, et si l'aci-tatic" micrcsisiirique est faible (cette aaitation ir,icrosismique pevt

1) \O':P : OnKTf ces deux i.h l.ic.iep cour/i -tt;«, i' er existe d'autres, pjus sppcialemer.c adap"-'ies à certains probl'jmes particuliers-

- la méthode des résistivités en courant alternatif à basse fréquence.

- la sisir.ique réflexion 'ondes réfléchies)

- les méthodes spériales (par induction,et électronjagnétique"*

- la pra 'i •,étrie 'mesure les anomalies engendrées par l'inégale dis':r i >•" t io: d^s roc'i-ies ;P de-sit: d"i f"" ''• - ras Darticulier des itavités

Page 109: Fond 72 Fascicule 2 3 4

3 -

provenir du orvit de vér.izS.eS: d'J vent da- s les arbres cj d3S vagues, à proximité de la mer). Ce.tte métncde est en outre p".as cnère q'je "la methods é'ectriq:?.

k>p~iaazior. : la recoKr.zissance du sol au Irci' des o:'.vrcges.{2)

• OJr les ou'vrôoes d'art, or ati"'ise "ia sisrrique ré^racticr de \iréié'rQ':\ze à tcjte autre oiéthods.

- Si les ûuvranes font partie d'un tracé rovtior p c r leq'jel on evfectLis L'PS reconnaissance qeopnysique, on fera un profi"; le lona oe :es ouvraaes.

- S" ":'cuvraçe est isolé, il est inutile d'e-^frcti;îr 'jne reconnais­sance qéophysiqje et il vaut r'eux casser d"'re:tement a-x scndanss.

- D3ins le cas des ouvrages en site aquatique, on a intérêt à T'aire oirectcn-i^nt 'sui-tO-t si "s tracé est imposé ^ des sordaacs o'utrt 'u ' .T, orz-r. en r-' '- ère qu'. risque ae s'avérer asse: cr.er d'autant qu'il faut généralement des sondages d'étalonnage.

.2. - '-3 r'is.'-qje «'êfract'::'

a - -r-.nc.pe

Là sism'qje ref ract io" . est fondée s'jr 1'étjoe corT^parative des v i ­tesses ae propànatic" des o"d3S 'Orai tudinal es (les DIL'S -aoides) dans les d i f fé ren ts sols, ( f ioure 1 P- 4)

Une coucne ''". ) surmontée d'une couche (n - 1" ne sera r i se en ev-'dence par ce procédé oue si se vitesse de propaaaticn des ondes est su^er ie.re a cel le.de la ccucne (n - 1). C'est ce qu'' se passe dans la p l^cart des cas prat iques.

'Ictamme'^t, une zzvf.t ao^'t la vi tesse de propaoatior est f o r t e f a i t écran o c r les ccucn^s i n fé r ' eu res . o "no-'ns que ces dernières n 'a ient .-e vi iessa ue propagation ues ondes encore plus élevée.

D - Apparei1lôae

I l se c^mrcse d'un ou plusieurs récepteurs (çéopho-es), suivant 'a "étr,:-*? . -.i see '/•.•". -•''-jessc-F ) , et d'un émettev" f r/artca., c e^'plo-sv-'c -z.r les r.ra'-des p r r - c dei'rs ..

(2) '•'oie : "..ocalisatior. des cavit-is.

La méthode électrique et surtout la gravimétrie peuvent être applicables, mais sont extrêmement délicates à interpréter.

Ces méthodes classiques s'appliquent essentiellement lorsque le rapport profondeur/dimensions linéaires des cavités est faible. L'une et l'autre de ces méthodes ne se suffisent pas à elles seules et doive'it être appuyées par des sondages mécar.iques. On n'y aura rocours rue lors d'une -tude spécifique, et sur recommandation du géolog-oe, lorsque la présence de cavités est probable.

Page 110: Fond 72 Fascicule 2 3 4

f i g : 1

Principe de la sismique réfraction

Géophorie

onde directe

9m 12m , I6m 18 m 21m 2im 27m

onde réfractée Argile sableuse

jV_=^600m/ )

Roche ( V j î 5000 m/g )

V3 > V2 > Vi

f ig: 2

Dromochronique d'un bi couche V, > Vj

1

0

i

"^ y\ X V,

« » •

y y

y y ^^^

K^^^^ V2

-y

X

Xe

X,= •\/F ^2 ^1

Page 111: Fond 72 Fascicule 2 3 4

5 -

Pour une zone d'investigation de 0 à 15 m de profondeur, on utilise 1 a méthode du compteur de temps : un seul géophone est ébranlé par une série de chocs à -des distances variables.

Pour une zone d'investigation supérieure à 25 m. de profondeur, et afin de ne pas multiplier les tirs, on utilise la méthode d'enregistre­ment ; plusieurs oéophones sont placés en ligne à des distances différentes du lieu unique de l'explosion.

c - Interprétation :

On trace les courbes appelées "dromochroniques" donnant le temps de propaaation de l'onde en fonction de la distance x séparant l'émetteur du récepteur (fiaure 2 page 4 ) .

On démontre que l'onde réfractée arrive avant l'onde incidente si

1 V V2 - Vj . 2

X > x„ = 2h, ' ' • ' ^ e

si V, = 300 m/s (schiste décomposé en argile) et V2 = 800 m/s

(schiste peu altéré), on voit que x doit être supérieur à 8 m si h, est de 2,7 m. ^

Les points (x, t) sont portés sur un graphique qui, dans le cas d'un système bicouche par exemple, se compose de deux demi-droites (cf fiaure 2 ).

Interprétons cette dromochron'ique : La demi-droite 01 corres­pond à la propagation de l'onde directe dans le milieu 1 et l'on obtient immédiatement v, (la pente est 1/v,). A partir d'une longueur de ligne

x (distance entre G et E), la propagation se fait avec réfraction sur le

milieu 2 (demi-droite ly).

La pente ly donne l/v„, donc v„. Connaissant x , l'équation

précédente donne l'épaisseur h, de la couche (1).

Cette méthode s'étend a un milieu à plusieurs couches. Le tableau ci-après donne à titre indicatif quelques valeurs courantes de la vitesse de propagation des ondes dans divers matériaux.

M a t é r i a u V i tesse en m/s

Terre végétale courante 250 - 450 Terre végétale compactée 450 - 600 Eau 1400 - 1700 Sable (au-dessus de .la nappe) 250 - 600 Sable noyé 500 - 1200 Gravier noyé 500 - 900 Marnes 900 - 1800 Schistes altérés 1200 - 2800 Schistes durs 1800 - 3000 Grès tendre 1500 - 2100 Grès dur 1800 - 3000 Calcaires durs 2400 - 4000 Roches compactes 3000 - 5000 Sol gelé 1200 - 2000

Page 112: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 6

Limite de la méthode

La précision de la méthode dépend éventuellement :

- du contraste des vitesses des ondes longitudinales dans les différentes couches de sol. En particulier, dans le cas de roches altérées sur une grande profondeur, l'interprétation sera délicate ou impossible car on n'obtiendra pas de partie linéaire dans la dromochronique.

- de l'homogénéité des couches.

- de leurs conditions d'épaisseur. Notons qu'à l'aide de tirs symétriques par rapport aux géophones (ou de tirs directs et inverses avec la méthode du compteur de temps), on aura une idée de l'inclinaison des interfaces.

- de l'agitation microsismique parasite . essentiellement due à la circulation de véhicules au voisinage de la zone prospectée, à la proximité d'un aérodrome - ou de la mer, au vent dans les arbres

Rappelons que la condition principale d'application de la :tion reste que les vitesses d'ondes soient croissantes avec li

e - Prix de la prospection sismique

Pour la reconnaissance de tracé (grande sismique),on utilise couramment un aroupe de 23 géophones placés à une dizaine de mètres les uns des autres, ce qui donne une longueur de ligne de 230 mètres environ. Une équipe de prospection peut effectuer 3 à 4 sondages par jour, à une profondeur d'investigation d'une vinataine de mètres environ.

Le prix de revient de la prospection s'élève à environ 1.800 F. par jour, interprétation comprise. Cependant la consommation d'explosifs, qui prend une part assez importante dans cette estimation, est difficile­ment chiffrable a priori.

Pour des reconnaissances localisées au site d'un ouvraae (petite sismique ), on utilise Généralement un appareillane léger comportant un seul aéopnone et un récepteur à lecture directe.

Le prix moyen d'un relevé complet, à une profondeur d'investiga­tion d'une vingtaine de mètres environ, serait de l'ordre 450 F. à 600 F„ interprétation comprise.

3. .2 - LES METHODES HYDROLOGIQUES

• " " P^'g^nibule

Dans le cadre de l'étude de fondations d'ouvrages d'art dans un sol soumis à l'action d'une ou plusieurs nappes, il importe de ras­sembler un certain nombre d'informations pour définir les conditions hydrologiques pouvant intervenir dans le choix du type de fondation.

Ces informations concernent essentiellement :

- la coupe stratigraphique du sol

Page 113: Fond 72 Fascicule 2 3 4

7 -

- les types de nappes rencontrées, leur niveau statique, leurs variations enfonction des saisons, des crues et décrues des cours d'eau.

- l'alimentation des nappes.

- la perméabilité des terrains et leurs transmissivité (perméa­bilité et épaisseur des, couches aquifères).

La reconnaissance hydrologique doit commencer au stade de l'enquête préalable en s'appuyant :

- sur des points d'observations naturels (affleurement des niveaux aquifères, puits, sources, différences de végéta­tion, ...y

- sur des points d'observation provoqués (sondaaes - piézo-mètres . . . ) . Il est souhaitable d'équiper les sondaaes de reconnaissance de piézomètres.

- sur les caractéristiques hydrauliques recueillies dans le secteur (à utiliser toutefois avec prudence) ou sur les cartes hydrogêologiques établies par le BRGM.

- sur l'examen visuel d'échantillons recueillis.

- sur des essais de laboratoire (analyse nranulométrique, indice de plasticité, perméamètres) au des essais in situ (essais Lefranc) qui nécessitent des moyens modestes de mise en oeuvre.

Compte tenu du type de fondation envisaaé par le maître d'oeuvre, la reconnaissance hydroqéoloqique peut être complétée au stade de la reconnaissance proprement dite par :

- une reconnaissance plus approfondie de la ou des nappes baignant le sol (niveaux piézométriques, variations en fonction des saisons ...)

- une étude plus quantitative des caractéristiques du sol oui y sont liées (perméabilité, débit à pomper pour un rabattement donné, ...^ par des essais mettant en oeuvre des moyens plus importants (essais de pompaae, préfouilles...).

RAPPEL DES NOTIONS FONDAMENTALES - TERMINOLOGIE

(cf. Bulletin des Laboratoires Routiers N° Spécial d'Avril 70 "Hydrau-1ique des sols").

- surfaces équipotentielles ou piézométriques

Elles sont définies par h = constante (h : charge hydraulique). Ce sont les surfaces (ou courbes, dans un problème plan) joianant les points d'égal niveau piézométrique d'une nappe.

- sols et perméabilité (ordre de arandeur)

Page 114: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 8

K en m/s

1 10-1 10-2

10-3 10-^ 10-5

10-6 10-7 10-8

10-9 10-10 10-11

orayiers sans éléments f i ns

sables + graviers sans éléments f i ns

sables t rès f ins sables arqi leux

arg i les homogènes

t rès perméables

perméables

peu perméables

t rès peu perméables

- Surface d'une nappe ,

C'est la surface de l'eau limitant la partie supérieure de la nappe.

- Nappe libre

C'est une nappe dont la surface piézométrique (pour h = 0) est confondue avec sa surface.

- Nappe phréatique

C'est la première nappe l i b r e rencontrée à p a r t i r de la surface du s o l , alimentée par l ' i n f i l t r a t i o n des eaux de p lu i e . I l peut ne pas y en avo i r .

- Nappe captive

C'est une nappe dont la surface est retenue sous la surface piézométrique par une formation imperméable.

Elle est dite artésienne quand la surface piézométrique est située au-dessus du sol.

- Mur d'une nappe

C'est la formation imperméable sur laquelle repose la nappe.

- Toit d'une nappe

C'est la formation imperméable délimitant la surface d'une nappe captive.

•2. - Détenninatiqn de la perméabilité à partir de mesures au laboratoire

La perméabilité Ihotée K et exprimée en m/s) des sols pourra être déduite, par ordre de difficulté croissante, des méthodes suivantes :

Page 115: Fond 72 Fascicule 2 3 4

I

La perméabilité peut être estimée dans le cas de certains sols grenus (sables et oraves pas trop plastiques).

b - Bêl3ÎJ0!)§_frî'"f 2 perméabilité et certaines caractéristiques

Différentes relations obtenues par expériences en laboratoire ou par des considérations théoriques, relient la perméabilité d'un sol à certaines de ses caractéristiques physiques. Nous donnons ci-après quel­ques-unes- de ces rel-ations parmi les plus-connues.

- L'indice de plasticité

Il peut être éventuellement un premier critère pour savoir si un rabattement de nappe est possible

Si 2 < IP <• 5 Rabattement en aénéral facile Si IP > 10 rabattement difficile

- L'analyse aranulométrique

Formule de A. HAZEN : K = c d ,Q en m/s

avec C : coefficient égal à 1 pour des sables à qranulométrie serrée à 0,2 pour des alluvions usuelles

d,Q : ouverture du tamis laissant passer 10 % des qrains (en cm).

Cette formule a été établie en laboratoire pour des sables propres à qranulométrie très serrée (ou uniforme).

2 Formule empirique de CASAGRANDE : 1 = '' • ^ n 85 ^ ^" ^^^

avec K. pr : perméabilité du matériau lorsque son indice des vides est ^'^^ de 0,85 (en m/s)

e : indice des vides du matériau étudié.

Il convient pour l'instant d'être très prudent dans l'emploi de ces relations, utilisables seulement pour certaines formations non cimentées à qranulométrie serrée (sables de dunes, certains sables sédimentaires).

La plus satisfaisante des formules théoriques est celle proposée à la fois par KOZENY et par FAIR et HATCH : «

^ ' ( 1 - n)^

où V : viscosité cinématique (v = 12.10"^ cm^/s pour l'eau à 15° C)

(v/s) : Rapport moyen du volume à la surface des qrains

C : coefficient (de l'ordre de 0,2)

n : porosité.

« Pour application on pourra utilement se reporter à l'article de A.G LOUDON

(Géotechnique N° 4 de Décembre 1952)

Page 116: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 10 -

fig -. 3

Principe du piézometre classique

U -- H^ . T^

t

* r

'

rg

'

• • ' •

1

•_'

• ' _ ;

1 1 1'", 1»;

LV

Mesure du niveau d eau dans le piézometre par

sonde électrique ou flotteur

Surface de la nappe

Remblai

Paroi du forage

Tube métallique ou plastique ( piézometre)

Bouchon étanche (argile ou mélange bentonite-dment

Partie crépinéc

Filtre mélange gravier et sable 1

f i g : A

Filtre équivalent (sphérique)

f t rayon du filtre équivalent

Rl tre

i >^^î

Page 117: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 11 -

c - Mesure directe de la perméabilité au laboratoire

K peut être mesuré au laboratoire à l'aide de pemiéamètres (perméamètre à charge variable - perméamètre à charge constante).

Le problème délicat est de mettre l'éprouvette à lamème densité que le sol en place ; si cette condition est respectée, ces appareils peuvent donner de bons résultats pour les sables propres sans éléments fins.

L'oedomètre peut servir de perméamètre à charge variable pour des sols durs peu perméables.

Les échantillons utilisés àu laboratoire sont assez remaniés et n'intéressent qu'un faible volume de sol. C'est poun^oi on préfère en général effectuer des essais type Lefranc dans la mesure ou l'on profite d'un foraae préalablement exécuté, puisque ces essais sont plus représen­tatifs de la perméabilité du sol en place (cf§3.4.2. (.3.) - Essais Lefranc).

.3. - Les essais en place de reconnaissance hydroloqique

a - Les piêzomôtres

a, - Domaine d'emploi

Il permet de mesurer la pression interstitielle en un point précis d'un sol saturé, et en particulier de déterminer la cote de la surface d'une nappe libre ou de la surface piézométrique d'une nappe captive, ainsi que de suivre un essai de pompage.

'2 - Principe du piézomètre ouvert (figure 3 page 10)

Il s'agit d'un simple tube crépine sur une certaine hauteur et placé dans un foraqe comme l'indique le schéma

On appelle temps de réponse d'un piézomètre le temos qui s'écoule entre le moment où survient une variation brutale de la pression intersti­tielle dans le sol et le moment où le piézomètre accuse un certain pourcen-taae de cette variation ; en effet les formules de HVORSLEV et fiIBSON montrent que théoriquement le temps au bout duquel le piézomètre traduit intégralement cette variation de pression est infini ; aussi définit-on en pratique le temps de réponse comme le temps t donnant une valeur très voi­sine de la valeur réelle de la pression interstitielle, ex : t95 : le temps au bout duquel la différence de,pression n'est plus que les 5 * de la différence de pression initiale.

Le temps de réponse dépend de la perméabilité du sol à étudier • et du coefficient volumétrique du piézomètre ( X ) .

X = -T- volume d'eau qui entre dans la sonde pour une variation unitaire ^ de la pression du soi. Pour un tube ouvert A = A , A section

du tube. jrw

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12

On diminue X en adoptant un tube piézométrique de petit diamètre (7 à 15 mm : piézomètre type "Casaqrande").

Le temps de réponse d'un piézomètre classique reste cependant relativement élevé (quelques dizaines de mn à plusieurs jours). Aussi les constructeurs ont-ils mis au point des piézomètres à faible coefficient volumétrique dont le principe est exposé à la fin de ce chapitre.

a^ - Mise en place des piézomètres classiques

Par mesure d'économie, les piézomètres sont généralement placés dans des foraaes qui proviennent de sondages préalablement exécutés. Dans la mesure où l'on fait un forage dans le but de placer un piézomètre, ce premier doit être soigneusement exécuté afin d'éviter un remaniement excessif du sol qui auamenterait considérablement le temps de stabilisation (colmataae) ; de même, il doit être apporté un soin particulier à la con­fection du bouchon étanche et à la détermination de son niveau (pas trop haut pour une bonne représentativité de l'essai) dont dépend souvent le bon fonctionnement du piézomètre.

a. - Observations

Bien que ce piézomètre reste le plus couramment employé, il semble inadapté pour faire des mesures dans des sols très peu perméables, et principalement lorsque l'on doit suivre l'évolution d'un rabattement de nappe lors d'un essai de pompage dans ces sols. Il peut suffire néan­moins dans les sols de perméabilité moyenne à forte.

L'efficacité d'un tel piézomètre dépend beaucoup du soin que l'on apporte à sa mise en place.

Les principales causes d'erreur dans les mesures piézométriques sont les suivantes :

- emploi de piézomètres ayant un temps de réponse trop élevé,

- filtre mal isolé de la partie supérieure du foraae, ou crépine bouchée,

- temps trop court entre la pose des piézomètres et les premières mesures, la pression au voisinage du piézomètre ayant été perturbée lors de l'exécution du foraae et de la pose de l'appa­reil. La période de stabilisation peut s'élever à quelques semai­nes, ce qui entraîne la nécessité de poser les piézomètres suffi­samment longtemps avant le commencement de l'étude.

Pour s'apercevoir du bon fonctionnement d'un piézomètre, on peut injecter ou retirer une partie d'eau, une fois l'équilibre atteint, et voir s'il revient à la même position d'équilibre.

On peut en outre se servir d'un piézomètre pour réaliser un essai Lefranc, ou pour avoir une idée du débit à pomper lors d'un essai de pompaae (en fonction du temps de stabilisation).

&r - Prix d'un piézomètre classique - nombre de piézomètres à poser

Si le piézomètre classique reste le plus utilisé, c'est essentiel­lement dû à son faible prix de revient, sa facilité de mise en oeuvre lorsque l'on profite d'un forage préalablement exécuté, et le peu d'appa­reillage que nécessite sa lecture (sonde électrique généralement).

Page 119: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 13 -

Le prix de la pose d'un piézomètre, compte non tenu du foraqe et de l'appareillage de mesure, est compris entre 200 et 600 F au grand maximum. Certains appareils (Soletanche) sont battus avec pointe perdue. Le relevaqe (sur 30 cm) du tube découvre la crépine. L'essai coûte alors environ 100 F en qrande série.

Les principaux facteurs entrant en compte dans le prix sont le soin que l'on apporte à sa mise en place et à sa protection ; la profondeur de mise en place intervenant surtout dans la difficulté de constituer le bouchon étanche.

Si le forage doit être spécialement exécuté pour la pose du piézomètre, le prix de revient de ce dern-'er croît considérablement et la profondeur de mise en place est un facteur particulièrement important dans l'accroissement de prix.

Pour l'étude d'une nappe, et sur le site d'un ouvrage d'art, un à deux piézomètres suffisent qénéralement (on aura tout intérêt à équiper systématiquement d'un piézomètre un forage par ouvrage, lorsqu'il y a une nappe bien entendu). Le nombre de piézomètres peut néanmoins varier si l'on se trouve en présence de plusieurs nappes, notamment lorsque l'on craint de rencontrer des nappes en charqe lors de 1'exécution de pieux ou puits forés, barrettes de parois moulées.

a^ - Sonde de pression interstitielle à faible temps de réponse

La pression de l'eau au point de mesure est transmise à un manomètre à cadran, se trouvant à la surface du sol, par l'intermédiaire d'un liquide incompressible, qui est généralement de l'eau.

u = Hm. y + p

Y Hm P

poids volumique du liquide de transmission différence de niveau manomètre - point de mesure pression lue au manomètre.

temps de réponse : pour un sol de perméabilité K = 10-^°m/s (donc très peu perméable), avec une filtre de longueur 50 cm et de diamètre 10 cm

4 mn < tgr < 180 mn

En aénéral ces piézomètres ne peuvent être employées pour une profondeur du toit de la nappe supérieure à 7 m et nécessitent des purges fréquentes.

Le piézomètre L.P.C. est de ce type : (fig. 4 p. 14)

Mise en place - dans un forage (méthode à recommander) - par vérinage - par battage.

C'est un appareil robuste, facile à mettre en oeuvre et dont les puraes sont facilement réalisables - précision relative x/t Z %, -temps de réponse ^ 30 mn/.

Le piézomètre L.P.C. peut être utilisé pour suivre les rabattements de surface "piézométrique, mais il est principalement employé pour des mesures plus délicates de surpressions interstitielles dues à des ouvrages.

Page 120: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 14 -

f ig : U

Schéma de principe du piézomètre LP.C

Tableau de mesure

'»o

Tube en rilsan 7/10 mm Tube en rilsan ^ /Smm

Bague filtrante

SONDE PIEZOMETRIQUE

Pointe conique

Page 121: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 15

Le prix d'une sonde est de 300 F. environ. Cette sonde est perdue. Le forage et la main d'oeuvre (mise en place de l'appareillage et lectures du tableau de mesure) sont facturés en plus.

Le piézomètre à contre pression de gaz est un nouveau type de piézomètre L.P."C.' récemment mis au point .11 présente l'avantage d'avoir un très faible temps de réponse (pratiquement nul) et de ne pas nécessiter de purges. La sonde est placée dans un forage. Elle vaut entre 300 et 400 francs.

àj r Piézomètre à système électrique ou acoustique

L'eau pénétrant dans le piézomètre à travers un filtre en matière poreuse vient au contact d'une membrane mince qui se déforme sous l'action de la pression. Ces déformations sont mesurées par des méthodes électriques ou acoustiques.

b " L^§ssai_Lefranç

b, - But de 1'essai

L'essai Lefranc permet de mesurer la perméabilité locale d'un sol en place, et d'obtenir de bons résultats sans nécessiter un matériel important. Il peut être réalisé dans des sondages de reconnaissance, au fur et à mesure de l'avancement.

bp - Principe et théorie (finure 5 page 16)

L'essai Lefranc consiste à pomper ou à injecter de l'eau dans une cavité de forme invariable, ouverte dans le terrain dont on veut connaître la perméabilité, et à mesurer la variation de charge et le débit correspondant.

Il existe deux types d'essais LEFRANC :

- l'essai à niveau constant, réalisé dans les sols perméables (K > lO-** m/s) : On injecte ou on pompe jusqu'à stabilisation du niveau dans le forage ; c'est le type le plus courant.

- l'essai à niveau variable, réalisé dans les sols peu perméables (K<10-'* m/s) : On suit l'évolution du niveau dans le forage en fonction du temps.

On a la relation

0 = K . C . h.

ou h est la charge exprimée en hauteur d'eau - C un coefficient de forme, ayant pour valeur 2 K D pour une

cavité sphérique.

Comme nous le verrons par la suite, la cavité est généralement cylindrique et C s'exprime alors par :

C = 2 X D V L/D + 1/4 (Formule de la sphère) 0 <: L < 10

15

Page 122: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 16 -

fig : 5

Principe de l'essai Lefr^nc

Q = K . C . h

cou injectée

niveau de la nappe

tubage

Cavité

fig : 6

Quelques lanternes

gravier grossier

tubage

bouchon étanche

.. .boue

.'.'••' forage

n , P .

obturateur' .gonflable ,

.. crépine

m\^

7 / • • bouchon arc

gravier gro-

Page 123: Fond 72 Fascicule 2 3 4

17

ou 2 X L iy > 1 (Formule de l ' e l l i p s o ï d e q u i ,

Ln ( L / D + V ( L / D ) 2 + 1)

pour L/n > 4 devient - ^ ^ ) L n ^ -

Lorsque le milieu n'est pas infini, on doit apporter quelques corrections à ces formules.

b^ - Appareillage :

Pour un essai â niveau constant, il est nécessaire de disposer :

- d'une pompe à débit variable de surface lorsqu'on injecte Q, ou d'une pompe immergée lorsque l'on pompe à une profondeur supé­rieure à 5 ou 7 m.,

- d'un compteur d'eau ou d'une cuve de volume connu,

- d'un dispositif de mesure de h.

Pour un essai à niveau variable aucun matériel particulier n'est indispensable sinon un système de mesure du niveau h.

b. - Réalisation de l'essai

- Réalisation de la lanterne (cf. figure 6 page 16)

Pour les sols pulvérulents on bat un tubage que l'on cure ensuite. La lanterne est réalisée soit par déversement de matériau perméable et remontée du tubage, soit par utilisation de manchons crépines à leur base.

Pour les sols cohérents on tube un forage, réalisé par rotation par exemple, et l'on colmate l'espace annulaire entre le forage et le tu-baqe.

- La réalisation de l'essai nécessite une équipe entraînée connais­sant bien la technique de l'essai, les problèmes qui peuvent se poser, les buts poursuivis.

Un tube sera descendu, dans lequel on mesurera le niveau d'eau, afin de ne pas être qéné par le remous lors d'un essai à niveau constant.

br - Interprétation des résultats

- Essai à niveau constant

En portant sur un qraphique en ordonnée les débits et en abscisse les niveaux on obtient une droite de pente 1 , d'où K.

Page 124: Fond 72 Fascicule 2 3 4

18

- Essai à niveau variable

On se reporte'ra au Bulletin spécial "Hydraulique des sols" déjà cité.

On fera attention au colmataoe (essais par remplissage) qui donne­ra des résultats de 10 à 1000 fois plus faibles pour K qu'en réalité.

bg - Observations et prix

L'essai LEFRANC peut donner une bonne approximation de perméabilité locale lorsqu'il est réalisé par des techniciens compétents et dans de bon­nes conditions. Une bonne connaissance aéoloaique permet de mieux l'interpré­ter. Répété en différents niveaux dans un forage, il précise en outre assez bien l'hétérogénéité du sol.

S'il donne la perméabilité locale d'une zone très restreinte en­tourant la cavité, sa rapidité d'exécution (une heure trente environ) et son faible prix de revient permettent de le réaliser à différentes profon­deurs dans un sondaae, au fil de l'avancement de ce sondage.

Notons encore que cet essai peut être réalisé dans des piézomètres, s'ils sont correctement posés.

La précision obtenue dépend essentiellement du soin que l'on appor­te à la réalisation de l'essai, et de la lanterne en particulier, ainsi que du temps dont on dispose, car il est coûteux de prolonaer l'arrêt de la sondeuse lorsque l'essai est réalisé à l'avancement dans un foraae. La nature du terrain loue aussi son rôle (on risque de mauvais résultats dans les sols à aranulométrie étendue, dans les sols fissurés ou au contraire colmatés).

Le prix de revient d'un essai LEFRANC est d'environ 200 F., il faut en moyenne 1 h. 30 pour le réaliser. Ce prix est donné compte non tenu du prix du foraae.

La valeur de la perméabilité K mesurée peut avoir jusqu'à une puissance de 10 d'écart avec la valeur de la perméabilité réelle, selon les conditions de l'essai, et compte tenu du remaniement du terrain autour du forane ; on retiendra que l'estimation des débits pourra être fausse dans cette proportion, loutes les circonstances de l'essai doivent donc être précisées.

b^ - Autre essai du type LEFRANC à niveau variable (fig. 7 p. 19)

Cet appareil (Breveté) a été mis au point par H. J. BRILLANT de Solétanche. Son principe est de remplacer le prélèvement d'eau initial par un effet de traction exercé sur un flotteur.

L'orininalité de cet essai consiste essentiellement dans l'appa­reillage qui permet une bonne connaissance du niveau dans le foraae au temps t = 0 + c et le suivi continu de l'évolution de ce niveau en fonction du temps.

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- 19 -

f ig : 7

Essai du type Le franc à niveau variable

( Essai Brillant )

P Bâti

tubage

niveau d'eau Y

terrain sec )

^ cloche flotteur avant immersion

niveau d'eau

posit ion 3 position U

^

'A T

k

/,

I posit ion S

après immersion

Position 1 Position 2 Position 3 Position 4

•La f-loche est descendue dans le tuhaae La cloche est innernée t = 0 - C : le poids apparent D de la cloche est équilibré Sous l'action d'un poids supplémentaire P la cloche se trouve à un niveau P/S' par ranoort à celui de l'eau dans le forane, soit à un'niveau P/S' - P/S oar rapport à la naope.

La cloche va suivre le mouvement de l'eau dans le -forane et donc indiquer "'a variation de h en fonction du temps T.

Position 5 : T—-cxc;: ^in de l'essai.

fig : B

I I I I 1 I II M II

[ T ( en secondes ) J

Page 126: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 20 -

Le diagratmie obtenu en pointant les secondes (à partir d'un point fixe, sur papier enregistreur solidaire de la poulie) est présenté figure B page 19. Les intervalles sont en progression géoroétrique.

I On mesure le rapport J' entre 2 intervalles I et I' correspon­

dant à un même nombre de plusieurs secondes (sur la figure 8 , intervalle de cinq secondes) et décalés du temps T.

On a K = - ^ In ( -j-r)

c - Ljess_a_i_LU5|:pN_

c, - Domaine d'emploi

L'essai LUGEON permet essentiellement d'obtenir des renseignement-chiffrés sur la circulation de l'eau dans les roches, de se faire une idée de l'état de fissuration de ces roches et des possibilités de colmatage ou décolmatage des fissures.

c^ - Principe de l'essai LUGEON (fig. 9 p. 21) -

Il consiste à envoyer dans une tranche de forage de-hauteur .h, isolée du reste du forage par un obturateur, de l'eau sous charge constante en utilisant un dispositif analoq.ue à celui présenté figure 9.

l!yD2^É_Ly§iQt!! • litre d'eau par mn et par m de forage injecté sous une pression de 10 bars. '

^ = P" * TU - TO

pe : pression effective dans la tranche testée pm : pression lue au manomètre H : dénivellation manomètre - Surface de la nappe Pc : pertes de charge : les utilisateurs disposent d'abaques, mais il est

préférable de reetalenner les montages par des essais à vide.

En réalisant divers paliers de chargement et déchargement, chaque palier étant maintenu 5 à 10 mn après stabilisation du débit (régime perma­nent) on peut tracer la courbe débits-pressions (la pression maximale atteint si possible 10 bars). Cette courbe permet d'estimer l'état de fissuration du massif rocheux, le colmatage et décolmataoe des fissures et de calculer la perméabilité LUGEON.

c^ - Appareillage

- Un obturateur dans lequel la pression P ~ Pe + 2 bars - Un manomètre - Un compteur d'eau ou un bac de décharge - Une pompe d'injection, proportionnée au débit à atteindre et

pouvant monter en pression.

c. - Réalisation

La réalisation de l'essai se fait à l'avancement d'un forage ou après réalisation complète de ce forage, ce qui nécessite alors deux obtura­teurs.

Page 127: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 21 -

f ig :9

Principe de l'essai Lugcon

pompe

compteur d'eau (débit Q )

manomètre ( pression pm

niveau de la nappe

y^K ^/. obturateur qonflable ( 030 à 1.50 m )

m ^ /, tronche essayée ( 0^) à 500 m )

A

fig:10

Diagrammes débits - pressions

04

- . • P Ecoulement laminai re

04 0 4

- • P î^roulenent la­minaire puis colnataae à

Ecoulement la- Colmataae à minaire puis basse pression débourrane à

• orte pression forte pression

Q4

Ecoulement

turbulent Débourraqe Droaressif

Q4 Q4

H-P Colmatane à Colmataae à basse pression basse pression puis à haute puis débourrane pression à haute pression

Page 128: Fond 72 Fascicule 2 3 4

22

L ' i n j ec t i on de ciment au fu r et à mesure de la réa l i sa t ion des essais dans un foraoe pejjt s 'avérer nécessaire s i l 'ob tura teur risque d 'ê t re contourné par les c i r cu la t ions d'eau.

Cr - Interprétation des mesures b

On trace les courbes débits-pressions en portant :

- En abscisse, les pressions effectives en bars. - En ordonnée, les débits Q en litres/mn après stabilisation.

Interprétation de ces courbes : (fiaure 10 page 21)

Il arrive fréquemment que l'on n'arrive pas à monter à 10 bars de pression, et les calculs par extrapolation restent très approximatifs, puisque les fissures s'ouvrent en proportion de la pression appliquée.

Traduction des résultats en perméabilité réelle :

Le calcul se justifie si l'écoulement est laminaire et le régime permanent.

La courbe (Q , Pe) est alors linéaire et passe par l'orioine.

K = -Jrn— . p5_ , C : coefficient de forme (voir essai LEFRANC).

-5 La correspondance couramment admise 1 LUGEON : 10 cm/s résulte

de l'équation précédente, à + 40 % près, ce qui est admissible.

Appréciation de l'état de fissuration de la roche :

3 Q : f (e ) , e : épaisseur des fissures.

Rénime laminaire : nrande densité de petites fissures. Réqime turbulent : petite densité de arandes fissures.

Remarques : Pour la réalisation et l'interprétation de cet essai, il ne faut pas oublier que les fissures traversées par le sondaqe peuvent être plus ou moins colmatées par des sédiments détachés par l'outil.

En outre si l'on désire mieux préciser le type de fissures existant, on peut procéder à une injection de ciment soignée et noter le tonnaae injec­té.

Cr - Observations et prix

L'essai LUGEON peut permettre de fixer une cote de fondation dans une roche fissurée présentant de bonnes caractéristiques, mais dont on veut obtenir aussi une réaction de masse satisfaisante. Cette dernière est carac­térisée par le degré de fissuration de la roche qu'il est donc utile de connaître.

Il peut servir en outre à déterminer les possibilités d'injectior Son interprétation pour déterminer une perméabilité réelle reste douteuse puisque l'essai LUGEON est effectué à la pression standard de 10 bars et qu'à pression supérieure les fissures peuvent s'ouvrjr.

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23

Le prix de revient d'un essai LUGEON est d'environ 150 F, compte non tenu d'une éventuelle-injection et du foraqe.

On peut penser utiliser le principe de l'essai LUGEON pour réaliser un essai de mesure de la perméabilité locale réelle des sols peu perméables, puisque l'injection se fait sous pression. De tels essais sont réalisés par les pennéamètres Louis MENARD sommairement décrits dans le paraqraphe sui­vant.

Par ex. Les pennéamètres Louis MENARD

- La pointe perméamétrique :

Le filtre est constitué par un tube de. 87 mm de longueur et 60 mm de diamètre en bronze fritte. La pointe perméamétrique est mise en place par battaae à la cote désirée en injectant de l'eau.

Le principe consiste à injecter de l'eau sous pression p en réqime permanent et noter le débit, pour plusieurs paliers successifs.

- Interprétation :

q = K.C. Lh C : coefficient de forme = 4irR.

La pente de la "droite" obtenue en portant p en abscisse et Q en ordonnée donne KC, donc K puisque l'on connaît C.

Cet essai semble présenter certains inconvénients (en particulier un important remaniement du sol). Il s'applique essentiellement pour les sables fins et les limons, présentant une faible perméabilité et dans les­quels un forane ne tiendrait pas. Cet essai revient à 60 F par essai dans les 10 premiers mètres, et 80 F au delà (foraqe et interprétation non compris).

- Le pressio-perméamètre :

3 cellules jointives, descendues et plaquées dans un foraqe, par lesquelles on injecte de l'eau sous pression permettent d'obtenir un champ d'écoulement cylindrique pour la cellule centrale, dont on mesure le débit et la pression après stabilisation (réqime permanent).

0 H 1 On a alors la relation p - po = -n w u r — (Ln (-) + • )

p po q H r K

pression dans les cellules en n/cm2 pression résiduelle mesurée après annulation du débit en g/cm2 débit en cm3/s Hauteur de la cellule centrale en cm Rayon de la cellule centrale en cm perméabilité locale en cm/s.

K se déduit de la droite q = f (p - po)

Page 130: Fond 72 Fascicule 2 3 4

24 -

Les avantages de la méthode, donnés par le constructeur :

- 1 seul apparetl permettant de mesurer les K de 10-^ à 10-^ cm/s - précision de la mesure 10 à 20 * - peut descendre à de grandes profondeurs et tester différentes couches

- rapidité d'exécution, adaptable à différents diamètres de foraae.

Prix donné :

50 F par essai (compte non tenu du foraqe et du rapport) ; location de l'appareillage à la journée, sans technicien : 60 F par jour.

Cet appareil semble s'appliquer assez bien aux sols peu perméables (possibilité de monter en pression). Il peut être réalisé après foraae complet, donc sans immobiliser la foreuse, et permettre en outre de laisser le terrain se stabiliser. Le champ d'écoulement est pratiquement cylindrique. Compte tenu en outre du faible prix de revient de l'essai, celui-ci semble concurrencer favorablement les essais LEFRANC traditionnels.

Page 131: Fond 72 Fascicule 2 3 4

I I

I e

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

I I I

FOND. 72

I I

I I

I I I I

J.

CHAPITRE 3.5

Réalisation des essais en place

LCPC

• " • V . J . ^ f - j - : - !

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Page laissée blanche intentionnellement

Page 133: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3,5 REALISATION DES ESSAIS EN PLACE

3.5.1 LtS SONDâiCES PRtSSIOMETRIQUES

Principe de l'euai

a - défmition

b - caractéristiques principales

c - schéma de déroulement

d - exploitation des résultats

Caractéristiques technoiogK)ues des appajeil&-pnx rt durée des esuis

a - technologie

b - prix

c - durée

Réalisation

Domaine d'emploi

j - sois et tvpes de fondation appropriés à l'essai

b - ci< où l'essai n"es! pas approprié

Présentation des résultats 11

.; . - ILS SONDAGES AL P l M T R O S U T R i ST XTIQL E

.1. - Principe df l'essai

j - det ini t ion

b - caractéristiques principales

c - schéma théorique de l'essai de pénétration

.2. - Caractéristiques technolo^ique-s - pri\ et durée des essais

a - technologie

• penéirometres i cône mobile

• pénérromeires a cône ûxe

b - p r i \

c - durée

.i. - Mise en œuvre

J - liiniic d'emploi

b - iniluence de U mise en œuvre et des caractéristiques de l'appareil

u les mesures

.4. - Domaine d'emploi

- I- e! types de fondation appropriés à l'essai

I' - ^js Ou l'interprétation sera souvent illusoire

c - précautions à prendre

11

12

15

21

22

3.5.3 Ll S SONDAGES AL PENETROMETRE DYNA,V1I0L'E

.1 . - Principe de l'essai

J - dctinition

b - caractéristiques principales c - définition et validité théorique des formules de battage,

.1. - Caractéristiques technologiques des appareils - prix et durée des esuis

a - technologie b - prw c - durée

.3. Mise en ituvrc J - lininc d'emploi

h - t i . oinmjndslions concernant la conduite de l'essai .4, D)»mainc d'emploi

J - utiliNjtion prjtique b - vjs ou l'intcrprcution serait douteuse

.5. - Cas particulier du standard pénétration lesi

27

27

33

36

38

39

Page 134: Fond 72 Fascicule 2 3 4

3.5.4. - Lt SClSSOMlTRr Dl CHANTIER 45

.1 . - Principe

.2. - Réalisation et limites de Pesai

.3. - Interprétation des résultats

.4. - Conclusion

. 5 . - PTL\

AS

45

47 47

3.5.5 - ESSAI STATIQUE DE PIEU 48

- L'essai de pieu, ses limites

- Opportunité de l'essai de pieu - Choix du pieu d'essai

- Contrôle du pieu d'essai

- Réalisation de l'essai

- Programmes de chargement

- (nterprélafion

- Coût

48

49

50

SI

52

55

55

56

3.5.6. - QUELQUES INDICATIONS SUR LES CORRELATIONS ENTRE ESSAIS 57

. 1 . - Généralités

.2. - Sois puNcT\ilenti

.3 . - Sols cohérents

57

58

58

Page 135: Fond 72 Fascicule 2 3 4

CHAPITRE 3.5

REALISATION DES ESSAIS EN PLACE

3.5.1 - LES SONDAGES PRESSIOMETRIQUES

.1. - Principe de 1'essai

a - Définition

Il s'agit d'un essai de chargement rapide du sol par expansion d'une cellule cylindrique : l'uniformité du champ de contrainte est assurée par deux cellules de garde (voir schéma p. 2).

La sonde est mise en oeuvre dans un avant-trou ou foncée directement. La qualité de l'avant-trou (remaniement, calibrage) et celle du fonçage (refou­lement, .Tiéthode de fonçage) sont primordiales pour assurer la représentativité de l'essai. Les pressions prises en compte sont les pressions totales appli­quées au sol.

b - Caractéristiques principales

- L'essai est rzpide. Il ne donnera donc directement que des rensei-

- L'essai tend à solliciter le sol comme le ferait ^ ne fondation. L'exploitation est donc basée sur des corrélations directes, sans qu'on ait besoin de passer oar l'intermédiaire des caractéristiques mécaniques tradi­tionnelles à la rupture du sol ( "P et c).

Le calcul des fondations découle de formules semi-empiriques ; à cause de cela, l'essai est standardisé et fait l'objet d'un mode opératoire officiel du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, (circulaire n' 71-19 du 22.2.71).

- En plus des paramètres mécaniques directement mesurés, on aura besoin pour l'exploitation d'un classement du sol (voir § 5.2.1 .2. p. 10) ; les informations correspondantes pourront le plus souvent être recueillies lors du sondage préalable.

- En l'état actuel des techniques, il est déconseillé de déduire de l'essai les valeurs mécaniques intrinsèques (par ex. c et <? ) en vue d'appliquer les formules classiaues.

c - Schéma de déroulement.

L'identification du sol, ainsi que les observations concernant le fonçage de la sonde (allure de la courbe de battage, vitesse de descente au viDrofonçàgc) ou le forage de l'avant-trou (nécessité ou non de tenir les parois à la boue, pression d'injection ou de langage nécessaire, vitesse de

Page 136: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 2

fig ; 1

Le pressiomètre Menard (type G)

Contrôleur Pression - Volume

<^rs^

Courbes pressiomètriques

A V f V - V

Po Pf Pi Pbar ° Pf Pbar

V, est le volume ini t ial sous la pression atmosphérique là sonde étant en place

Courbe pressioméinque corrigée Courbe de lluage

Page 137: Fond 72 Fascicule 2 3 4

descente de la tarrière ou de l'outil de foraae) permettent d'estimer arossiè-rementla pression limite escomptée. Le chargement se fait en dix paliers de PI estimée , maintenus chacun pendant une minute, avec une tolérance de 6 à

— w 14 paliers.

On note les variations de volume V de la sonde 15, 30 et 60 secondes après chaque montée en pression (lesquelles doivent être rapides).

Un sondage pressiomètrique comporte une phase de mise en place (soit par fonçage, soit foraqe d'un avant-trou généralement réalisé par passes successives de longueur variable suivant la nature du terrain - souvent de l'ordre de 3 m) et une série d'essais de charoement effectués à différents niveaux.

Ces essais qui sont à proprement parler les essais pressior.èzricues sont réalisés tous les mètres par paliers de pression d'une minute.

Pour chaque essai, on trace la courbe pressiomètrique (variation de volume en fonction de la pression appliquée). Elle permet de déduire après correction, les valeurs des paramètres pressiomètriques :

E module pressiomètrique standard

pi oression limite pressiomètrique

pf pression de fluage.

Pour s'assurer de la valeur de l'essai, on vérifie l'ordre de grandeur du volume injecté pour recomprimer la masse du sol et le rapport E/ ,.

d - ExDlo'itation des résultats

Les résultats sont reportés sur deux graphiques : figure 1.

- courbe effort - déformation à échelles linéaires ; pression en abscisses, volumes en ordonnées.

- courbe des déformations différées ; pressions en abscisses, différence des volumes à 30 secondes et 1 minute, pour chaque palier de pression. Echelles linéaires.

vo , Df correspondent respectivement au début et à la fin de la période^inéaTre de la couroe pressiomètrique corrigée, pi à son asymptote verticale.

Si la détermination en est difficile, on prend pf au coude de la courbe de fluaqe et D1 sera par définition la pression telle que

TT— = 1 où Vo est le volume de la cellule centrale à vide (593 cm3

envi ron),

En considérant oue jusqu'à _vo il ne s'aqit que d'une remise en charge du terrain décomprimé par l'avâTit-trou ou le fonçage, Vo + vo est le volume de la sonde au début de l'essai prop'^ement dit, et la pression limite sera celle pour la':uel^e le volume de la sonde a été doublé pendant l'essai proprement dit.

Page 138: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 4

Le module pressiométrique £ est déduit de la pente -^^ de la

par t ie l i néa i re de la courbe pressiométrique, à p a r t i r d'une formule d'anneau en é l a s t i c i t é , qui comporte les caractéris-tif lues géométriques de la sonde et le volume V^injecté au mi l ieu de la par t ie l i néa i re de la courbe pressiométr ique: E = 2 (1 • •^) ( Vo+Vm) d_£_

dV

.2. - Caractéristiques technologiques des appareils. Prix et durée des essais.

a - Technologie

Les appareils pressiométriques sont brevetés, et restent la propriété de l'inventeur (Techniques Louis Ménard - 91 - LONGJUMEAU).

Les-caractéristiques principales des sondes sont reportées dans le tableau (ci-dessous )•

Le pressiométre type E, le plus ancien, convient pour les problèmes courants sous certaines réserves quant aux fondations sur pieux.

Il est remplacé progressivement par le pressiométre type G plus résistant qui permet d'atteindre des pressions supérieures (80 bars) et peut être utilisé dans le rocher. Plusieurs diamètres sont utilisables, mais le volume à vide est toujours le même pour tous les appareils.

Appareil

3 Volume (cm )

Diamètre (mm)

Longueur , . totale ^^ '

Longueur (cm) de la cel­lule centrale

Pression (bar) maximale

type E

593

60 ou 63

44

21

30

type G

593

50 ou 63

100

pour mise en oeuvre dans un tube fendu

593

44

30

tube fendu

sans objet

int. 47 ext. 60 ou 63

fentes 110

sans objet

En plus de la sonde proprement dite, l'appareillage pressio­métrique comporte un contrôleur pression-volume et des circuits de raccordement en tube de rilsan.

L'habillage des sondes (membrane et qaine) ainsi que la portée des manomètres devront être adaptés aux performances du terrain.

Page 139: Fond 72 Fascicule 2 3 4

b - Prix

Au début 1972, les prix unitaires décomposés (T.T.C.) sont proches de :

- prise en charge de l'étude 520 F - installation par profil 140 F/foraae - fonçage, foraae (tarière 90 F/ml

battage, vibrofonçaqe) 112 F/ml - essai pressiométrique 110 F/unité - frais de dossier secrétariat 10 % - assistance technique, interprétation 20 %> Soit approximativement pour un ouvraae courant où l'on effectue

trois sondanes pressiométriques à 10 m. de profondeur, pour investiaation, interprétation et rapport, 9 000 F. Ce qui représente, en pourcentaae, environ 2 à 2,5 % du montant total d'un ouvraoe d'art courant autoroutier.

c - Durée

Chaque essai standard dure une dizaine de minutes.

En fonction de la durée du fonçage direct de la sonde ou du percement de 1'avant-trou, les moyennes de lonaueurs testées par jour et par équipe (2 à 3 agents) sont de :

7 m/jour dans des terrains peu compacts (vibrofonçaae foraae à la tarière, avec ou sans boue)

5 m/jour dans des terrains compacts (foraqe rotatif, battage d'un carottier).

.3. - Réalisation

La profondeur totale testée et l'espacement des mises en pression dépendent d'une part de la nature des sols à reconnaître et d'autre part du type présumé de la fondation.

Pour des reconnaissances importantes nécessitant des sondages pressiométriques nombreux, on aura intérêt à réaliser quelques sondages de reconnaissance avec des essais préalables pour fixer leur densité, leur profondeur, 1'appareillaae et choisir la méthode de mise en oeuvre la plus adaptée au sol.

On s'attachera à exiaer que les essais soient faits, éventuellement tous les 2 mètres, depuis le terrain naturel, même si l'on prévoit une fon­dation profonde ou un tracé en déblai.

S'il n'en était pas ainsi, on se retrouverait sans renseianement sur les couches superficielles en ce qui concerne les terrassements ou le réemploi éventuel des terres (tracé en déblai), ainsi que dans les cas non exceptionnels où l'on est amené â modifier la cote de la liane rouqe du projet après la fin de la reconnaissance.

Page 140: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 6

Exemples de courbes d'essais défectueux

La courbe pressiométrique brute a en général la forme suivante

Vcm3f

Variation de volume dans la sonde.

fig. 2 250 cm 3

bars

Si la courbe a la forme ci-dessous, refuser l'essai.^o e: supérieur à 250 cm3, ce qui prouve que le forage est mal calibré (mauvaise exécution ou sol sujet à éboulement, pour lequel il faut utiliser un tube fendu ou forer sous boue).

Vcm3

fig. 3 250

bars

La courbe suivante, ou une ligne de résultat comportant : exemple pf > 10 (ou toute valeur inférieure à la pression maximale l'appareil utilisé, soit 30 bars pour le type E ) , pi > 20, indiquer vraisemblablement un éclatement accidentel de la sonde vers 8 - 1 0

'cm

250

fig. 4

Page 141: Fond 72 Fascicule 2 3 4

7 -

{ . Il faudra s'efforcer de ne pas effectuer d'essai lorsque la (| sonde est à cheval- sur deux couches différentes ; outre que les résultats (( sont dans ce cas le plus souvent inexploitables (présence de deux parties (> linéaires, pressions limite et de fluage ne correspondant ni à l'un, ni à ( l'autre des deux sols), ceci pourrait conduire à un éclatement de la sonde.

Dans ce cas on pourra décaler l'essai vers le haut ou vers le bas sans que la distance entre deux essais successifs soit inférieure à 60 cm (sonde normale) ou 80 cm (lanterné) afin d'éviter les interférences entre essais.

L'état des parois du forage, au moins autant que la stricte observation des rèales de déroulement de l'essai proprement dit, est primordial pour assurer la représentativité des résultats. Notamment le temps qui sépare la réalisation de l'avant-trou de 1'introduction de la sonde doit être réduit au minimum : c'est pour cela que le mode opératoire limite la lonaueur des passes. En revanche, quand la sonde est introduite avec refoulement on aurait intérêt à respecter un certain délai de repos.

On trouvera ci-dessous quelques exemples d'essais défectueux et les procédés de mise en oeuvre recommandés pour chaque type de sol.

. Si la paroi est mal calibrée, le volume initial vo nécessaire pour appliquer la membrane sur la paroi sera trop arand.(figure 3 p.6).

Le volume injecté étant de toutes façons limité par les capacités du contrôleur pression-volume à 750 cm3 environ, si vo est supérieur à 250 ou 300 cm3 on n'atteindra pas la pression limite et peut-être pas la pression de fluage, donc la mesure sera de toutes façons perturbée.

Comme la pression limite est peu affectée par la qualité du trou, le rapport E/pl peut être considéré comme représentatif de cette qualité. Sa valeur se situe normalement entre 8 et 12. L'essai sera considéré comme défec­tueux si le rapport E/pl est inférieur à 6 et à 4 dans les terrains pulvéru­lents noyés ; dans ce cas, ce sera le module particulièrement , qui sera douteux.

• Si la paroi est remaniée, les mesures intermédiaires, pour des pressions modérées, n'intéresseront que la partie remaniée du sol, près de la sonde : la valeur trouvée pour E sera sujette à caution, le plus souvent sous-estimée, éventuellement même ïïe deux fois.

En revanche la valeur de la pression limite pourra être néarmois correcte, puisque sa mesure se fait à pression élevée, donc intéresse un plus arand volume de sol : l'incidence d'une malfaçon du foraoe (remaniement, pollution par des éléments provenant de couches d'autres niveaux....) sera donc plus faible.

. Un traitement trop brusque amènera une perte de résistance des sols sensibles (battage ou vibropercussion dans les sables lâches ou limons saturés, remaniement des vases thixotropiques...) ou, au contraire, à une densification (fonçaqe avec refoulement dans les arailes, introduction du tube fendu nécessitant un repos pour relaxation ).

Le choix du procédé de mise en oeuvre sera donc quidé par le souci de ne pas remanier le sol, pour obtenir une imaqe fidèle de son état dans la masse (cf. tableau p. 8 ) .

En règle aénérale les forages doivent être d'abord commencés et poussés jusqu'au refus en tarière à main.

Page 142: Fond 72 Fascicule 2 3 4

M O D E D E M

Forage avec

paroi non

maintenue

Introduction avec

refoulement

Forage avec

paroi maintenue

I S E E N O E U V R E

Rotation

Tarrlère à main à eeo

Tarrlère k main Injectfcn

Mèches hélicoïdales continues

Outil plein

carottage

PercuBBlon - rotation

Battage carottler

Vlbro-fonçage carottler

Battage tube fendu

Vlbro-fonçage tube fendu

Sonde auto-foreuse

Forage tube fendu

N A T U R E D E S T E

ARGILE

1

-f —

+

2

+ + —

4-—

3

+ +

+ 0

0

0

0

LIMONS SILTS

1

+ 0

+

0

0

0

-

2

-f —

—-

+ -

R R A I N

SABLES

1

4 —

— :

+

2

+ + + 0

0

0

0

0

0

0

0

3

+ 0

û

-f + - t -0

0

+

1

+ 0

0

0

s ORAVES

2

0

0

0

0

0

0

0

0

3

0

0

0

0

ROCHERS

1

+ + -f + 0

+

+

2

+ + +

SYMBOLES

- Méthode déconseillée + Méthode recommandée

0 Méthode tolérée

1. Peu consistantes 2. Moy.consistantes 3. Très consistantes

1. Seca 2. Noyés

X 1. LSches noyés 2. Moy. coropac-tB 3. Compacts

1. Lâches noyées 2. Moy.compactes 3. Compactes

1. Altéré 12. Sain

Page 143: Fond 72 Fascicule 2 3 4

L ' i " : e c t i ;•" concom" ta ' ^ t " d'-^'S bc-e de os i " :o ' - i te '3 h c est i 'd-'sp3r,sao 1? S O J : 1? r i v sev 02 '.à "apos da^s ':c'.'S 'es t vp ; s os s:",s et z'y^â ê';â', er;ent ' î t^e 3 - f3c t i ' é3 da~s ' s s ssb"3S p-?p''3S :: TZV. coner3'",ts s ' t . é s a -3essïE j3 "a ""rope.

T'. T S " - s 3 ; '^3 • - - c T 3 v . a v

t - 03 'endu-, o c t t ^ eu ô ' c é ( intrcdw.' ' ' t àv3c r s ' • : . 1 3i,;3r.t : ' £ isé dans "es so ls fir.s : c "é r3n t s • '"i oans i3s saoles

c - . ( . . ^ . ' . iTa\'9-c le " ' y âvo'-^ r3C0'-'rs, qvs" GL.'e s o i t s e n:ae d ' • r . trr. i ' jc-t i o ' - "•J3 oa'.s J3S sab'ies s ' '77 isa"T? ' : t compacts cv dos ~^QV3S irnrT^e-nées-en 3£s?'.'a't d? '.e o j t t r e par ' ' i n t e r véd 'S - ' r e d' . 'n T a - d - i - p--s à la base d'-' t -be '^c:-rra'l, av in d ' é ' ' i t e r '/n re.rar.isn^snt sci'S l ' e f f e t des c.^or.s par dé-"?'"- a' " I ; ; • :era yj'oe fendi

- ' ; ; t " ' ' - ' s a t i c ' in te^ '^est i> '3 dv t ' jbe •^er.dv (p " " ne s c l ' ' i c i t G .3". ra. 't 3J3 ''3'" ' la '^t ies ".es p '. ? ' •aides) : c - d . - i " a i t à '.'ne s ; r ' e s t i ' " a t i c r des c a r a ' " t é - ' : . " " -.. t ^ r - a i r , .

- ~ q - - o ri

a - 2:''s 3t types d; "o-'oatics roprrpriés a "'essai

1-^-:- pressiométrique sst a ;:>'sei"".er P3jr essa'^s dans

Il p'=-',')3t o~ ira"t2^ oes r;"3ol°rnes d? stabilité de oc3S3;i)3r.ts (cf. fascicule 2 : Reconnaissance).

-.r:

L ' i ' t e - ' D ^ è t a t i c ' s ' accorùmc 33 ds t : . s " ss typ3S : : - . ' r5 " ts ae ' cnda t i cns S3 i ' '3 r3s , > : i : j x , - a j i s r s ) .

;qv3 :;3rs ' :• Rzcnç-^ pen;3t d ' a v c i : ' l'n:- idé? ' ' a t t : i - ; d r a cé- 'érâ ls .'3rit oas •:. n^'ess'?'

jr. :ss3\ 3r3ss:oire - •- *- c ' — ô ' * - •'•-: p ' PC

' 3 S S a i - - , • ) '

L'es.^ai pressicmé-"""'p'-'e - , 3 S t pas aonroor ia s un c s r t a i : . '.OT.C d? 3r3o"r~es 'J: vécar.iq' je J33 S J S ; er. o a r t i c . ' i c r :

détsrrr''^.azi:n 3-: jcs zass^r-ciz-^ ac- osnso'.zaaz'^on.

L'essai est du type rapide et ne peut donc mettre en évidence les phénomènes de tassement de consolidation ; la corrélation proposée entre le 'acp:--, T': L : "? c:3-f.c 3'i: «s-«.:st 3 p vs sc.;3't . ,'r. 3'-tai ;,3 : 3t P.-:" ". ;-"cis 3". ;ièr3i^en-: fa" " n3i 3:se.

^ : v r 33bte •a'sor, 1 ' i n t e r c ré ta t i o r - . des essois p r a s s i r é t r i qués d d : ; : ,,- bc" zrzr^ d3 crh'^z\yr ZJ. t a s s : - c ' , t des s : l s pa : crr:;p-3ssib I es "" "'"•S res te "''."3'éranc3 zz'jr 1 3s ^ ; " s C3r'.?r3sr i b".''s a s j , "ii;,:c"^Sr a»-n-l3 p ? s t i p j 3 '. .

l-ï'o:

Page 144: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 10 -

f i a : 5

Exemple de prof i l p ress i omé t r i que

Sonde J3' 6a mm de i.5 a Z,^m JS'.AA. m m d e A,3a.iA5rn ^ressiomètre type G

Nb de c o u p s p o u r 1 0 c m b o H a g e

1 2 3 4 5 10 20 30 50 100 200

c o h é s i o n c en b a r s ùjz:

_L J L

Prof,

m

N a t u r e du sol c

m o d u l e de c o m p r e s s i o n ; E en bars

50 K>0 200 400

press ion l i m i t e : Pi en b a r s

1 I I I I I I I 1p 2p 30 40

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Page 145: Fond 72 Fascicule 2 3 4

11 -

Ce phénomène, lié à la consolidation, dépend des contraintes effectives alors que l'essai pressiométrique ne permet pas de faire la part des contraintes effectives et des contraintes totales.

- problèmes de stabilité et de glissement

Ces questions sont liées aux caractéristiques de résistance (soit à court terme, DU soit à lonq terme c' et <ip suivant le problème posé) auxquelles l'essai pressiométrique ne permet pas d'accéder directement.

.5. - Présentation des résultats : voir figure 5 page 10.

Page 146: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 12

3.5.2 - LES SONDAGES AU PENETROMETRE STATIQUE

.1. - Principe de 1 'essai

a - Définition

L'essai de pénétration statique consiste à foncer dans le sol, à vitesse lente et constante, un pieu modèle réduit (0 30 à 0 100 mm).

La mesure de la résistance unitaire à la pénétration permet, à partir de rèqles semi-empiriques basées sur la similitude, de transposer les résultats obtenus à la fondation projetée.

L'appareil est soit foncé directement, soit (plus rarement) mis en oeuvre dans un avant-trou- La représentativité de l'essai peut dépendre des paramètres suivants :

- forme de la pointe - mouvement relatif corps-pointe - vitesse de pénétration - diamètre de la pointe

b - Caractéristiques principales

- Le chargement du sol est rapide. Les renseianements obtenus ne seront donc qu'à court terne.

- Les paramètres mesurés en cours d'enfoncement sont l'effort de pointe et l'effort total.

Suivant les appareils utilisés, ils sont obtenus soit simultanément et de manière continue, soit séparément et de manière discontinue.

- La variation de ces efforts en fonction de la profondeur permet de tracer un diagramme de pénétration :

. l'effort de pointe est rapporté à la surface droite du pénétro-mètre et exprimé en bars sous la forme d'une résistance de pointe unitaire et à rupture R ou r

P P . l'effort latéral, obtenu par différence de l'effort total d'en­foncement et de l'effort de pointe, est exprimé en tonnes.

- L'analyse des diagrammes de pénétration est surtout utilisée pour :

. apprécier l'homogénéité d'un site, déceler 1'hétéroaénéité ;

• . évaluer qualitativement la compacité des couches ;

. évaluer la cohésion non drainée in situ, pour les sols purement cohérents (cf. § 5.2.2).

Page 147: Fond 72 Fascicule 2 3 4

13

f i g : 6

Pénétromètre statique Gouda

^S^

Manomètre de mesure

Tube de revêtement

- Pénétromètre sur ses hélices d'ancrage

- Vérin de poussée en position haute

- Train de roues de transport relevé

En premier p lan, moteur hydraulique

pour ancrage des hélices

( Photos du L.R. d 'Angers )

Page 148: Fond 72 Fascicule 2 3 4

14 -

f ig : 7

Schénna théorique de l'essai de pénétration et de son interprétation.

penetrometre

I //////////////y. 77777777777Z

^

l_>'

RJ = R -R

d'où r ^ Rj - R

î R = ( Rn ou rn) X U

pieu

^''

7^^77777777777777, ^7777777^777.

>0, = T^ X h X

V

Qp = qpx fi

R. = R + R Q = Q D • Û

Page 149: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 15

- obtenir^ une ccTaissànce extensive d'un site, arâce à des corrélat^c-s avec d'autres essais in situ et des essais d'•'aenti ficatian ;

- °itir?.er la force portante des fondations profondes oa- s "es soir "'-.s."

c - Schéma tnéorique de 1 'essai de pénétration (figure 7 page 14)

-3 siiïiilitude entre l'essai de pénétration statique pénétroiré-trique et le vérinaoe d'un pieu penr-et de concevoir le schérna théorique de la fin. 7!

- C et R_ sont respectivement à une profondeur donnée h la force portante ou de rupture du pieu de diamètre 0 et l'effort total aopliq'Jé a'.' pênetromètre.

- Qp et Q- sont respectivement les efforts de pointe et de frotte­ment latéral relatif au pieu.

- R^ est l'effort de frottement latéral relati"' av oénétronètre.

- Q est Is. résiszar.ce unitaire de pointe du Diej.

P - ^ ou r est la résistance ^.nitaire de peinte du pénétrorètre

"^ obtenue er lu ^ appliquant 'a charge R par l'intermé-

- T

n

diaire de la tige qui lui est solidaire.

est le frozter-.ent latéral unitaire -pieu-sel.

est le frottèrent latéral unitaire pénétrorètre - sol obtenue par la relation (1). R^ étant la charne totale appliquée à l'enser^ble tube - tiae du pênetromètre.

est la sectic" du pieu.

est la section de la pointe du pênetromètre.

Dans un sol parfaitement homogène on peut écrire d'une part qu'il y 5 ênalité e-.tre q et (ou r ' à un coefficient K près qui doit tenir

^p p D

coFTDte du rapport ^ ,' v\ (notion de prcfo'deur critique d ' encô s t rendent (cf. § 5-2.1.'_. 3t d'autro part c e " " etr f sont égaux à un coefficient ',<' près qu" doit tenir cc~rte d? ".a ruaosité différente du tube du pênetro­mètre et du fût du Dieu.

Ce sc-ié~3 si-.pli'-'é Dermet de dire qu'en toute rigueur l'essai de pérét-î' -i 0- stitic-e ' .'est oas adapté à l'étude des fondations de surface. Il aopa-.T't :•• outre q.e son i-.terpretatio'" pour la détermination de la capa-c-''t? portz't: des "ondatic-s o-cfcdes est liée aux valeurs que l'on doit d:"""- a.A coe ff : ;•'OPits K c-t K'. Dans l'état actuel des connaissances, comme 3". prurra le ccnst:ter au § 5.2.2.2.,il n'existe aucune méthode générale per-ettant de "es dêf'inir d'une manière très satisfaisante.

• 2. - Csracté-i stiquc-s technolooicues des appareils. Prix et durée des essais

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- 16

Technoloaie

X

e

Depuis son invention par le professeur BUISMAN (Laboratoire de Delft) vers 1930, le pénétromètre statique a fait l'objet de nombreu brevets.

La réalisation pratique des essais dépend essentiellement de la technologie des appareils et, à cause des nombreuses variétés de ceux-ci, la sianification de l'essai pénétrométrique est toute relative.

Néanmoins le REESEP a élaboré un projet de Mode opératoire et proDosé d'uniformiser les principaux paramètres de l'essai. Il préconise l'utilisation d'appareils à cône fixe avec une vitesse de pénétration d. 1'ordre du centimètre par seconde. (Pour des valeurs de Rp inférieures à 10 bars, seules les mesures effectuées à l'aide d'une poihte électrique sont significatives).

L'exploitation des résultats devra donc être faite en connaissant parfaitement les caractéristiques technologiques de l'appareil utilisé.

Notamment, il y a lieu de les indiquer sur chaque diagramme de pénétration (type d'appareil, vitesse de pénétration, section du cône).

On peut classer les appareils en deux catégories :

- les pénétromètres à cônes fixes

Ce sont ceux pour lesquels le cône de pointe n'a pas de mouvement par rapport au fût. Ils permettent de mesurer d'une façon continue et simultanée les efforts de pointe et de frottement latéral.

La transmission de l'effort de pointe est soit mécanique (tiaes coulissant dans un tube métallique) soit assurée par une liaison sans frottement (électrique ou hydraulique).

- les pénétromètres à cônes mobiles

Ce sont ceux pour lesquels l'effort de pointe est mesuré en faisant pronresser le cône, alors que le fût, qui reçoit l'effort de frotte­ment latéral,est immobilisé pendant cette mesure. Ils permettent de mesurer d'une façon discontinue et séparée ,les efforts de pointe et de frottement latéral. La transmission est toujours mécanique.

Les caractéristiques des appareils les plus courants sont rappelée ci-dessous.

1) Pénétromètres à cône mobile

- Pénétromètre GOUDA (figure i. page V )

Pour remédier aux erreurs dans la mesure de l'effort de pointe provoquée par l'introduction de matériaux fins entre tiqe et tube, la pointe a la forme indiquée à la finure 8 .

Caractéristiques :

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- 17 -

f i g : 8

Principe du penetrometre Gouda

^

I A î

Z 36mrg

f ig : 9

Penetrometre A n d i n a . Jangot . Bonneton

Effort de pointe

V//////////A yy///////A

WA

0 60 mm

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- 18

- effort d'enfoncement naxinuir, (pour le pljs répandu' . 10 tomes

•- résista""" :s pointe ".aximuir. : 400 bars ;

- diarètre 36 mm, ce qui correspond à une section de 10 cm2 ;

- vitesse d'enfoncement variable (on adopte habituellenent 2 cm/Sec) ;

Fonctionnement :

- l'enfoncement du pénétromètre est assuré à l'aide d'un vérin hydraulique. La pointe est poussée ss-jle sur 4 cm par l'intermédiaire de la tiae centrale coulissant sans frottement dans le tube de protection. L'effort de pointe est mesuré en tête du train de tiqe.

- on rapproche ensuite le tube de la pointe (enfoncement du tube seul sur 4 cm).

- Du's ""'ensemble cône - tube est poussé sur 16 cm ce qui permet de mesurer en tête l'effort total d'en-froncement.

- "l'effort de -rottement 'atéral est, comme toujours, obt2".u par différence ertre l'effort ^'*:2' et ":'effort de pointe.

Le pénétromètre ^OUHA e?: couramment utilisé par les Laboratoires des ' onts et Chaussées.

Nctc-s qu'il a fait l'objet d'une adaptation permettant une lecture continue de l'effcrt de pointe à l'aide d'un peson à jauges de déformation à f''.'. résistant (pénétromètre électr-iquel.

Cet appareil est décrit dans le N° 36 du bulletin de liaison des laboratoires routiers. Il doit être considéré comme un pé:iétromètre à cône fixe.

Ce dernier pénétromètre permet de franchir des couches comoactes de résistance de pointe supérieure à 400 bars par battaae sur les tiges mêmes de pérétratic'^.

On ne ; -"- "r? :".ûrs que la résistance dynamique (cf. nénétromètre ayna'":que ? 3. J .3).

2 . "é-étrc^ître a cône fixe .

transmission de l'effort de pointe par tiges :

^ar ex. pénétromètre (AfJDINA - JA^'GOT - B0IJ:;ET0:J) (France) - {'^'^ r-e '•• oane 17)

. diamètre des tubes et de la pointe télescopique : 60 mm

. Grandeur de r de O à 300 bars. P

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19

fig:10

Pcnetrometre à transmission hydraulique

( Parez )

Effort de pointe (2)

i

1 -Q)

Effort total (1)

Pompe a main mettant le circuit d 'hui le en pression

Train de tiges •«-

y//////////////.

canal 'd "huile.

vérin dépeinte . . ^

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20

. L'effort de la pointe et l'effort total sont mesurés simulta­nément à 1 'aide de deux anneaux dynar:omètriques.

. L'effort latéral est lu directement. Ce pénétvométre peut être battu pour le passage des couches dures. Grâce à une petite pointe télescopi-que on peut atteindre une résistance de pointe de 1 000 bars.

Trcznsmissior: hi-draul^ q-.'e • ( Hgure 1"^ page 19).

Par ex. pénétromètre SOL-ESSAIS (brevet PAREZ) (France).

L'appareil comprend un cône dont la pointe est solidaire du piston d'un petit vérin hydraulique placé à la base du train de tiaes. La pression de pointe est transmise hydrauliquement à une série de manomètres.

La mesure de l'effort de pointe est continue.

L'enfoncement de l'appareil est réalisé à l'aide d'un vérin qui aqit sur le train de tiaes.

Réalisation de 1'essai :

Avant l'enfoncement du train de tiaes, on met en pression le circuit d'huile transmettant l'effort de pointe. On isole ce circuit à l'aide d'une vanne.

Au cours de l'enfoncement on lit sur le manomètre (1) d'une façon continue l'effort total. Les variations lues sur le manomètre (2) donnent' 1'effort de pointe.

L'appareil existe dans différents diamètres : 45 mm, 75 mrr,, 110 mm et 220 mm.

Cet appareil est couramment utilisé en FRANCE.

1) La limite d'emploi habituelle des appareils de pénétration statique est de l'ordre ae 400 bars vis-à-vis de la résistance de pointe (excepté les pénétromètres MEURISSE et ANDINA qiji sont munis d'un dispositif permettant le battaae).

Leur principal aéfaut est donc de ne pas permettre de vérifier sur une certaine épaisseur la oortance d'un banc rocheux dur, ni de traverser une couche compacte de f .inle épaisseur.

2) Il y a une certaine incertitude lors de la mesure à cause des phénomènes de flamoerrent.

Si l'on vise une exploitation quantitative, en particulier dans les sols fins, il faut utiliser un appareil avec dispositif de mesure en pointe, soit électrique soit hyaraulique.

3) Quel que soit le type de pénétromètre utilisé, il apparaît que si la déterminàtior ae la résistance de pointe est aisée celle du terme de frottement latéral est délicate et imprécise.

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21 -

'.e.- p - i x unit5".')'es décorpcsés ' : ' t 3-:ct i?s ae : 'a ' r .ée l^?. "

c-T ca^ic". ar.:~-ônc ' a - ' " .SVCD

- p r i s e en charqe E2C F 5ZC F - i ' S t à ''. s t iG ' i p j ^ Drof' '" 115 F 222 F - essà"! ' 64 F/r";l 54 F •:'] - déc"!a:ement ou "^••,ét'"G:7ètre 2-40 F,k; 2 -4 ' F',;:,. - sec ré ta r i a t 1." - "interprétaticn 15 - 20 ':

3 : i t coprox i r^a t i v6:i-;sr,t pG-.:r t r r . i s s j " - - - 3 i p9r.ét:".:r.iétr--:c .' = 3 à 10 r'. as p:-ofc'a3or.. i r . ce - ' n -é i a t i c r : t raDpo>"t, 3 62C F. Ce.qv' -ep'^é-se^ite, e^v- 'r-c i . u'J r.r?': t : t . " " d'^r, ov^-ans d ' a r t '.C'jrant à J t c o j t i o " 'mais i ' i e s ' a n i t q je de "a o a r t i ; pérétr-c-.ètr iqu'e éver.tve" ;': de 'a rocorp.a issarce. Nous avons VJ q ' j ' e V e "e S ' j f f i s a i t pas à e ' i e sa . ' ^e ' .

: - O-jrée

En f'r.it^O' de la nature a ' te^-rain, la "lOr.Guei'" tcs':ê: p^r -zir est de ' • ir:,r'S ae :

15 a 2" nrjGu- dans ces ter^air.s ee." cor:j3:t£ (arcrar^c SL'" .lérices)

30 a 40 ri/;c'jr nar.s aes terrai'.s pev con-Dacts s;r ce'-.r'Gr

15 m/0 o'ijr - ars cs tsrr-a''. ns co'^oacts.

. 3 . ~ ^ ' e ^n ri^'*'j^9

a - LT'-t: a'ero'ci

5e"3r 'es p;s:".inO . :6S c accès • les pénétrc; rètrsc s^c : sz'': '..cr.tes S'j'' des v é ^ i c j l e s ' C-';-â3 cc^t t S " " a T . ' I s pcias D^ cûir/'cr. ser ô ' t cr. p a r t i e de l e s t ' , : s o : t t '^actés . _ " :, = :•• r-cmoroccc coirpcr^.a.v; . i . : : :c c 'J'ancrane oar v i s nél i co'iaa". es ( d i s p o s ' t v r r O . : r a r i à o l î ; .

-C p r o f c ' d e u r d '-, nvcst-Oc^ t ' -cr jcpsnd 3.' type préS-ir.é ce la fondat ' icr i.a'.s c. r t c ^ t d3 ^a rctu^'c c t : " " a ' . , ' i .

-C "e r . i ' j e j r t o t a l e "ccenr^je r.c D2.t eycédc^ une q.arar ta" .ne ae r.ièt'es r' . te r ra ' : " . c~u reS'SCa.'t- c, êga^-j ! ^- r e" . v O i t é ds : t i r . c s .

r p^'éseTice '•^' .'C: ~~'"~?.",~.z~ rés'"'sta''*"i' à ~- Ib e D'-orcr.iie'''' "ue 1 p p û n p - >«^,r' ô >- v e - ' ^ ^,'-. < ' - ^ y - . 1 ^-^ c - - • c -:' n - * c ^ c " r . " / ^ "i ". - •" ^ S ^ ' ' •' ~ " "

o / 5 , \ e oO l ' o " pc'jO r.Dtc'" - 'e: / a ^ e : - : 1 ' ^ ; ; . "_ > 401 o . " . , ' e c e s s i t e "a > -ea ' i s : t : c ce ' • c s s : ' -je • . ' c a r t - t r c . " . I r - oc t t ac ie du pe, 'e t -cr ret -e 's"i ' ' c - d 'spcse i':r. àori"'. ' : tac'qce-d.vr.ai,.-. r;/el s i l ' e n -^esi-'-s teste-" "es c ":..'" i". 3 s s c ^ c - " a c e ' '; £ s.

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22

D'autre part, même si le pénétromètre a atteint son refus, il faudra s'assurer par un autre moyen (battaae, sondaae, Géophysique....) de la persistance sur une certaine profondeur des caractéristiques mécani­que escomptées (le paraaraphe 221.2.dJ'Nature des essais en fonction du type de fondation envisaaé explicitera profondeur à reconnaître dans chaque cas).

b - Influence de la mise en oeuvre et des caractéristiques de l'appareil sur les mesures :

Elle est faible en ce qui concerne la précision des résultats, les incertitudes qui existent étant liées surtout à leur exploitation (cf. § 522).

Ces observations découlent, en l'état actuel des connaissances, d'études expérimentales faites en HolHnde (Laboratoire de Delft) en Belgique (MM. DE BEER et RAEDCHELDERS) et en France (MM. KERISEL. PAREZ, JEZEQUEL et LE REESEP).

- Forme de la pointe : l'influence de l'angle au sommet (30 à 60°) est nulle lorsque les essais sont effectués dans des argiles. Pour les sables, elle est négligeable dans le domaine habituel.

On emploie aénéralement des pointes coniques de 50° d'angle au sommet.

- Mouvement relatif corps-pointe (cas des pénétrométres à cône mobile) : T'influence est controversée, les pénétrométres à cône fixe représentent mieux un pieu mais sont moins robustes (flambaae) que les pénétrométres à cône mobile.

Certaines expériences ont montré que, dans les arailes, les pénétrométres à cône mobile donnent des valeurs de la résistance de pointe supérieures (doubles quelquefois) à celles déduites des essais à cône fixe, pour des vitesses de pénétration identiques. Ceci est dû en partie au frotte­ment parasite du sol à l'arrière de la pointe et aux arrêts fréquents des tiaes.

- Vitesse de pénétration : il est d'usaae d'adopter une vitesse de pénétration de l'ordre du centimètre par seconde. L'augmentation de la vitesse peut dans certains sols (argiles molles) favoriser la création d'un bourrelet en avant de la pointe et donc accroître momentanément la résistance à la pénétration ; mais cet effet est négligeable - 5 % environ - bien que dans le sens de l'insécurité.

Au contraire, dans les silts et les limons, 1'augmentation de la vitesse diminue la résistance de pointe.

- Diamètre du pénétromètre : l'influence du diamètre est négligeable au delà d'une faible profondeur (de l'ordre de 2 mètres).

.4. - Domaine d'emploi

a - Sols et types de fondation appropriés à l'essai

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23 -

Le pénétromètre statique sera surtout utilisé pour le dirr.ensicn-nement de fondations profondes dans les sols grenus fins. Ce sera notamment le- seul essai représentatif dans des sols granulaires lâches noyés (sables ou petit gravier).

Néanmoins, hormis le cas précité, malgré la ressemblance entre pieu et pénétromètre, l'essai de pénétration statique sera insuffisant pour dimensionner à lui seul une fondation profonde.

Il faudra le compléter par un essai en place d'un autre type ou un forage de reconnaissance.

• Reconnaissanae rapide, recherche des hétérogénéités, détermination de l'épaisseur des différentes couches : L'interprétation se fera alors arâce à un essai en place d'un autre type ou en utilisant des corrélations à l'échelle d'une formation géologique , corrélation à l'échelle du site ou à l'échelle de la région. On indique dans le tableau page 25 des éléments qui permettent de déterminer la nature des couches traversées, à partir de l'allure des diagrammes de pénétration.

Détemi.nation de la cohésion des sols purement cohérents. La résistance de pointe permet de déduire une valeur approximative de la cohésion non drainée.

On peut donc en tirer, pour ce type de sols, une évaluation du taux de travail sous une fondation superficielle.

b - Cas of: l'interprétation sera souvent illusoire

Détermination précise de la force portante des fondations superfi­cielles sur des sols hétérogènes, non purement cohérents.

Détermination des tassements : L'examen attentif de prétendues relations entre la résistance de pointe et les caractéristiques de compres-sibilité du sol, conduisent à éviter absolument de recourir au pénétromètre statique seul lorsque des évaluations de tassement sont à faire. Tout au plus peut on estimer que la compressibilité est faible, donc les tassements peu importants, pour des fondations exerçant des pressions de 1 à 2 bars, lorsq'je 1 'on a R > 8 ou 10 bars, p •

c - Précautions à prendre

La mesure de R est d'autant meilleure que le sol est à granulo-métrie fine, donc que la'^courbe de pénétration est régulière.

Dans le cas contraire, il y a lieu de tracer une courbe moyenne de R comprise entre les maxima et les minima.ce qui augmente l'imprécision

de 1'interprétation.

Un ordre de arandeur raisonnable pour la dimension maximale des arains sera de 20 mm pour les appareils de petit diamètre (36 à 45 mm).

Par souci de sécurité il est conseillé dans le cas où les pointes sont très rapprochées et très marquées (dents de scie) de ne considérer que l'enveloppe des minima. V

Les pointes très rapprochées sont représentatives d'un sol comportant des blocs hétérogènes.

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24

t ig : 11

Diagramme de pénétration ( pénétromètre statique)

I I I

C on e de 6Q.?

Naf ure du sol

profon r en m

10 Resisfonce de poinfe en b a r s

50 100 150 ^ 0 0 2 3 * 5 6 7 8 9 10

EFFort \oia\ en tonnes

250 I i

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inENTiriCATIOfJ QUALITATIVE OE LA DATIIRE DES SOLS

à p a r t i r de la rés i s tance de po in te et de l ' e f f o r t t o t a l

CL -f-J

C +-> •1— un

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1/1 S-ro J3

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O n ^y ex Q:

V o r—l

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O O cvi \/ CL ce V

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CL

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\/ o

Nature

Vase

Tourbe

Argile mol le

Limon

Arqile

Sable lâche

Sable

compact

Craie

Marne

Résistance de pointe (Rp)

Pp auqmente peu

avec la profondeur (Z)

Rp varie peu avec Z

Rp croît légèrement avec

l

Pp croît lénèrement avec

Z

Pp pratiquement constant en ^'onction de Z

Rp croît avec Z

Pp croît avec Z

Effort total (R )

R varie peu

R croît très légèrement avec Z

R croît avpr z

R croît légèrement avec ' Z

R croît linéairement avec Z

R varie légèrement avec

' Z

R reste pratiquement constant.

R varie peu avec Z

R-p croît avec Z

Observations

Nécessité de mesures préci ses.

Exemple : emploi d'une poin­te électrique.

En présence de graviers ou cailloux, Rp peut présenter une courbe en "dents de scie".

Pp et R-j- peuvent présenter des variations dues à l'hété­rogénéité ou à la variation de compacité du sable, et à la pré­sence de graviers.

Pp et Rj- très fortement influencés par la présence do modules dans les craies molles.

Ry sensil)le à l'augmentation

de la compacité (forme parabo-1ique).

(. '1

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26

Si le terme de pointe pe'jt être interpolé directement sur le diagramme de pénétration, il n'en sera pas de même po'jr le terme de frotte­ment latéral sauf pe'Jt être dans le cas exceptionnel des sols parfaitement homooè^es

En effet, la courbe "frottement latéral - profonde'jr" obtenue par différence (effort tota"" moins effort ne sollicitant que la peinte) représente à 'jne cote déter-^inée l'effort total latéral ; or comme on le constate souvent, ces cojrbes ne sert pas linéaires et orésentent de nom­breuses discontinuités surtout s'il s'aait d'un pénétromètre à cône mobile.

Il sera donc délicat de déterminer, pour une tranche de sol, la va'e'jr du coefficient 'jnitaire de frottement latéral ( r,) à partir de cette courbe.

|j'autre oart il ne pourrait s'agir que du frottement acie^'-sol et nor pas du frottement béton-s-ol qui nous intéresse surtout.

(x C'est pourquoi la méthode couramment utilisée, et que nous (< (; recommandons, consiste à déduire le frottement latéral à un niveau donné {l {^ ae la résistô-ce de pointe mesurée à ce même niveau. { '

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- 27

3.5.3 - LES SONDAGES AU PENETROMETRE DYNAMIQUE

. 1 . - ^y-incipe de 1 'essai

a - Définition

Le pénétromètre dynamique est un modèle réduit de fondation pro­fonde batt'je dans le sol.

C'e~st un essai faci'e de ni se en oeuvre et rapide, donc peu coûteux, q_i pe-t être .tiiisé pour définir les points suivants, au co-rs de la reconnaissance :

- 1 • horroaénéité du site (comoaraison des courbes de oattaae)

- la cote du suostratum (contrôle des refus absolus)

- ^e re*us présumé de fondations battues (pieux, chemises métalliques, oa^iplanches, palpieux...)

- l'estimation de la force portante de fondations profondes et au cours de l'exécution, le contrôle de la force portante obtenue au cours du battaae.

Les deux premiers points montrent qu'on est en présence z'ur. Essai de Reconnaissance que l'on ne doit, eu égard à sa fiaélité, utiliser que pour avoir une idée n.-alitative de 1 a succession des couches.

Il serait illusoire de vouloir tirer de cet essai des rensei-nnements qéotechniques quantitatifs.

Les deux autres points montrent que cet essai permet un dimsnsion-nement approché des fondations profondes proprement dites (battage de pieux) ou une é"al.ati o" d- procédé d'exécution utilisé (réalisation d'un batardeau de palplancnes) dans certains terrains.

E'.fin- "'application sur cha'-tier d'une formule de battage perm.et, QJ VU des r°f'i^, [\) resureS: de prendre la décision d'arrêter le battaae, une 'ois 'a résistônc? z^'^rz'^é^ OPtenue (voir à ce sujet le § 5.2.3. 2. p. 37)

Ces formules de oattaoe doivent être utilisées avec -n coefficient de réduction irroortant.

b - Caractéristiques principales

Le chargement du sol est instantané.

Le seul paramètre que 1'o" peut mesurer à l'aide des appareils courants est 'a --ésistance dynar-que ^soit de pointe, soit de l'ensemble du train de tubes -, s.ivant les apparsi's) calculée nrâce à une formule de battaae faisant intervenir les caractéristiques de l'appareil et les refus mesur-és c c.aoue ni'.'ea;.

,'1 ) Re~arq;e : Attention, i"; y a r°i':i et r-efus. (TSVP)

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- 2 8 -

fig : 12

Mouton - Batteur Delmag ( 10 Tf )

Position de travail

Glissière de battage

Mouton

Tube de battage

Tripode de stabi l isat ion

( Photo du L.R. d 'Angers )

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- 29 -

(1} Kerraro'je 5'.'"ta

Refus : E"ifoncen ent moyen, par coup de "outon ; (calculé en aé- é-ral sur 10 coups).

Refus absolu (eu simplerent refus) : Etat ou position d'un o- eu Dâttu lorsaue la pénétrât!or devient néglineable, eu éaard à la puissance de pénétratior rrf se en jeu et au risque d'écraser le Dieu.

La variation de l'effort de battaae en fonction de ia profonaeur permet de tracer une courbe de battaae.

L'interprétation des résultats se fait habitue; 1 errent à ''aide d'un oraphiqje sur lequel on a noté le norrbre N de COUPS nécessaires ocur enfoncer la pointe de 13. 23 ou 30 cm, en fonctio-^ de la profondeur atteinte.

L'analyse des diaarammes de perpétration est surtout utilisée pour :

- âDprécisr la compacité des sels pulvérulents (voir § 353.5-, la rréthode a ' interprétation dans ce but, sur l'exemple du SPT'i.

- appréc^'er l'homogénéité d'un site, déceler l'hétérogénéité, positi c .ner "es rcucnes dures.

- env:saner de battre pieux ou pal pi anches et quelle sera la cote approx'îmative de "eur refus à puissance de battaae donnée ; déterr^iner si l'on doit craindr-e aes faux refus.

- estirer à oartir aes fomiu-ies de battage la r'orce portante des fondations profondes.

L'essai ds pénétration dynamique ne doit jamais être utilisé seul au cours de la reconnaissance.

Une recon-a'ssance extensiv'e d'un site pourra être menée à partir de cet essai h --.ond ticn d'erfect_er ui, étalonnage correct sur des foraaes de reconnaisssnce voisins ou d'autres essais in situ, en particulier les sondaqes pr essi omètriqves.

c - Définition et validité tnéorique des formules de battaae

L'exDosé qu suit concerns aussi bien un pénètromètre aynamique qu'un pieu battu.

Les rormu'es de oattaae sc-t valables pour des pénétromètres à pointe débordante.

L'extrapolation au pieu b;ttu à pointe non débordante est grossière et donc impose des coefficients :.u sécur'te importants, variab^es suivant i2S formu'es.

3n décrit ci-dessous, a titre d'illustration, les calculs nui îùcut ssent a la fcrm,".e de battage des Ho"'""andai s, pour un pénètromètre dvnar-que a peint? jebora3''t? 'ce qui daV.]s:rs n'est oas le cas o'un pieu cattu' .

L'énerg''e :rise en jeu se dissioe de deux manières ;

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- 30

NOTATIONS EMPLOYEES

E module é ' as t i q j e de "la t ine d'j pênétron:étr3.

9 enfoncèrent par coup.

e, refus élastique -"esuré en cours de battaae

h haut sur de chjte du rnoutO'"..

l lonnueur t c ta :e d': t ra in de t iae.

M poids du mouton.

• poids de la masse 'rappée du pér.étron-ètre et ses accessoires, ou Dieu, casoue et éventuellerrent faux pieu.

G charae totale dynamique.

S section droite moyenne du pénetrometre.

w ênsrg-'e c'e battage (r = ^r,].

W --ctic 3-:v:~ C3 a nointc du oér.étrcvètrs.

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31 -

- par le travail nécessaire pour enfoncer le pénétromètre

- •;i-:xr les pertes diverses.

L'énercie rrise en je'j est !•'. Dans le cas d'vne masse en cnvts libre, si M est le poids de la masse frappante (mo'jton) et h la hauteur de chute, W est éçal à i.h ; Dans le cas d'un mouton mù par 'jn moteu'r à douûie effet l'énercie mise en je'j est donnée par les construxteurs.

par Q X e, [/S travail nécessaire pour en'Poncer le pénétromètre s'exprime

Les pertes diverses proviennent de différentes sources :

- du fait du choc s'exorirr.ant par l'i (en néaliaeant pour les M+p

pénétromètres le coefficient de restitution de NEVJTC:;)

- du fait de l'élasticité du pénétromètre s'exprimant oar :

2 S.E

- du "ait ae ''enfoncement s'exprimar.t par :

- (M -•- ^) X e

- du fait de ''élasticité dv sel, cette aerniére étant aiffici-lerent accessible.

•a for"jle Générale s'écrit donc :

I.ID ] p î P

- , -

' • - M V 5- T T 7 7 — r • •" - •• X s •

s o i t en oraor r :a" t nar racpc r t à C ."

2 ± ± _ i i - (r ~ (M •^- F i x e = • -

• 2 S . E ^ ^ J * ^ i + P

Or (M ^ ^) peur un pénétromètre est néclineable deva Q est donnée par la résc", vtior de l'équation du second aenré Suivante :

1 i ? W M -i X -^— X 0 - 0 X o - ^ • " = 0 2 S.i ' ' M 4. p

'"'"•^t, 3" nég l i aeàn t les termes d ' o r d r e supér ieur en C, la • ' : • ' • - ?nnée par l a formule S'T.^DI i f i é e , d i t e "des H c l l a n d a i s " :

y M e ; M - '^;•

C'est ': formule ae battaqe la plus simple.

.••les verrons OU § 5.2.3 que cette formule donne des résultats trop cntinistes au-dessus d'une certaine résistance dynamique et qu'il convient alors d'-tiliser jne -crmule rr.odi"''ée qvi tient comcte de la perte d'éner-•"'e ::!.'? au raccourci sse:""er.t e"! 5St''a'L;e,qu' de^nent prépcndër-ante OU ^-oisinaae d "O'.r ^ e < 5 "m}.

Page 166: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 32 -

f i g : 13

fig : 14

Pénetrometre dans lequel le fut et la pointe

ont le même diamètre et sont solidaires

Battage

V////, '/////

A A

V

Page 167: Fond 72 Fascicule 2 3 4

33

Il existe de nombreuses formules modifiées, nous proposons de retenir la formule dite de "CRANDALL" :

Q W.M

(e + e^) (M + P)

e, représente le raccourcissement élastique du pénétromètre et du sol, e^ est à mesurer en tête du pénétromètre ; il peut à la rigueur être calculé.

.2. - Caractéristiques technologiques des appareils - Prix et durée des essais

a - Technologie

La simplicité de l'appareil et son utilisation facile ont fait que de nombreuses entreprises de travaux de fondation ont conçu et fabriqué des pénétromètres dynamiques bien souvent différents les uns des autres, rudimentaires ou élaborés, en fonction de leurs besoins.

Le plus simple des appareils utilise un treuil léger, une petite chèvre métallique, une masse frappante, une enclume et des tiges métalliques pour sondages.(figure 13).

D'autres appareils plus élaborés disposent d'un moyen de battage automatique (mouton à air comprimé ou mouton automoteur) dont la puissance de pénétration est variable selon le poids du mouton et sa hauteur de chute.

Sur ces appareils la base du train de tiqe est constituée d'une pointe conique ce qui permet de concevoir trois types principaux de péné-tromètres dynamiques :

- Pénétromètre dans lequel le fût et la pointe ont le même diamètre et sont solidaires. (fiçure 24 page 22).

Cet appareil mobilise le frottement latéral et la résistance en pointe simultanément. ^

On serait tenté de l'utiliser pour présumer de la force portante d'un pieu en extrapolant homothétiquement les résultats obtenus à partir d'une courbe de battage.

Cette interprétation est très discutable car comme nous l'avons déjà montré pour le pénétromètre statique, le calcul de la résistance de pointe doit tenir compte du diamètre du pieu et de son encastrement (pro­fondeur critique).

Comme ce type ne permet pas de dissocier le terme de pointe du terme de frottement latéral nous déconseillons absolument son utilisation pour le calcul des forces portantes.

Remarque : Les Laboratoires des Ponts et Chaussées utilisent peu actuellement le pénétromètre dynamique mais, lorsque le terrain s'y prête, réalisent des essais de pénétration dynamique au cours des campa-qnes pressiomètriques. (suite p. 35)

Page 168: Fond 72 Fascicule 2 3 4

34

f ig : 15

Penetrometre conpartant une tige centrale d ' u n diamètre

sensiblement inférieur à celui de la pointe

Battage

V

1 1 1 1

1

1

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1 1 1 1 1 1 1

fig . 16

Penetrometre dynamique à pointe mobile

Battage

l y///////////.

A /^

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y///////y

^ V

Page 169: Fond 72 Fascicule 2 3 4

35

(suite de la paoe 33) En effet, pour réaliser les forages dans lesquels seront effec­

tués les essais pressiométriques, on utilise couramment un mouton automoteur à explosion DELMAG H„ (poids : 100 kg, énergie : 30 kgm), frappant sur un

train de tubes de 49/63 mm de diamètre et de 10 kg par mètre linéaire muni à son extrémité inférieure d'un carottier simple.(figure 12 page 38).

En comptant le nombre de coups pour un enfoncement de 10 cm, on obtient une courbe de battage qui donne des renseignement très utiles sur la nature des terrains et la compacité des couches.

Combinée à l'expérience locale, cette courbe permet à l'opérateur, sur le terrain d'estimer la pression limite (donc de se fixer les paliers de pression de l'essai pressiométrique) et lors de l'exploitation d'évaluer (sur la base des cotes de refus ou de la vitesse d'enfoncement du carottier simple) les risques de faux refus des pieux et oalplanches ainsi que la possibilité d'ancraae dans une couche résistante.

- PénétTomètTe comportant une tige centrale d'un diamètre sensi­blement inférieur à celui de la pointe, (figure 25 page 24).

Cet appareil ne mobilise, en principe, que la résistance en pointe.

Cependant un frottement latéral parasite difficilement estimable affectera le résultat de l'interprétation dans le cas de la traversée de couches importantes de mauvaise tenue (argiles molles, sables lâches saturés).

Pour s'affranchir de cette difficulté, certains auteurs utilisent une membrane protectrice souple ou bien (système COUARD) raccordent les tiges entre elles par des olives de diamètres supérieur à celui des tiges réalisant le trou.

Le pénétromètre SERMES, de ce type, élimine tout frottement latéral parasite par injection de boue bentonique au fur et à mesure de l'enfoncement, grâce à des orifices placés dans les tiges.

Le battage s'effectue à l'aide d'un mouton pneumatique à hauteur de chute rigoureusement contrôlée et à puissance de pénétration modifiable ; les tiges sont vissée? o^tre elles sur embout conique et la pointe est perdue, ce qui simplifie considérablement les opérations de relevaae et donc raccour­cit les délais.

La plus qrande rioidité du système ainsi obtenu évite des défor­mations de flexion de flambage et limite les pertes d'énergie.

- Pénétromètre dynamique à pointe mobile, (figure 16 page 24).

Cet appareil permet de mesurer d'une part la résistance de pointe, d'autre part le frottement latéral, le tube creux n'étant pas solidaire de la pointe.

Ce type de pénétromètre est signalé, mais à notre connaissance son usage est peu courant car sa mise en oeuvre est plus délicate et donc l'essai plus coûteux.

A titre d'exemple, nous donnons ci-dessous les caractéristiques technologiques d'un appareil de ce type :

- pointe conique : 60 mm ; poids = 6,6 kg.

- train de tiges : 0 32/42 mm ; poids = 4,6 kq/ml

Page 170: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 3:

- tête de battage des tiges : poids = 5,2 ka.

si train de tubes extérieurs = i 47/60 mm ; poids = 8,5 ka/ml.

mouton le plus, couramment utilisé = mouton automoteur à explosion DELMAn H- (poids : 100 kg, énergie obtenue 30 kgm).

b - Prix

Au niveau 1971, et toutes taxes comprises, le prix de la partie de reconnaissance effectuée à l'aide d'un pénétromètre dynamique est pour un ouvrage d'art courant de l'ordre de 3 500 à 4 000 F, pour trois essais, à 10 m. de profondeur, interprétation et rapport compris.

Mais nous avons vu que, le plus souvent, la reconnaissance péné-trométrique seule ne sera pas suffisante.

c - Durée

En fonction de la nature du terrain, la longueur reconnue par jour est de :

- 40 m/jour dans des terrains peu compacts - 30 m/jour dans des terrains compacts.

.3. - Mise en oeuvre

a - Limite d'emploi

En tant qu'Essai de Reconnaissance, l'essai au pénétromètre dynamique peut être réalisé pratiquement dans tous les terrains et en particulier là où l'usage du pénétromètre purement statique est qènéralement impossible (1) (terrains aravèleux comportant des éléments de fortes dimen­sions - rochers altérés - éboulis - bancs rocheux de faible épaisseur intercalés dans des formations plus meubles).

Son utilisation "tous terrains"est d'autant plus intéressante que le matériel de pénétration dynamique est peu encombrant et d'un poids modeste, permettant ainsi l'intervention dans des zones impraticables à d'autres essais. (Notamment en site aquatique sur ponton puisqu'il ne nécessite pas de réaction importante).

L'interprétation des essais dans ce cas permet d'obtenir des informations qualitatives sur la nature des couches de terrain et d'en préciser la position.

(1) on se reportera au chapitre 3.5.2 pour une description des pénétromètres statiques susceptibles d'être battus.

Page 171: Fond 72 Fascicule 2 3 4

I I I I

- 37 -

f ig : 17

Essai de pénétration ( pénétromètre dynamique)

Mouton BoHeur Dgimoq y^ 2

I onde JSf 6û nrvn de 1,5 a a.^m orxae JEf-AL rnmdc Â,ia.Ui,^m^ 2 3 4 5

Nb de coups p o u r 10cm boHage

•o fonT en m

10 20 50 50 100 200

cohésion c en oars A J _ _ J L

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Cir-i » Ton m •

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Cette colonne reste vierge lorsque

l'appareil de pénétration n'est

pas un pressKjmètre

_fifrA,t rA^4.c^

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.)ném, m»B4*t

Page 172: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 38 -

({ En tant qu'Essai ds contrôle d'exécution les '--ormations recuei"-

(( ••'es :-••'.'--'t l'ingénieur en fonction de 1'expérience locale a '-:ccrir,ci tre ['. si ur .;ttage de pieux ou de palpiarcnes est r:ssi:'' =: - cjuelle profondeur (< on trouvera le refus ou une "orce portante donnée.

Cette dernière infomiction a, e' plus de son intérêt technique, un intérêt économique (choix'de la Ir^queur des pieux - choix de là longueur des palplancr.es et de leur module).

Notons qu'on utilise aussi pour les contrôles en fond de fouille un petit pénétromètre portatif (système SCCOTEC) dont la profondeur d'inves-tioation est néanmoins lirnitée ^2 à 3 r dans les sols mous et 50 cm dans les. sols plus compacts).

b - Recommandations concernant la conduite de l'essai

- Importance des paramètres matériels

''our interpréter convenablement les résultats d'essais de pénétrâti dynamique, il est nécessaire d'en connaître en permanence les éléments, par­ticulièrement lorsque l'on désire faire une interprétation quantitative.

Ceci imolique l'utilisation d'un appareillage permettant un contrôle rigoureux de la hauteur de chute du mouton et un pointaae exact du nombre de coups de mouton pour un enfoncement donné.

Il est--'nd-isoensable que le rapport précise les caractéristiques technologiques de l'appareil, (on se reportera à la fiche de battage du dossier pilote GMO 70).

- Etalonnage

Rappelons que l 'essa i de pénétrat ion dynamique ne doi t pas être u t i l i s é seu' ( les mêmes valeurs du refus pouvant correspondre à des ter ra ins de natures très variables à d i f fé rentes compacités), l ' i n t e r p r é t a t i o n ne pourra être romp'ète et correcte que si le sol a été i d e n t i f i é à l ' a ide de 'oranes de reconnaissance ou d'autres essais in s i t u .

'.'. par t i cu l ie r " : l ' a l l u r e des courbes de battaae en des points d i f fé ren ts permettra ^ 'ex t rapo ler les caractér ist iques des sols mesurées en un cer ta in nombre de po in ts .

Domaine d'emoloi

a - utilisation pratique

Le pénétromètre dynamique doit être considéré comme un r-.oyen rapide d ' i n v e s t i g a t i o n que l'on peut utiliser aux différentes étapes de la reconnaissônce (cf § 2.2.4 tableau récapitulatif).

il peut être utile pour détenir-ner le toit du rocher sous des fortes épaisseurs de sols compressibles en mettant en évidence la présence de couches de Sàb"ie intercalaires.

C'est, Dans certains sols et dans certaines conditions (environ­nement, d-i'f-:u't?s -:i'ôccè£) à peu près le seul essai réalisable. C'est souvent le cas pour reconnaître avec certitude les limites de l'altération en surface d'un banc rocheux épais.

Page 173: Fond 72 Fascicule 2 3 4

39 -

Comme -voyen de coyzzTcle,çàr rapport à d'autres essais,il peut être utilisé pour déterminer la-longueur des fondations profondes en particulier lorsque le terrain permet d'obtenir un refus franc.

Dans le cas des pieux et paiplanches battus il permet d'avoir un ordre d'idée de la fiche dans un sol résistant et de mettre en évidence les difficultés de traversée de couches compactes intercalaires. On en dé­duira souvent le module minimum des paiplanches.

En outre, certaines entreprises utilisent l'essai dynamique pour l'extrapoler à la pénétration par vibration (écrans d'étanchéité réalisés par vibrofonçage, pieux vibrofoncés, vibroflottation etc....). Ceci nécessite néanmoins des corrélations supplémentaires spéciales.

La comparaison des refus obtenus lors du battaae des pieux préfabriqués permet, en les transformant en force portante par le biais de la formule de battaae choisie, affectée du coefficient de réduction, de prendre la décision d'arrêt du battaae, au moment où le refus est obtenu.

b - Cas où l'interprétation sera douteuse

Notons que certains auteurs, en comparant la résistance de pointe statique (R ) à la résistance dynamique (r, ) obtenus à la rupture sur le

même site, ont constaté que dans la plupart des cas, le rapport R est

r , dyn

cor;stant pour un type de sol donné et compris entre 0,5 et 0,75.

On restera néanmoins prudent dans l'utilisation de corrélations de ce type, puisque la résistance dynamique calculée dépend étroitement de la formule de battaae utilisée.

D'ailleurs, il serait incohérent de vouloir systématiquement ra­mener l'essai de pénétration dynamique à celui de pénétration statique.

.5. - Cas particulier du standard oénétration test

a - Particularités de l'essai

- Définition

Le standard oénétration Test (SPT) est un essai de pénétration dynamique normalisé. Il est couramment utilisé aux Etats Unis, où il a fait l'objet d'une abondante bibliographie.

L'essai consiste à compter le nombre de coups N nécessaire à l'enfoncement d'un carottier donné d'une profondeur de 33 cm sous 'jne énernie de percussion connue.

Caractéristiques du carottier standard :

Lonnueur : 813 mm

Diamètre extérieur : 37 mm

Page 174: Fond 72 Fascicule 2 3 4

40

fig : 18

Abaque de Peck

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2B 32 M U) 44 ANGLt Dc rsorr tMtwr IMTC^NC vpC

Courbes donnant la relation entre l 'angle de frottement (f> , les facteurs de capacité portante et les valeurs de N de l'essai s tandard de pénétrat ion .

Page 175: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 41 -

Poids du mouton : 63,5 ko

Hauteur de chute : 75 cm

- Utilisation

Outre son exploitation possible en pénétromètre dynamique (voir §5.2.3 Interprétation) , le SPT est surtout utilisé dans les sols pulvérulents pour lesquels des abaques donnent directement les coefficients de force portante des fondations superficielles ; il n'est pas utilisable dans les qraves ou les sols rocheux à cause de la section du carottier.

Il est de peu d'utilité dans le cas des sols cohérents "s'il est hautement souhaitable de profiter d'un foraae pour exécuter un SPT, il n'est pas conseillé de faire exécuter des forages dans le seul but d'y réaliser des SPT" (M. CASSAN).

- Exécution

Il est important qu'avant l'essai le fond de foraae soit soigneu­sement nettoyé. Il est préférable de battre le carottier directement oar un mandrin plutôt que par l'intermédiaire de tiaes.

b - 'ise en garde

On fera attention au fait que l'apparence simple de l'inter­prétation, basée sur le seul nombre N, peut voiler de notables difficultés d'exécution du trou (décompression, éboulement, refus sur aalets).

Il sera souvent délicat d'effectuer des essais au-delà de 5 mètres, et les essais devront en tout état de cause être réalisés par une équipe quaiifiée.

c - Mesures et corrections

Pour s'assurer que l'on n'est pas à l'interface de deux couches de sol, on recommande de noter les nombres de coups de mouton nécessaires au battage 15 centimètres par 15 centimètres et de vérifier qu'ils ne sont pas trop différents. Le nombre N sera la différence N^ - N^ des nombres de

coups nécessaires à l'enfoncement de 45 cm et de 15 cm.

Correction pour tenir compte de la présence éventuelle de la nappe

N = 0,5 N' + 7,5 à arrondir à l'entier inférieur

Correction pour les faibles profondeurs

35 N = N'

7 + Y D

N' : valeur mesurée à la profondeur D exprimée en mètres y : densité apparente du sol en t/m3 (ou "C ' déjauaêe, sous

la nappe) T.D sera limité supérieurement à 18 t/m2

Page 176: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 42 -

fig •• 19

Presson admissible sur le sol ( sable )

a) Pression nette du sol sans ' su r - D) Supoiement de preision nette Charge* D( = û i i l à va"iur:hârQe '

I

1 1 \ /

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y/z>^ ^>^

(^^

i-El

2 3 4 5m Largeur de la iemelle.B

05 1 XS 2 2,5m. Profondeur, Dr de la surcharge

Les diagrammes supposent une nappe phréatique a une profondeur

iou3 la semelle supérieure à B;si ce n'est pas le cas ^ on fait ta

correction • ^ •

Exemple : Semelle de 4 m de large à 2 m de profondeur,

4,8 bars terme de surface 4.5 bars temte de profondeur 9,3 bars total

4.6 bars (correction pour nappe phréatique (—) )

f ig : 20

Pressions exercées par des semelles sur du sable

correspondant à 2,5 cm de tassement

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1 2 3 4 5 bm Largeur de la semelle , B

Exemple .- r.our r = 4 :,• e^ I. - ;5C' _a nrejsion :: .1 £onne un tassement ae 2,5 en est égal à 2,8 cars

Conclusion:On prend pour pression admissible la plus petite partie des deux valeurs 2.8 et 4,6 bars, soit P.8 bars

Page 177: Fond 72 Fascicule 2 3 4

43 -

d - Abaques et résultats

- capacité portante sur sol pulvérulent.

L'abaque (fig-18)de Peck donne P et les facteurs N y , Nq de capacité portante, pour des fondations superficielles.

n peut être transformé pour donner directement la force portante admissible (coefficient de sécurité de 3) selon les diagrammes de la figure 19 page 42. On remarquera les réductions pour nappe phréatique haute.

Il est bien évident qu'il ne s'agit que de la condition de poin­çonnement, la vérification du tassement différentiel admissible devant être faite d'autre part.

- Tassement d'une semelle sur sol pulvérulent.

Le SPT donne une évaluation de la compacité relative ou indice de densité d'un sable.

e , e max -e , emin max -

Comme celui-ci est lié à la compressibilité, on comprend qu'il est possible de relier les mesures SPT au tassement escompté, ou encore, à tassement donné, de déterminer la pression sur le sol à ne pas dépasser (coefficient de sécurité de 3). L'abaque (fig. 20) correspondant est construit pour un tassement de 2,5 cm.

Page 178: Fond 72 Fascicule 2 3 4

AA

fig : 21

Le scissomètre de chantier ( ou Vane Test )

Tête d' entrainemep'

et de mesure

I I I I

I

6 M ^ " " TC D ( D * 3 H

M Moment de torsion

D Diamètre des pales

H Hauteur des pales

( Photos du L.R d 'Angers ) I

Page 179: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 45

3.5.^ - LE SCISSOMETRE DE CHANTIER

.1. - Princioe

a I

L'essai consiste à mesurer le couple de torsion maximum nécessaire eopareil pour cisailler "in situ" le sol étudié. On détermine ainsi le

terme (eu' '^rncsion non drainée des sols purement cohérents (arqiles, vases, tourDes)->

.2. - Réalisation et limites de l'essai

L'appareil est amené au niveau du terrain à étudier, par fonçaae direct ou descendu dans ur, forane existant. Oans es dernier cas, les essais alternent avec les carottages, ceci implique un curaae du fond de trou. Le moulinet est alors descendu à environ 0,5 m sous le fond de trou.

La tendance est de mettre en oeuvre directement le scissomètre aans son forage propre.

La mesure se fait par 1'intermédiaire d'un train de tiae qui transmet rotation et couple de cisaillement.

La vitesse de rotation est fixée à 0,1°/ . Il est important que le sol dont on veut mesurer la cohésion ne soit paS remanié par la mise en place de 1'appareil.

Il existe un jeu de trois moulinets permettant de mesurer des cohésions allant de 0,1 à 1 bar .

Le.scissomètre permet de mesurer la résistance au cisaillement d'ara-; les molles jusqu'à des profondeurs de 60 mètres.

L'utilisation de l'appareil reste uniquement applicable aux sols cohérents et aux argiles molles en particulier.

Le scissomètre est adapté à l'étude de Remblais sur sols compres­sibles . oir "Etudes des Remblais sur sols compressibles")

Recommandations des Laboratoires des Ponts et Chaussées. v

.3- - Interprétation des résultats

Le scissoT^rr:' mesure un cisaillement horizontal et vertical respectivement sur le bord des lames et sur leurs parties supérieures et inférieures. Un choix judicieux du rapport H permet éventuellement de tester 1'anisotropie du milieu étudié. D

Généralement H = 2D et la relation donnant la conésion devient

r - 6 ^ u " 7 K D3

Page 180: Fond 72 Fascicule 2 3 4

b r (1)

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C U 1/1

a» :. o u

70 • 0,777

SCISSOMETRE

( Pale 0 60 )

Profondeur ( - 5, 50 m )

ta

Page 181: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 47 -

.e "oment de torsion pris en compte est ie moment maximum mes'jré o .a partie suoérie'jre du train de tices.

.4. - Concl'jsio'

Le scissomètre de chantier est un appareil simple d'emoici, léger et p5rfait3rent connu. L'interprétation théorique précise pose jn certain nom.bre d? problèmes fondamentaux non résolus.

Il permet d'avoir une idée assez précise des cohésions non drainée et résiduelle d'un sol.

A ce titre il est précieux cour les études de stabilité des pentes et de tenue des remblais sur sols corrorsssibles.

.0 .

Secrétariat + constitution du dossier 10 %

Ir.terprétaticn 10 - 15 î"

(prix 1972;

Il est évident que les prix ci-dessus sont des prix moyens, ne tenant pas compte de difficultés locales particulières.

'rise en cnarqe 520 F

Transport 1,6 F/km

r*ise en station 181 F

Essai d° " - : m 99 F/ml

\= 1^, - 134 F,'rl

Page 182: Fond 72 Fascicule 2 3 4

48

3.5.5 - ESSAI STATIQUE DE PIEU

Rappelons que l'essai statique de pieu fait l'objet d'un mode opératoire officiel du Laboratoi-re Central des Ponts et Chaussées.

Nous reproduisons ici, pour ce qui est des conditions Générales de l'essai, l'article de Messieurs JEZEQUEL et MARCHAI extrait du Bulleti de liaison des Laboratoires Routiers N° 44 Mars Avril 1970.

L'essai statique de fondations profondes, appelé plus courammen "essai de pieu", est un essai de mécanique des sols.

Ceci peut paraître une évidence. Pourtant, combien d'essais de ce genre ont été réalisés sans que le spécialiste des sols ait eu à appré cier les trois points importants' que sont : opportunité, réalisation et exploitation de l'essai.

Cela tient à deux raisons principales :

- il est simple, en apparence, de charger un pieu : "on voit bien quelle charge il peut supporter" ;

- les récentes règles des Documents techniques unifiés (D.T.U.) mises à part, il n'existait pas de recommandations véritables pour la réalisation de ces essais.

Dans ce qui suit, on traitera surtout de l'essai statique d'enfoncement de pieu. Mais la plupart des remarques s'appliqueront également aux autres types d'essais (arrachement, sollicitations horizon­tales en tète).

.1. - L'essai de pieu, ses limites

Il est tout d'abord nécessaire de réfuter l'opinion trop réoani que l'essai de pieu surfit seul à résoudre tous les problèmes, qu'il dispi donc de sondages ou d'études de sols.

Des sondanes et des essais de sols sont indispensables car, d 'f part, sans eux, on ne peut pas orienter, à priori, la solution vers les fondations profondes, d'autre nart, si des fondations profondes sont nécf.' saires, le choix du type de pieux (ou puits) dépend essentiellement des résultats qu'ils auront -fournis.

Pour des fondations profondes, neuf fois sur dix, une adjudica" "au moins disant" n'aurait pas de sens : chaque type de pieu a son domei i préférentiel d'utilisation et ses limites, que seule l'étude préalable permet de fixer dans chaque cas.

L'essai statique de chargement de pieux ne renseigne que sur 1 Î| charges nominales en tète et les déplacements correspondants.

Or, sauf quelques cas célèbres, mentionnés dans la littérature, les fondations profondes insuffisamment dimensionnées pour les charges \ii ticales de l'ouvraqe seul sont rares. Par contre, les échecs graves sont très nombreux qui proviennent :

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- 49 -

. de la mise en place de pieux ou de leur fabrication,

. des poussées horizontales des remblais sur les pieux, etc.

L'essai statique ne renseiane en aucune manière sur ces phénomè­nes, pas plus que sur le frottement négatif ou l'effet de groupe.

Mais s'il y a peu d'exemple de poinçonnement du sol par des pieux, cela ne veut pas dire que la mécanique des sols sait exactement prévoir ce comportement et que, donc, les essais de pieux soient inutiles.

Les diagrammes de frottement latéral de pieu en sol cohérent suivant différents auteurs (voir § 5.2.4 fig. 36 p. 63 bis) montrent une très grande divergence qui s'accroit avec l'augmentation des qualités du terrain.

Malheureusement, la plupart des expérimentateurs ne définissent pas très clairement la façon dont ces valeurs ont été obtenues (par exem­ple, quel délai de repos a été respecté entre le battage éventuel et le chargement statique).

On voit donc que si la mécanique des sols sait définir avec précision une cohésion eu, elle ne sait pas très bien qu'en faire ensuite (tout au moins en matière de fondations profondes).

.2. - Opportunité de l'essai de pieu

Dans certains cas, les essais de pieux ne sont donc pas inutiles, Encore faut-il les réaliser à bon escient.

a - Circonstances où il est nécessaire d'effectuer l'essai

Un essai de pieu sera conseillé lorsque :

(. . l'application des diverses méthodes de la mécanique des sols l'. conduit à des résultats trop divergents ; ce sera souvent le cas pour des {'. pieux très longs (au-delà de 15 à 20 mètres), surtout dans les matériaux ('. silteux ou sableux, lâches et saturés ; f)

n . les pieux reposent en pointe dans des craies altérées ou des (I marnes (même compactes), ces matériaux pouvant avoir un comportement par-(I ticulier ;

. les pieux reposent en pointe dans des couches compactes de faibles épaisseurs;

. les pieux métalliques (ou chemisés) travaillent au frottement latéral dans des arniles consistantes ou raides ; II

(/ . l'essai de pieu permet effectivement l'extrapolation des résul-(( tats à l'ensemble du site de 1'ouvraqe ; (

{'. . le mode de mise en oeuvre peut provoquer un nain (ou une perte) (| important de charae nominale (notamment au frottement latéral), difficile-(' ment évaluable par l'étude de mécanique des sols.

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- 50 -

b - Circonstances où il est inutile de prévoir l'essai

Un essai de pieu s'avérera aénéralement superflu lorsque :

. la pointe'des pieux repose sur le rocher ou est encastrée de cinq à six diamètres dans un matériau pulvérulent compact régnant sur une forte épaisseur ;

. les pieux sont volontairement surdimensionnés pour résister à d'autres phénomènes (poussée des remblais, charges horizontales) ;

. il existe, au voisinage, des ouvrages dont les fondations sont bien connues et qui n'ont posé aucun problème ;

. le sol de fondation est très hétérogène. Il peut alors être préférable de multiplier les forages de reconnaissance et les essais en place (pressiomètre, pénétromètre...).

c - Cas particuliers des formules de battage

On évitera de faire un essai de pieu si les formules de battage conduisent à des charqes nominales supérieures à la charge intrinsèque du pieu, c'est-à-dire la charge obtenue en faisant travailler le béton au mav mum de ses possibilités. De même, si les résultats obtenus sont faibles, on se gardera de réaliser automatiquement des essais statiques : le G.E.E.S.F.O.P. considère, en effet, que l'application de telles formules ne peut conduire qu'à des résultats pessimistes dans la plupart des cas (frottement latéral très réduit par le battage). Un "rebattage" quelques heures ou quelques jours après suffit qénéralement à rassurer le maître d'oeuvre.

.3. - Choix du pieu d'essai

Si l'essai est jugé opportun, deux cas peuvent se produire suivant que le pieu d'essai fait partie ou non de l'ouvrage.

. Dans le premier, cas, les conditions de délais, d'accès, de mise en oeuvre du dispositif de réaction seront primordiales, au point d'imposer le choix du pieu d'essai ; mais, chaque fois que celles-ci le permettront, le pieu d'essai devra être choisi parmi les pieux les plus chargés (en aénéral les pieux périphériques, surtout s'il s'agit de pieux battus dans un sable, le phénomène de densification étant plus important au centre que sur les bords).

Il faut également noter que,souvent, les maîtres d'oeuvre hési­tent à charaer à plus de 1,5 fois la charge nominale ON un pieu inclus dans la fondation future ; cette crainte est, à notre avis, injustifiée dans le cas de pieux battus (il a bien fallu que le pieu soit amené à sa charge limite pour qu'il pénètre jusqu'à la cote voulue) ; dans le cas de pieux forés, la charge maximale d'essai peut être également majorée si le temps qui s'écoule entre l'essai et la construction de l'ouvrage (tabi en particulier) est suffisant pour permettre une reconstitution du sol (cf. § "Délai de repos").

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51

fig : 23

Courbes types de chargement

c UJ

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- 52 -

. Dans le deuxième cas, le pieu devra être prédimensionné au plus juste et mis en place dans une zone reconnue comme étant peu diffé­rente de celle intéressée par l'ouvraqe. Cette dernière solution est la plus intéressante et elle doit être retenue chaque fois que cela est possible :

- ou bien le chantier est en cours : l'essai statique pourra se dérouler normalement sans en gêner la marche ;

- ou bien le chantier n'est pas encore commencé : l'essai ne servira pas seulement de vérification, il permettra aussi de dimensionner au mieux la fondation réelle.

.4.,- Contrôle du pieu d'essai

C'est une phase très importante qui devrait être systématiquement suivie par l'ingénieur responsable de l'essai statique.

Les points à surveiller particulièrement sont la verticalité, la cote atteinte par la pointe et les dimensions transversales tous les mètres, pour les pieux exécutés en place. Cette dernière précision, souvent difficile à obtenir pour certains types de pieux, est pourtant une donnée primordiale si l'on associe des mesures de contraintes par capteurs, placés à différents niveaux dans le fût du pieu.

.5. - Réalisation de l'essai

La figure 23 représente deux courbes types de chargement de pieu.

La courbe I permet de distinguer trois phases principales (d'après Cambefort) :

. une phase AB, domaine normal de travail du pieu, limitée supérieurement par la charge de fluage Q,•,.

. une phase BC, au cours de laquelle les enfoncements ne sont plus proportionnels aux charges en tête,

. une phase CD, au cours de laquelle le pieu s'enfonce rapide­ment et dont la valeur asymptotique permet, en principe, de définir la charge limite Q. .

Il est souvent difficile d'obtenir le domaine limite pour les pieux de très forte capacité portante (limite du dispositif de réaction). En toute rigueur, on ne sait même pas définir la charge limite : toute augmentation de charne en tête se traduit simplement par une vites-^e d'en­foncement supérieure du pieu, la limite étant fixée par les possibilités de l'ensemble vérin-pompe.

L'obtention de Q -, est donc primordiale dans bien des cas. Malheureusement, le phénomène n'est pas toujours net et les déplacements correspondants peuvent être très faibles (de l'ordre de quelques milli­mètres ou nettement moins pour des pieux flottants).

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53

Deux conditions doivent être nécessairement respectées pour obtenir une courbe type 1 :

a - Le délai de repos

Comme indiqué précédemment, le fait de battre un pieu remanie le terrain s'il s'agit de matériaux argileux, silteux ou de sables lâches saturés. Les craies, matériaux thixotropes, sont également très affectées par les vibrations dues au battage.

De même que l'application des formules de battage est alors très défavorable, la réalisation d'essais statiques, peu après le battage, con­duit à des résultats très pessimistes.

D. PASTUREL en donne un exemple clair à partir de trois essais réalisés sur un même site.

Essai 1

Essai 2

Essai 3

Délai de repos

(jours)

19

5

4

Charqe statique limite Q, (tonnes)

265

75

140

Charge dynami-

que limite (tonnes)

122

44

101

Ecart relatif

(%)

+ 117

+ 70

+ 39

On constate bien que l'amélioration de la charge limite statique augmente avec le délai de repos.

Si le délai de repos est insuffisant, on obtient des courbes qui sous-évaluent fortement les possibilités du pieu (fia. 2Z - courbe 2).

b - Des mesures correctes

L'essai de pieu ne peut être improvisé et il est bon que le chantier soit préparé et diriaé par un spécialiste.

. Le massi;^ de réaction : H joue un rôle très important, mais est héldS souvent imposé par des conditions de crédits, de délais d'accès, de manutention, de disponibilité de matériel, etc.

Chaque fois que le sol de surface le permet, il est préférable d'utiliser des massifs de réaction "poids" plutôt que des ancrages. Ces derniers sont onéreux et nécessitent des délais supplémentaires. De plus, on connaît mal leur influence sur le pieu lui-même et, en cours d'essai, il peut être nécessaire de rattraper les déplacements excessifs de cer­tains ancraaes. Si la réaction est prise sur les pieux voisins de Vouvraqe, il est intéressant d'exploiter l'information qui peut être ainsi obtenue.

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- 54 -

fig:2A

CourlDes de chargement d'un pieu . Influence du

mouvement des bases de référerce

50 Charges en tête Q, en tonnes

100 150

î 6

° 8 c

UJ

• « " • - . .

1

'^

— 1 1

-. 1 >r

.

k

1 1

* N

V

^ .

\ \

, Voleurs corrigées du mouvement des bases de référence

» . _ Valeurs rx>n corrigées

f ig: 25

Courbes de chargement et de déd^argement

Influence de l'excentrement

Charges en tête Q, en tonnes

c

10

m

"*t ^ 1 1 '

\ V .

' l

k

50

\ ^ •

1 1 1 j

100

1 i

- X

. . ,

• ^

N N y

\ N

150

L _

\ \

^ l

\ \

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- 55 -

. Les bases fixes-ou bases de mesure. Il est vain de disposer de comparateurs au l/l' O de mm, si les bases de mesure ne sont pas rinou­reusement fixes ; c'est une des conditions essentielles de la réussite de l'essai si l'on veut obtenir la charge de fluage (mesure de l'enfoncement au 1/lOème de mm près).

Les fluctuations des base'' de mesure peuvent provenir :

1) de leur flexibilité propre ou des effets thermiques.

2) du mouvement du sol sur lequel elles reposent.

- enfoncement du sol autour du pieu en surface dans la première phase AB (collaae du pieu et du sol)

- remontée du sol au voisinage des camarteaux lorsque la réaction est transférée sur le pieu.

. Le vérin : La connaissance précise des charges appliquées au pieu imocse de placer, en série,desmanomètres rinoureusement étalonnés de différentes sensibilités.

La charge doit, en outre, être parfaitement centrée sous le massif de réaction et sur le pieu, iln mauvais centrage peut conduire à des couroes d'allure "arrondie" et, lors du déchargement, on note parfois des remontées très importantes de la tête à l'enlèvement des dernières charaes -ig. 2cj.

Pour oallier cet inconvénient, il est néce'^saire que le vérin soit muni d'une rotule et que l'on ait procédé, la veille de l'essai, à un premier chargement, très léger, afin de vérifier le bon centrane de la charge sur le pieu*.

Il est recommandé de disposer de deux comparaisons pour mesurer les déplacements horizontaux de la tête du pieu.

.5. - Proarammes de charaement

On se référera à l'article de Mrs JEZEQUELet f'ARCHAL et au mode opératoire du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées.

.7. - Interprétation

Elle devra être menée par des Inoénieurs compétents des Laboratoires

Rappelons seulement que l'examen comparatif de nombreux essais permettra au PEFOfjn de proposer des régies basées sur les critères suivants :

- charae limite Q, ou charge maximale de l'essai 2 Q,

- charae de fluage 0,,

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- 56

- enfoncement total et enfoncement permanent (ou rapport entre ces deux valeurs) pour les charaes Q , et 2 0 ,.

On pourra adopter comme charge nominale réelle du pieu testé la plus faibles des valeurs suivantes :

\ \

sous réserve que la charge Q. soit véritablement la charge limite (valeur asymptotique à la courbe charges en tête - enfoncements eu charge qui correspond à un enfoncement du pieu idéal au 1/10 de son diamètre) ;

et M < 0 < M ^ 176 ^N ^ 1,2

où Qj,, est la charge de fluage qui sera définie, soit directement sur la

courbe charges en tête - enfoncements, soit à partir du diagramme des pentes des droites de stabilisation.

.8. - Coût

Le coût moyen d'un essai est actuellement de 40 000 à 60 000 francs il est bien plus élevé si, par exemple, les charges atteigrent 500 ou 600 tonnes dans des sites difficiles. La part la plus importante de ces dépenses provient de la location et de la confection du dispositif de réaction et, éventuellement, de la fabrication du pieu d'essai (lorsque celui-ci est effectué isolément avant l'ouvrage réel).

Pour les essais courants, les mesures proprement dites ont une incidence relativement faible sur le coût total de l'opération. Rien ne peut donc justifier que l'essai soit fait sommairement, comme c'est trop souvent le cas.

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- 57 -

3.5.5 - QUELQUES INDICATIONS SUR LES CORRELATIONS ENTRE ESSAIS

.1. - Généralités

Les mononraphies des chapitres 3.5 et 3.6 consacrés aux essais en place et aux essais de laboratoire ne pourront être utilisés seules lorsque la reconnaissance aura été menée à partir d'essais variés.

La possibilité d'envisager des comparaisons entre les résultats d'essais différents permettra d'une part une meilleure connaissance du sol, d'autre part évitera de refaire toute une campaqne d'essais, enfin permettra de détecter les essais douteux ou un procédé d'essai éventuellement mal adapté aux conditions qéoloaiques ou aéotechniques locales.

Sur le plan de la recherche expérimentale en mécanique des sols, les corrélations entre essais doivent amener à une meilleure connaissance des essais en place et de leur domaine d'emploi ; en outre lorsque des contrôles ou des constatations en vraie orandeur sont effectués, la multi­plication d'essais variés permet d'obtenir une bonne connaissance du site et de vérifier leurs prédictions. (C'est ainsi que les essais de charaement statique de pieux sont toujours accompaanés de campagnes d'essais très pous­sées) .

D'ores et déjà l'examen des résultats de telles campagnes a permis de soulianer le^ points suivants :

. Il existe une bonne concordance entre les différentes méthodes d'investination, lorsque chacune est mise en oeuvre en suivant scrupuleuse­ment les recommandations et modes opératoires, et dans les limites de son domaine d'application.

. Il n'est pas conseillé d'utiliser une méthode donnée seule lorsqu'on se trouve proche de ses limites de validité.

. Il n'est pas conseillé d'utiliser un paramètre aéotechnique seul pour le calcul de fondations.

. L'appréciation de la valeur des résultats d'essais et leur interprétation sont absolument dépendantes d'une identification poussée du sol. (Géologie, propriétés, état). A défaut de carottanes nombreux, donc onéreux, il sera difficile de mener l'interprétation sur la base des résultats d'un seul type d'essais ; à moins que l'on puisse s'appuyer sur des précédents ou la pratique locale, ce qui est une forme de recours à une reconnaissance mixte.

Précisons bien, néanmoins, que le travail entrepris pour la recherche des corrélations n'est pas destiné à se passer d'un type d'essais. Cette façon de procéder serait particulièrement dangereuse, puisque les relations mises en évidence ne sont vraisemblablement ni définitives, ni passe-partout, ni suffisamment précises. Il ne s'agit pas d'appauvrir la panoplie d'essais existants, mais de s'enrichir de nouvelles connaissances pour leur interprétation.

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- 58 -

.2. - Sols pulvérulents

Nous empruntons la plus grande partie d<=>s relations ci-dessous no­tamment au GFESE^ et à MENARD..El les ont été vérifiées soit sur la base des essais que l'on trouve dans la littérature, soit à l'occasion d'essais compa­ratifs effectués sur les sites de chargement statique de pieu ou lors des campagnes de constatations.

Rp Rp est fonction de «p , avec dans les cas usuels 3 < - y < 9.

Cette relation est très bien vérifiée ; on remarquera qu'elle est tout à fait cohérente avec les valeurs moyennes données par MENARD.

limon sable

Rp/pl 5 à 6 7 à 9

Rp

ce qui correspond à <p 20 - 25° 30 - 40°

c'est-à-dire que le rapport -4- est constant dans une couche donnée (mais

il dépend bien entendu de la qranulométrie, du dearé de serrage et de la teneur en eau)

Rp rdvn

nellement, dans

est en aénéral de l'ordre de 0,5 à 0,75, mais exception-

es cas extrêmes, ce rapport peut atteindre des valeurs légèrement différentes telles 0,3 pour un sable très lâche, et 1 pour un sol grossier à frottement élevé (graviers, sables et graviers).

E

M. CASSAN donne une loi exponentielle en fonction de pi. En

fait il semble que les valeurs du rapport -y dépendent principalement du

deqré de serrage (donc de \f ) du sol :

très serré

moyennement serré

lâche

Sable

E ÏÏT

12

7 - 12

5 - 7

f •

35

30

25

Sable et graviers

E

10

6 - 10

"?'

40

35

~ fonction de vf , avec dans les cas usuels pf / fi—

.3. - Sols cohérents

Pp

pT / 3

Cette re la t ion semble bien v é r i f i é e , indépendamment de toute considération sur l ' é t a t de consol idat ion.

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59

E varie en fonction de-la consolidation de l'arqile, suivant

le tableau ci-dessous (Ménard^

sous consolidé

normalement consolidé

léoèrement surconsolidé

fortement surconsoiidé

Argile

6 - 8

8 - 12

12 - 15

16

limon argileux

5 - 8

8 - 10

10 - 14

14

Les valeurs de -T- inférieures à 5 indiquent un remaniement du sol au foraae.

pl pf

1,7

Cette relation est très bien vérifiée. On la simplifie souvent en considé­rant que la pression de fluaqe est égale à la moitié de la pression limite.

/arie généralement de 0,5 à 1,1, mais peut exceptionnellement. Pp Rd

dans le cas de sol à cons is tance m o l l e , ê t r e de l ' o r d r e de 0,3,

^— I l ne semble pas e x i s t e r de r e l a t i o n simple en t re pl e t c ;

s i les r é s u l t a t s expérimentaux ont permis d ' é t a b l i r les r e l a t i o n s données c i - d e s s o u s , c e l l e s - c i ne sont qu'approchées compte tenu de la d i s p e r s i o n des va leurs expér imenta les de pa r t e t d ' a u t r e des va leurs données par ces r e l a t i o n s .

pl - po <; 3 bars env i ron : eu = ^ r ' i t ^ -

. pl - po > 3 bars env i ron : eu = pi no IF + 0,25

PD Cu

dépend surtout du type de pénêtromètre utilisé, puisque

suivant les dispositions de la pointe un peu de frottement latéral peut être mobilisé, avec une variation dans la fourchette 10<: Rp •<: 20.

Pénêtromètre à cône fixe

Pénêtromètre électrique

Pénêtromètre G ou D17 Hollandais

Pénêtromètre à cône mobile

Rp

10

10 - 12

14

20

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Page laissée blanche intentionnellement

Page 195: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

CHAPITRE 3.6

Réalisation des essais de laboratoire sur échantillons intacts

LCPC

Page 196: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Page laissée blanche intentionnellement

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CHAPITRE 3.6

REALISATION DES ESSAIS DE LABORATOIRE SUR ECHANTILLONS INTACTS

3.6.1. - PRtAMBL'LE I

3.6.2. - LES ESSAIS MECANIQL'ES 2

.1. - Génènktès 2

.2. - Technologie des appareilj et realualion pniiqur 3

j - Tessai de compression simple ' b - essai de ciiaiUeinent à la boue

c - essai de compression tna.xia)e d - le scissométre de laboratoire e - le pénétromèire de consistance

.3. - Domaine d'utilisation et pnx unilaim 71 12

3.6.3. - LES ESSAIS DE COMPRESSIBILITE OL' ESSAIS ŒDOMETRIQUES |5

.1. - Principe de l'essai 15

.2. - TechnologK de l'appareil - Réalisation pratique IS

.3. - Interprétation dej resultxu 17 a - courbe de consolidation b - courbe de compressibibté

.4. - Pru des esxau cedométnque* 19

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Page laissée blanche intentionnellement

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CHAPITRE 3.6

REALISATION DES ESSAIS DE LABORATOIRE

SUR ECHANTILLONS INTACTS

3.6.1 - PREAMBULE

Ce chapitre, qui concerne le choix et la réalisation des essais de laboratoire présente, par rapport à celui consacré aux essais in situ, un certain nombre de différences dans l'optique et dans l'articulation :

- il est surtout destiné aux Maîtres d'Oeuvre, qui sont oeu familiarisés avec des techniques d'essais assez spécialisés et constituant une panoplie très variée.

- on insiste sur le fait que les résultats des essais effectués, pour nombreux et soignés qu'ils soient, ne valent que ce que valent les échantillons : alors que souvent dans l'esprit d'un Maître d'Oeuvre réali­sation de l'avant-trou et essai pressiométrique (par exemple) constituent deux oDérations étroitement liées, Il n'est pas sûr que l'on ressente le lien entre les deux ooérations prélèvement d'échantillons et essais de laboratoire. En effet, ces opérations ne sont pas effectuées au même endroit et il peut s'écouler un temps notable entre elles.D'où l'importance de con­server les carottes intactes.

- au contraire des essais en place, qui sollicitent le sol dans sa masse et peuvent donc rendre comote de son hétéroaénéité, les essais de labo­ratoire nour donner une idée correcte d'une couche de sol, devront être effectués sur plusieurs échantillons.

Ce chapitre va jusqu'à la mesure des caractéristiques, du sol.

On n'y donne pas d'indications très précises sur les modes opéra­toires, puisque, d'une part, ceux-ci ont fait l'objet de publications du L.C.P.C. et qu'ils sont approuvés par décision ministérielle (ce qui les rend obiinatoires) , et que d'autre part les essais sont par nature extrême­ment spécialisés et demandent une orande minutie de la part de l'opérateur ce ne sera donc jamais le Maître d'Oeuvre qui s'en charoera.

Les essais de laboratoire se divisent en deux groupes principaux

- Les essais 'd'identz-ficatzon et de classification des sols (nranulométrie, limites d'Atterbern, etc...), qui 'font l'objet d'un développement dans le chapitre 3.3 du dossier.

- Les essais de détermination des caractcristiaues mccaniaues des sols,qui font l'objet de ce chaoitre et interviennent beaucoup plus directement dans le dimensionnement des oarties d'ouvraaes en contact direct avec le sol (fondations, murs de soutènement....) ainsi que dans l'étude de la stabilité des pentes.

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- 2 -

Ces derniers essais interviennent en principe au cours de l'étude spécifique (cf § 223.), et sont classés en deux catéoories :

. Les essais mécaniques dont le but est de mesurer les caractéris­tiques intrinsèques (cohésion et l'angle de frottement interne des sols).

. Les essais de aompvessihilité dont le but est la prévision des tassen^ents et, éventuellement, de leur évolution dans le temps.

Ces deux caténories d'essais, qui se complètent nénéralement, sont effectués sur des éprouvettes de dimensions standard extraites d'échantil­lons intacts, c'est-à-dire non remaniés et à teneur en eau naturelle.

Pour être représentatifs^ .ils doivent être réalisés en nombre suffisant et " ous donnons dans les paragraphes qui suivent le nombre d'essais habituellement retenu et leur prix en valeur actuelle.

A titre ind'^'àtif on peut retenir qu'une étude complète de laboratoire pour une couch? de sols de 19 m d'épaisse'jr, réalisée à partir d'un seul forane carotté, représente une dépense d'environ 11 900 F carot-taae comris (prix 1971).

Ces essais ne semblent donc justifiés que lorsque l'objet de l'étude entreprise (fondations exceptionnelles, stabilité d'un remblai...) l'exiae ou que les phénomènes a prévoir semblent avoir une incidence impor­tante sur la fondation ou les ouvraaes provisoires ; ainsi la présence d'eau dans des sols peu perméables conduit à effectuer deux calculs, à court terme et à lonn terme (cf. § 3.1), et seuls pour l'instant les essais de laboratoire csrrettent de mener à bien ce dernier.

3.6.2 - LES ESSAIS MECANIQUES

.1. - Rénéralités

Les essais mécaniques dont le but est en général de déterminer la cohésion c et l'anqle de frottement interne "P des sols, en vue d'en déduire les sollicitations maximales auxquelles ces derniers peuvent être soumis, sont des essais de résistance à la rupture. Les trois prin­cipaux sont les suivants :

- l'essai de compression simple (A)

- l'essai de cisaillement à la boite (B)

- l'essa-î de compression triaxiale (C).

Ils comportent deux phases : application de contraintes normales, puis essai de rupture proprement dit.

Suivant les conditions retenues pour chacune de ces deux phases, on distingue trois types d'essais que l'on précise ci-dessous, à titre d'illustration pour le cas du triaxial :

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- L'essai U U (non consolidé non drainé)

. L'application des contraintes normales à drainaae fermé ne vise ici qu'à corriaer les phénomènes dus à la décompression du matériau (fissu­ration et dégagement des aaz occlus).

. La phase de cisaillement, également effectuée à drainaae fermé donc sans dissipation des surpressions interstitielles, correspondant au comportement à court terme du sol.

La caractéristique déterminée est notée c ( • = 0 )

- L'essai C U (consolidé, non drainé)

. La première phase est faite à drainage ouvert ; les contraintes normales sont maintenues suffisamment longtemps pour permettre la dissipation totale des surpressions interstitielles, donc la consolidation.

On obtient donc des éprouvettes consolidées à pression effective connue (pression de consolidation).

. La phase de cisaillement se déroule à drainage fermé avec le plus souvent, mesure de la pression interstitielle.

. Un tel essai permet d'étudier, d'une part les variations de la résistance au cisaillement non drainée du sol en fonction de la pression de consolidation, d'autre part, si l'on a mesuré la pression interstitielle, les paramètres c ' et <P'(voir ci-dessous).

. Les caractéristiques déterminées dans le premier cas sont notées c- j et «Pcy. (elles ne doivent pas être utilisées dans les formules de force portante m de stabilité car elles n'ont pas de signification physique intrinsèque).

- L'essai CD (consolidé drainé)

. La première phase est identique à celle de l'essai CL)

. La phase de cisaillement effectuée à drainage ouvert, est suffi­samment lente pour permettre la dissipation des surpressions interstitielles à mesure qu'elles apparaissent avec les variations de contraintes.

. L'essai donne les caractéristiques effectives du sol, notées £' et <P', qui interviennent directement dans un calcul à lonq terme.

Il serait trop lona, dans le cadre de ce dossier, d'entrer dans un examen critique très développé de ces différents essais de laboratoire qui par ailleurs ont déjà fait l'objet de modes opératoires édités par le L.CP.C. ; nous ne donnons ci-après qu'un rapide exposé de chacun d'entre eux, leur prix de revient actuel et leur domaine d'emploi qui est présenté sous forme de tableau à la fin de ce paraaraphe.

.2. - Technologie des appareils et réalisation pratique

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fig : 1

Essai de compression simple

j

Rr = A P TTD2

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- 5 -

fig : 2

Essai de cisaillement à la boite

^ p " CO'^ ' '0 ' '^ tev no ' - r^o le ï

p i f ' f f s p o ' * u * e v

: on t f o m l c i

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Page 204: Fond 72 Fascicule 2 3 4

a - L'essai de compression simple (fig. 1 page 4)

C'est un essai rapide au cours duquel l'éprouvette est rompue par compression simple, à charges-ou à déplacements contrôlés.

La vitesse de déformation est de 1,5 à 2 mm/mn, et la durée de l'essai est de 5 à 20 mn.

La mesure de la force P appliquée à la rupture et la connaissance du diamètre D de l'éprouvette permettent de déduire la résistance à la compression simple Rc par la relation :

Rc 4 P

Cet essai ne peut être effectué que sur des sols doués d'une , cohésion suffisante pour assurer la tenue de l'éprouvette sans frettage latéral.

b - L'essai de cisaillement à la Boîte (fig- 2 page 5)

L'éprouvette est rompue par cisaillement à vitesse contrôlée (type d'appareil le plus couramment employé), la contrainte normale restant constante durant l'essai.

. Dimensions possibles de l'éprouvette :

- Diamètre 6 cm (cylindrique)

- 6 X 6 cm (parallèlépipèdique)

- 10 X 10 cm ou 45 x 45 cm pour les sols hétérogènes.

. Profondeur de la demi-boîte inférieure, 2 cm en Général.

. Les trois types d'essais, cités au paragraphe précédent, sont possible avec la différence importante que les conditions de drainaae aux frontières ne sont pas totalement maitrisées ; on n'a donc que le moyen de jouer sur la vitesse de l'essai pour assurer le drainage ou le non drainage.

type d'essai

UU

eu CD

phase d'appli­cation des con­traintes normales

rapide

lent

lent

phase de cisail­lement

rapide

rapide

lent

Pratiquement les phases non drainées ne sont possibles qu'avec des sols imperméables (argiles et certains limons).

Page 205: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 7 -

f ig : 3

Essai tri axai

r^ - t T j

p l l u ' e I f i o X i Q ^ l e

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C f l l U l E I R l A X I A LE DROITE I N T g l N S 6 Q U E

Page 206: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 8

fig -U

INTERPRETATION DES RESULTATS TRIAXAUX EN CONTRAINTES TOTALES ET EN CONTRAINTES EFFECTIVES A PARTIR D'UN ESSAI TYPE aJ AVEC MESURE DES PRESSIONS ItnïJ^STITIELLES.

Cercles de Mohr en contraintes totales

Cercles de Mohr en contraintes effectives (ces cercles sont obtenus par simple translation, suivant l'axe des 0" , d'une valeur Ur correspondant à la pression interstitielle mesurée à la rupture de 1'éprouvette ).

Page 207: Fond 72 Fascicule 2 3 4

9 -

. Mesures à effectuer :

cr contraintes normales

T contraintes tangentielles

- Déformations

. La connaissance de C e t T à la rupture donne un point de la courbe intrinsèque du sol, qui est une droite d'équation générale :

T = c'+ (Ttq f

Quatre essais sont nécessaires pour une bonne détermination de cette droite, et par là même des caractéristiques c'et f' du sol.

c - L'essai de compression triaxiale (finure 3 pane 7)

. L'éprouvette, de forme cylindrique et d'élancement voisin de 2, est soumise à un champ de contraintes uniforme dont les composantes sont :

- une pression hydrostatique <r^ appliquée par l'intermédiaire

d'un liquide (généralement de l'eau) et constante durant l'essai.

- une contrainte axiale ou déviateur 0", - O" appliquée par

l'intermédiaire d'un piston et croissant jusqu'à rupture de l'éprouvette.

. Dimensions possibles de l'éprouvette :

- le diamètre peut varier de 38 à 100 mm.

. L'avantaqe essentiel de cet essai est la possibilité de mesurer la pression interstitielle uà tout instant.

. Les trois types d'essai (UU , CU, CD) peuvent être effectués sur cet appareil, la contrainte de consolidation étant appliquée par la pression hydrostatique O"-,.

. Les paramètres sont :

- (T impffsé pendant la phase de consolidation et la phase de cisaillement.

- (0". - 0" )et u, valeurs mesurées pendant la phase de cisail­lement. Ces dernières mesures sont à effectuer tous les A h = 0,25 mm pour les éprouvettes de petit diamètre et tous les A h = 0,50 mm pour les éprouvettes de diamètre supérieur à 50,8 rm.

. La connaissance de cr, , O" ^ et u à la rupture permet de tracer en contraintes effectives le cercle de Mohr correspondant ; l'obtention de de ces cercles à partir de 3 ér)rouvettes soumises respectivement à des con­traintes 0"^ différentes (donc o~ . différentes aussi) permet de tracer

correctement la droite intrinsèque du sol, d'équation générale :

T = ç ' + ( ( r - u ) t g f ' , tangente au 3 cercles de Mohr limites.

(figure 4 page 8).

Page 208: Fond 72 Fascicule 2 3 4

10 -

f ig : 5

Scissometrc de laboratoire

i

7

c

C

o 4r

J

15

08

06

04

02

i

— • •

. - . . .

• <*•

V

S C I S S Q M E T R E

R j j i o r l Y

1

i l.C.P.C

1

, • .

'' 1

. ._

- -

1

• -

20 <0 60 80 100 120 140 160 180 200 2 20

A ngl r de tortion en dCQrvt

Page 209: Fond 72 Fascicule 2 3 4

11

On ne réalise couramment q-je des essais UU et éventuellement des essais CD, avec mesure de pressions interstitielles.

d - Le scissomètre de Laboratoire (figure 5 page 10)

. L'essai consiste à enfoncer dans un échantillon de sol une tige munie à son extrémité d'un moulinet, puis à lui imprimer un mouvement de rotation à vitesse anaulaire constante jusqu'à cisaillement du sol.

Le couple maximum nécessaire pour cisailler le sol est mesuré à l'aide, d'un ressort étalonné fixé sur la tiae de l'appareil.

L'essai est essentiellement utilisé pour la détermination de la cohésion non drainée Cu des sols purement cohérents (argiles, vases, tourbes) et de leur sensibilité.

La cohésion est donnée par la relation

6 M

avec : M moment de torsion maximal

D diamètre des pales

H hauteur des pales

. Prix de l'essai (trois mesures) : de l'ordre de 100 F.

e - Le pénétromètre de consistance (fig'jre 6 page 13)

Un cône d'anale au sommet et de poids Qconnus est maintenu affleurant la surface supérieure de l'échantillon, puis libéré. De la hauteur d'enfoncement H, on déduit la cohésion non drainée du sol

L'appareil est donc utilisé essentiellement pour la détermination de la cohésion non drainée des sols purement cohérents, en aénéral pour des valeurs de celle-ci inférieures à 0,4 - 0,5 bar.

On peut aussi déduire les limites d'Atterberg, teneurs en eau auxquelles un cône normalisé (60° et 60 grammes pour W. , 30° pour Wp)

subit un enfoncement donné. Il s'agit alors d'un essai d'identification.

Page 210: Fond 72 Fascicule 2 3 4

14

fig : 7

Essai de compressibilite à l'œdometre

œdometre pneumatique L.P.C

Application des charges

Mesure des déformations

Schéma moule ocdometr ique

( Photo du L R. d ' A n g e r s

Page 211: Fond 72 Fascicule 2 3 4

15

3.6.3 - LES ESSAIS DE COMPRESSIBILITE OU ESSAIS ŒDOMETRIQUES

Le but pr inc ipal de cet essai est de déteminer au laborato i re les caractér ist iques du sol nécessaires au calcul des tassements du sol en place sous le poids d'une charge ( fondat ion, remblai , e t c . . . ) . L'appa­r e i l u t i l i s é est l'oedomètre de Terzaghi. Cet appareil peut serv i r en outre à déterminer la perméabil i té des sols en l ' u t i l i s a n t comme perméa-mètre à charae var iable.

.1. - Principe^ de l'essai

L'éprouvette est placée dans une enveloppe riaide, on exerce à sa partie supérieure une pression à l'aide d'un piston et l'on mesure les affaissements observés en fonction du temps.

On détermine ainsi les relations entre déformations et temps sous charae constante, et entre contraintes et déformations en refaisant l'expérience pour des pressions verticales croissantes.

.2. - Technologie de 1'appareil - Réalisation Pratique (figure? pane 14)

On rappelle que les conditions de l'essai font l'objet d'un mode opératoire officiel du L.C.P.C. (circulaire n° 70-74 du 29 Juillet 1970)

Les pierres poreuses permettent un drainage constant. Les défor­mations latérales de l'éprouvette sont empêchées par les parois riaides de 1'oedomètre.

. Caractéristiques de l'éprouvette :

- diamètre 7 cm le plus souvent

- hauteur 1,2 à 2,4 cm

. On applique une première charge à l'éprouvette et l'on suit l'évolution du tassement en fonction du temps.

L'essai est répété pour des valeurs croissantes de la charae en proaression géométrique.

. On admet couramment que les tassements sont stabilisés lorsque deux mesures effectuées à 12 heures d'intervalle ne diffèrent pas de plus de 5 microns.

. Cependant, la perméabilité du sol à étudier étant un facteur essentiel, on distingue deux types d'essais :

- les essais courts pour les sols plastiques (10 jours)

- les essais longs pour les sols organiques (3 mois environ).

. Les paramètres mesurés en cours d'essais sont :

- les charges appliquées

Page 212: Fond 72 Fascicule 2 3 4

16

Courbes de consolidaticxi

f ig : 8

Construction de Casagrandc

La courbe est tracée pour une valeur constante de la charge appliquée à 1'éprouvette.

10000

log < ( t en mn )

Ah = f (log

Cv =0,197:

Consolidation sacondnire (CD )

I Ah ( mm)

fig : 9

Construction de Taylor

m mn )

Nota ; tjQ et tgo :

les temps canespondx'!

Uv = 50 ou 907o ( c

(Ah.)

(û^so) f

û h

\

'

e>y \ b

^

\S \

w

X

\ 9

Courbe experimentéile ( 1)

Droite aeg.par t ie rectiligne de(1) On en déduit oa :Aho

Droite a b c telle que db r 1.15 de

L'adonnée du point C représente AhgQ

Ah = f (vTj")

Cv = 0,848 u-L-^Jl. tgo A

Pour la construction des courbes , on utilise t en mn et Ah en mm ; Cy est donc obtenu en m m ' /

Le calcul du temps de tassement s'effectue généralerrent avec Cy en c m ^ / s

Page 213: Fond 72 Fascicule 2 3 4

17

- les tassements observés après stabilisation sous chacune de ces charges

- les tassements en fonction du temps sous charqe constante.

Notons que la connaissance des tassements permet d'en déduire les indices des vides correspondants, puisque le volume initial de l'éprou-vette est connu.

.3. - Interprétation des résultats

a - Courbe de consolidation

Le coefficient de consolidation C est défini à partir de la théorie de Terzaghi en consolidation primai)^e, par la relation :

T 2 ' P ^ 'v _h_ . T .facteur temps v ~r -4 . h hauteur de l'éprouvette (celle-ci étant

drainée sur ses 2 faces) . t le temps nécessaire pour obtenir un

pourcentage II de consolidation primaire donné, (voir tableau § 5.2.4. p. 60)

C peut être obtenu pour une charge donnée par deux méthodes ; celle de Casaorande utilisant la courbe ^ h = f (loa t) (figure 8 ) et celle de Taylor utilisant la courbeA h = f ( V T ) (fiaure 9 ). On pourra se référer au mode opératoire de l'essai de compressibilité à l'oedométre (MS t2)

Lh = f (log t) construction de Casagrande :

2 C„ = ~ ^ ' ^ (0,197 = Trn . voir tableau § 5.2.4. p. 60)' V ^50 ^ 5U « •

Ah 3 f ( Vl)

HO r

'90

b - Courbe de compressibilité : e = f(loq <r') (fiaure 10)

Cy = M i 8 ^ (0,848 = TgQ „ voir tableau § 5.2.4. p. 60)

On trace la courbe de l'indice des vides en fin de consolidation primaire sous chaque charqe (obtenu à partir de la courbe de consolidation) en fonction du logarithme de la charae appliquée.

La courbe de compressibilité permet de déterminer l'indice de

cofT.pression C et la pression de préconsolidation a-' (d'après la cons­

truction de Casagrande ou de Schmertman).

Ces deux paramètres sont suffisants pour obtenir le tassement total de consolidation.

Page 214: Fond 72 Fascicule 2 3 4

- 18

Fig : 10

Essai de compressibilité

et construction de CTc

CTc probable (constaction de Casagrznde

loQ a"

d^ pression de préconsolidation

Ce indice de compression

Cr mdice de décompression

Page 215: Fond 72 Fascicule 2 3 4

19

'n vcit parf'^is ut"! "•se "e vco^le oedoirétrio'j? "' q'.'i sedea.v;: des caracteri st'q.'es r>-é-?3entes p:. "a relation E' = 2,3. o~. - ."' -

On dérnontre que E' est lié au module d'élasticité drainé E par la relation :

E = E' lorsque l'or donne la valeur 0.33 au coefficient de Poisson des sols.

On uti'is" :r;f"'r, "iss formules élastiques tirées de la théorie de Boussinesq po-r cacu^er le tasser.ent total.

Ceci s-jpp-se que l'on p:..'isse caractériser le sel par un seul paranètre, ce qui est aouteux puisque le rodule oedométr'O'.'e tanoert va^is dans de larnes Drooortio".s on fonction des niveaux de cctrainte.

Le taoleau ci-dessous donne un ordre de grandeur de E' en bars et Ce pour différents types de sols.

So's

Saole

A r a i 1 e

Arai le

rai a

-oll

e

a

1' pour 0~ < iO bd.Y

ne - 3 OCJ

15 - 15G

1 - 10

•s Ce

%01 -

Cl? -

C,RG -

- CIG

n,25

Ces caracteristioucs nrs;:'o:s à la suite des esscis oedométri-ques permettent de calculer ' e- tasser.ent du sol sous la charge transmise par une fondation ou un remblai, (cf. 3.3.2 - Fondations superficielles, 3. Tassement et évolution).

.4. - Prix des essais oedométr-jques (1971)

Essai normal 4GC F

Essai lonq 700 F et plus (so' s orqaniques)

Pour une coucne de se,s de 10 m. d'épaisseur, 5 essais au moins sont nécessaires, sur des échantillons prélevés à des niveaux différents, pour déterminer les caractéristiques représentatives du sol en place.

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Page laissée blanche intentionnellement

Page 217: Fond 72 Fascicule 2 3 4

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72

Fascicule 4

CONCEPTION ET CHOIX DU TYPE DE FONDATION

^_5 LCPC

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Page laissée blanche intentionnellement

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FASCICULE 4 - CONCEPTION ET CHODC DU TYPE DE FONDATION

CHAPITRE 4.1 - LES DONNEES DU PROBLEME

4.1.1. - CONTRAINTES LIEES AU SITE \

A. - Site aquatique I .2. - Site urbain - Nuisances, Encombrement, Délais 2 .3. - Sites hétérogènes 3 .4. - Sites soumis à des actions particulières 3

4.1.2 - LE SOL 3

.1. - Stratigraphie et homogénéité 4

.2. - Pendage 4

.3. - Conclusion 4

4.1.3 - L'OUVRAGE 5

CHAPITRE 4.2 - NOMENCLATURE DES FONDATIONS

4.2.1 - CLASSIFICATION DES FONDATIONS 7

4.2.2 - FONDATIONS SUPERFICIELLES 7

. 1 . - Cas général de la semelle 7 a - • Introduction, Caractéristiques communes 7 b - Interaction appui - fondation 8 c - Dispositions construciives - Largeur de la semelle. Epaisseur de la

semelle en fonction de sa larjeur, Dispositions géométriques en coupe 9 d - Sujétions d'exécution 12 e - Vérifications à faire IS

.2, - Semelle sur massif de béton non armé 16 a - Domaine d'emploi b - Interaction appui - fondation c - Dispositions constructives d - Sujétions d'exécution e - Vérification à faire

.3. - Semelle en tête de talus 21 a - Domame d'emploi - Talus de déblai. Talus de remblai, Portance insuffisante 21 b - Dispositions constructives 24 c - Sujétions d'exécution 24 d - Vérification à faire 25

4.2.3 - FONDATIONS PROFONDES 26

,1 , - Conception générale d'une fondation profonde 26 a - Eventail des possibilités 26 b - Interaction appui - fondation - Longueur de la semelle. Niveau de la semelle 27 c - Dispositions constructives 28

C] - Morphologie du pieu isolé 28 c; - Disposition en plan 29 C3 - Disposition en coupe - Choix de l'entr'axe. Nombre de files de pieux.

Inclinaison, Largeur de la semelle de liaison 31 C4 - La conception est limitée par des contraintes extérieures :

précautions particulières 40 d - Dimensionnement 42

d] - Les différents partis possibles - Principe de la résistance. Types de sollicitations. Diagramme des choix successifs

d; - Choix du diamètre .2, - Différents types de pieux 47

a - Classification des fondations profondes b - Domaine d'emploi c - Prix

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4.2.4 - OUVRAGES A FONDATION INTEGREE 52

. 1 . - Cadres (Dossier PICF 67) 52

.2. - Portiques (Dossier PIPO 66) 52

.3. - Extension des cas types 52

.4. - Remarques concernant les cadres et les portiques 54 a - Remblaiement b - Esol

4.2.5 - CAS PARTICULIERS 57

57 58 58 59 60 61 61

.1. 1

.3.

.4.

.5.

.6.

.7.

-------

Caissons Ancrages Injection des sols Cuvelage Dalle de frottement Vibroflottation Pilonnage intensif

CHAPITRE 4.3 - NIVEAU D'APPUI ET TYPE DE FONDATION

4.3.1 - PROCESSUS DU CHOIX 62

4.3.2 - NIVEAU D'APPUI 62

.1 . - Définition 62

.2. - Commentaires 62

.3. - Qualités du sol à rechercher 64

.4. - Critères de rejet de b fondation superficielle 67

4.3.3 - CHOIX DE LA SOLUTION DEFINITIVE 73

. 1 . - Restrictions dues à l'exécution 73

.2. - Critères 74

4.3.4. - CONCEPTION DES FONDATIONS EN SITE AFFOUILLABLE 77

. 1 . - Fondations superficielles sur massif de gros béton 77

.2. - Fondations profondes 81

.3. - Fondations massives sur caissons 84

.4. - Cas particuliers 84 a - Cas des culées b - Cas des ouvrages hydrauliques en cadre fermé

ANNEXE

FICHES DE PIEUX 1 à IX

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CHAPITRE 4.1

LES DONNEES DU PROBLEME

I>lous appelons données du problème tous les éléments qui permettent au début de l'étude des fondations d'un ouvrage, d. replacer celui-ci dans son site,

La conception générale doit tenir compte principalement de trois meiits et assurer la cohérence du orniet vis-à-vis d'eux; ces élément^: t le site et le sol (contraintes et servitudes) et l'ouvraae (trace et

structure). Nous les examinons successivement ci-dessous.

eléme son

A.1.1 - CONTRAINTES LIEES AU SITE

Ce sont en général les contraintes et les servitudes liées au site, au moins autant que celles liées à la nature des sols, qui rendent délicats tant de problèmes de fondation. On apportera donc un grand soin à leur examen : ceux-ci nécessiteront le plus souvent des moyens supplé­mentaires pour la reconnaissance et le dimensionnement; ces considérations amèneront éventuellement à prévoir des méthodes d'exécution ou des mesures de protection spéciales.

.1. - Site aquatique

"roblèros je débo;jc''!é et d'affoji 1 "emert : ~eur solution " mpose -•on seulement une borne "o^naissance des précédents et do "a région 'en-cuête préalable), mais encore une étude hydrologique sérieuse et, pour les affoui1lements, une reconnaissance à base d'essais in situ plus poussée. La condition de Terzagni (4 fois la hauteur du marnage) est inadaptée au cas des rivières françaises. On distinguera bien les deux composantes de la profondeur maximale d'affoui1lement à prendre en compte pour les fondations:d'une part raffouillement général du lit (en section vierge), d'autre part l'affouille-ment local auprès des piles. Nous préparons une notice techn-lque générale sur les affouillements (dont on peut d'ores et déjà obtenir la substance en s'adressant aux Divisions d'Ouvraaes d'Art du S.E.T.R.A.) et nous résumons au p>:r ;ro,pl.c '.3.4. p. 77 les recommandations sur la conception des fondations er site affouillable et les dispositions constructivcs appropriées.

Problèmes d'exécution ; ils seront en général prépondérants dans le choix du mode d'exécution et parfois même dans celui du type de fondation envisagé, tant sont importants en site aquatique les incidences financières et les aléas de chaque solution. Lorsque des rideaux de palplanches provi­soires (batardeaux ou blindage des fouilles) ou définitifs (parafouille) sont prévus, il sera utile de vérifier la possibilité effective de les en­foncer à la cote voulue et de choisir module et nuance par des essais de battage au pénétromètre dynamique ou de battage d'un pressiomètre. En fonction des divers types de sol et des caractéristiques de l'appareil battu on peut déduire, de la cote de refus à l'essai et de la courbe de battage, la cote approximative du refus absolu, un module et la nuance nécessaire des palplanches. L'expérience localp énalement est dans ce cas très précieuse.

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Problèmes de nabarit et de chocs de bateaux : il s'agit d'une part d'un problème aéométrique, d'autre part d'un problème de calcul. On trouvera au chapitre 5.1 des indications sur les actions à considérer.

Dans certains cas exceptionnels le f^aître d'Oeuvre aura à préciser des conditions de calcul spéciales pour l'ouvrage : par exemple envisager un certain dégarnissage des culées par affouillement,mais considérer un coeffi­cient de sécurité réduit (travail des aciers à la limite élastique, surchar­ges de service non majorées, etc...).

.2. - Site urbain

Les problèmes de nuisance, d'encombrement et de délais seront ici primordiaux et conduiront souvent à adopter des solutions ad hoc, pour optimiser le coût total de l'opération.

Nuisances.

Impossibilité en général d'effectuer des rabattements de nappe qui entraîneraient une consolidation (par densification artificielle) des terrains, donc des tassements d'immeubles voisins. Cela, lié aux contraintes d'encombrement, oblinera à blinder les fouilles en terrains perméables : palplanches, ancrages, injections d'étanchéité, parois moulées ou diaphraames étanches, murs berlinois, conoélation (rare).

Des considérations de délai, de niveau maximum des vibrations et du bruit, seront primordiales. Les nuisances liées au battage interdiront souvent d'avoir recours sans précaution spéciale à ce mode de fonçage. On notera que le choix d'une solution sera rendu plus difficile par le fait que certaines opérations de reconnaissance préalable sont malaisées ou même impossibles en zone urbaine, pour des raisons qui tiennent elles aussi à l'encombrement (existence des zones bâties non encore expropriées ou démolies, difficultés d'accès pour les outils de forage...) et aux nuisances. Il sera même impossible, dans certains cas, de battre des pieux.

Encombrement.

Qu'il s'agisse d'occupation plus ou moins dense du sous-sol (anciennes carrières, caves, canalisations...) ou de stricte limitation des emprises, les contraintes d'encombrement imposeront un recours fréquent à des solutions hybrides ou compliquées, très généralement onéreuses. On peut citer l'obliaation de tenir verticaux des bords de fouille qui suppor­tent déjà des contraintes du fait des constructions riveraines, l'impossi­bilité générale de provoquer une consolidation artificielle sans précau­tions sous peine de modi-f ier l'équilibre des constructions préexistantes (manque de temps pour effectuer un précharqement, incidence néfaste d'un drainage artificiel par rabattement de nappe, par drains verticaux ou par vibration.), l'utilisation d'injections conservatoires...

Dé 1 a i s •

En zone urbaine, plus qu'autre part, les délais seront un élément de contrainte primordial. L'imbrication des opérations, entre autres, néces­sitera une étude approfondie de l'organisation des travaux en plusieurs phases.

Page 223: Fond 72 Fascicule 2 3 4

3 -

Il est donc de la plus haute importance de prévoir dès le début du projet les phases ultérieures de réalisation, et d'en tirer les consé­quences en ce qui concerne la conception des ouvraqes. Par exemple les fon­dations d'un ouvraqe à réaliser lors d'une phase ultérieure pourraient être rendues très difficiles, voire impossibles, sans des reprises en sous-oeuvre, si elles n'étaient pas prévues, voire même exécutées au moins partiellement, lors de la réalisation de la première phase.

.3. - Sites hétéroqènes

Ce sont aénéralement des sites où se posent des problèmes de pendage des couches, des sites à zones d'altération, des sites présentant des failles ou autres chanaements de faciès. La reconnaissance aura dû y être soignée et complète. La coupe géoloqique et qéotechnique issue de la reconnaissance sera présentée à échelles homogènes (et non pas avec dila­tation des hauteurs) pour mieux visualiser les phénomènes d'écoulement possibles.

Il n'y a évidemment aucune raison impérative qui pousse à recourir dans ces cas au même type de fondation pour chacun des appuis. Et l'on sera effectivement conduit, souvent, à prévoir des fondations hybrides, en fonction du problème posé par le sol et par les charges (en différenciant par exemple appuis intermédiaires et appuis extrêmes, ou zone franche et zone altérée). Néanmoins on n'oubliera pas que l'introduction d'une spécialité supplémentaire sur le chantier est une cause de complication ainsi que d'augmentation des délais et des prix. Il faudra penser aussi à harmoniser les conditions de stabilité et de tassement des différentes fonda­tions pour qu'elles soient compatibles entre elles.

.4. - Sites soumis à actions particulières

On pensera, éventuellement, aux actions particulières comme les séismes, par exemple. Les directives communes relatives au calcul des constructions (circulaire 71.145 du 13 Décembre 1971) indiquent comment prendre en compte de telles actions, qu'elles soient cycliques, intermittentes ou accidentelles. Voir aussi le chapitre 5.1 du présent dossier-pilote.

A.1.2 - LE SOL

Les caractéristiques géologiques et géotechniques des couches de terrain situées sous la fondation sont connues jusqu'à une profondeur suffisante par la reconnaissance effectuée.

Page 224: Fond 72 Fascicule 2 3 4

.1. - stratigraphie et homogénéité.

Rappelons que les points qui ont dû être élucidés sont, princi­palement, la succession des couches et la nature du substratum (éventuel­lement) ainsi qu'une connaissance globale de la géologie du site, combinées avec des renseignements quantitatifs sur l'homogénéité horizontale, au moins géotechnique. (1).

.2. - Pendage.

Le pendage des différentes couches a le plus d'importance lorsque se posent des problèmes d'écoulement, d'affouillement ou d'encastrement.

Les problèmes d'écoulement concernent la stabilité des talus, celle des fouilles, les remblais sur sols compressibles et les poussées latérales sur des pieux.

Les problèmes d'affouillement sont toujours essentiels pour la recherche d'une solution et sa validité lorsqu'ils se posent, c'est-à-dire sur cours d'eau, et parfois sur -anal.

Les problèmes d'encastrement, eux, se posent dans le cas d'un substratum dur, quel que soit le type de fondation envisagé (massif de gros béton, caisson, pieux ou puits). En effet, le relief de ce substratum est souvent irrégulier - en particulier en site aquatique - et un encas­trement défectueux dans le substratur peut dans certains cas provoquer un tassement imprévisible. Plus le sol au contact sera homogène et mieux cela vaudra.

.3. - Conclusion.

La connaissance du sol, matérialisée par une coupe géotechnique et géologique, permet de déterminer un certain nombre de niveaux de fondation possibles (voir § 4.2.4), ou de préciser les zones impropres à l'implantation d'un ouvrage.

La limitation éventuelle de la hauteur de remblai que l'on peut édifier, en fonct'ion des problèmes de compressibilité, pourra déterminer la lomueur totale de l'ouvrane.

(1) Note : En effet, dans les cas courants, notamment lorsqu'on n'est pas , e s U e aquatique, il ne convient pas d'accorder une trop grande importance à des variations géologiques mineures lorsque les propriétés géotechniques restent comparables. D'autant plus que très souvent des différences d'iden­tification peuvent être dues uniquement à des imperfections du prélèvement, notamnient lorsque l'on reconnaît la nature d'une couche au seul vu des pol-luti'^ns d'une bentonite de forage pour essai in situ. (Exemple : des sables et graviers sous la nappe pourront, suivant la nature de l'outil de prélè­vement, être dénommés aussi bien graviers et galets, que sables propres et même sables limoneux).

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5 -

i,.].3 - L'OUVRAGE

Il s'agit surtout de renseignements concernant le tracé, maté­rialisés par le plan et le profil en long, et éventuellement Ta structure choisie, représentée en coupe longitudinale schématique.

La situation de l'ouvrage en déblai ou en remblai peut avoir une importance particulière sur le type de fondation à adopter, à cause de la différence entre états de contrainte avant et après la construction, et des variations dans les procédés d'exécution.

En fonction de la structure envisagée pour un franchissement donné, les exigences en ce qui concerne les fondations seront plus ou moins sévères.

La stabilité doit évidemment être assurée :

- à tous les stades de la construction (culées remblayées - tota­lement ou partiellement - ou non, cintres ou ouvrages provisoires s'appuyant sous certaines réserves (cf. GflO 70) sur les massifs de fondation définitifs, terrains en cours de consolidation, frottement négatif ou poussées latérales.

- et dans tous les cas pouvant se présenter (affouillements, sur­charges ... ; cf. chapitre 5.1 pour les sollicitations de calcul).

I En ce qui concerne l'aptitude à supporter les tassements, il faut /( faire une double distinction : Entre les ouvrages isostatiques et hypersta-('' tiques d'une part, entre les grands et les petits ouvraoes d'autre part.

Il est clair QUP les problèmes de tassements différentiels ne se posent pas avec la mêmeacuité pour les grands ouvrages.

Les ouvraqes isostatiques accepteront des tassements Généraux qui ne seront limités que par les exigences du tracé (gabarit libre sous ouvra­ge, confort de l'usager),et des tassements différentiels qui ne seront limi­tés que par les dispositions constructives. Encore les valeurs maximales seront-elles fortes et il y aura toujours la possibilité de les compenser par vérinage.

Les ouvrages hyperstatigues de petite dimension s i t donc les plus sensibles aux tassements différentiels. Néanmoins, la plupart des ouvrages-types du S.E.T.R.A. (PSI-DE, PSI-DA, PSI-DP, PSI-OM) acceptent, sous réserve d'une légère augmentation éventuelle du ferraillage ou de la précontrainte longitudinale, des tassements différentiels entre appuis notables, le plus souvent de l'ordre d'une dizaine de centimètres, (cf. à ce sujet un additif - en préparation - au dossier-pilote FOOT 67, qui donnera, pour chaque type d'ouvrage, les valeurs de tassement différentiel admissible). A noter cependant que certains types d'ouvrages parfois courants (PIPO) sont plus exigeants en ce domaine ; on consultera dans chaque cas le dossier-pilote correspondant.

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6 -

On n'oubliera pas que des tassements différentiels peuvent se produire sous appuis différents, mais aussi entre deux extrémités d'un même appui, que ceci soit dû à une dissymétrie des' descentes de charge ^cas des ponts oiaisj ou à une hétérogénéité horizontale des sols porteurs. En particulier, il faut penser à cette possibilité de déversement lorsque des arc-boutements ou des coincements peuvent avoir lieu (revanche entre les deux demi-ouvraqes d'un passage inférieur, par exemple, mais surtout murs de tête et murs de front des culées qui doivent, dans le cas de arande longueur, comporter des joints bien ouverts c'est-à-dire présentant une grosse marge de sécurité). Bien entendu, on dimensionnera les piles en con­séquence .

Il est rappelé que le document-type FOOT 57 donne tous les éléments pour calculer rapidement les réactions d'appui des ouvrages-types, en diffé­renciant poids propre et surcharges, et que le recours prématuré à un calcul électronique d'ouvrage ou de structure est à éviter absolument : il est démontré en effet que les diverses modifications faites au projet, voire une remise en cause complète de la structure cnoisie, rendent ce premier calcul inutile dans la grande généralité des cas.

En ce qui concerne ia conception générale du projet, "il est bien évident que le choix et la mise au point des fondations seront largement tributaire? de la structure de l'ouvrage proprement dit. Pour les ouvrages-types on aura souvent la possibilité dans jn large domaine de portées (et on pourra y être amené par des considératio'^s géotechniques) de remplacer une structure-type par une autre, soit moins sensible aux tassements, soit char­geant moins le sol. Quant aux ouvrages spéciaux ou exceptionnels, ils pour­ront être souvent traités de façon comparable avv ouvrages-types de structu­res similaires ; cependant on devra aussi tenir compte de leurs dispositions constructives (caractère fixe ou mobile des appareils d'appui, continuité du tablier, biais des lignes d'appui, etc..) oui sont sujettes à de grandes variations, ainsi que du nombre et de la por*tée de leurs travées.

V. est aussi quelquefois utile de sortir de la "routine" des projets et d'envisager certaines solutions de rechange qui peuvent s'avérer mieux adaptées, par exemple :

- constitution des remblais en matériaux légers (cendres volantes de densité 1,2),

- adoption d'un type de structure légère comme par exemple les PS-OM en ossature mixte, (le gain est de 50 "J sur le poids de la structure par rapport au béton précontraint, pour une portée déterminante de l'ordre de 30 m, et la souplesse encore plus grande),

- adaptation du nombre et de la portée des travées. Lorsque les fondations sont très difficiles, donc coûteuses, on a en général intérêt à en diminuer le nombre, malgré une augmentation du prix de la structure par allongement des portées ; lorsque 1^ sol est seulement médiocre on peut avoir avantage à augmenter au contraire le nombre de travées, chaque appui ne recevant alors qu'une charg" diminuée que le sol peut alors sup­porter,

- choix d'une structure répartissent les pressions (passage du PSI-DA au PI-PO ou à l'ISOSTAT et surtout au PI-CF),

- l'adaptation du planning de chantier (chargement à l'avance par des remblais, exécution de différentes piles ou culées dans un ordre déterminé pour permettre aux tassements de s'amorcer avant le décintrement du tablier, . . . j ,

- choix de structures moins sensibles au tassement différentiel ou s'accommodant do relèvements d'appuis (ce qui est une opération facile à condition qu'on ait prévu à l'avance les points de relèvements).

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Page laissée blanche intentionnellement

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CHAPITRE 4.2

NOMENCLATURE DES FONDATIONS

A. 2.1 - CLASSIFICATIONS D E S FONDATIONS

On peut classer les fondations suivant deux points de' vue : celui de la mécanique des sols et celui de l'exécution.

Du point de vue de l'exécution et de la résistance aux sollicita­tions extérieures, on parle de fondations superficielles, massives ou pro­fondes.

Pour suivre le Cahier des Prescriptions Communes, fascicule 68, on devrait n'employer que les termes : fondations directes, fondations par ouvraae interposé (qui comprennent donc les fondations massives e_t les fon­dations sur pieux et puits, entre autres).

Du point de vue de la mécanique des sols : Pour le mode de tra­vail en pointe, on distinaue les fondations superficielles et semi-profondes des fondations profondes par le fait que la base ;e trouve au-dessus ou au-dessous de la profondeur critique pour une dimension donnée, dans le terrain considéré ; Pour le reste, on distinaue les fondations semi-profondes et profondes des fondations superficielles, par la prise en compte ou non d'un frottement latéral.

Nous n'employons que les termes fondations superficielles, massives et profondes, qui sont suaqestifs ; Mais il doit rester bien entendu qu'ils recouvrent une réalité précise pour " e mode de travail.

k.1.1 - FONDATIONS SUPERFICIELLES

.1. - Cas général de la semelle

a - Introduction. Caractéristiques communes

Pour les ponts, et quel qu'en soit le biais, les semelles sont nénéralement à base rectangulaire. On retiendra que la "lonaueur" d'une semelle est comptée parallèlement à la larqeur biaise du tablier et que sa "laroeur" est parallèle à la oortée droite de la brèche.

Le dimensionnement est fait conformément aux règles de béton armé pour ce qui concerne le ferraillaqe et l'épaisseur de la semelle, aux règles de la mécanique des sols pour ce qui concerne ses dimensions et son encastrement. Les choix portent principalement sur la cote de la fondation et sur la largeur de la semelle, car on verra que sa longueur est à peu près déterminée par les dispositions constructives habituelles.

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8 -

fig : 1

Un petit tour du coté du Lexique

Il faut distinouer, ce que ne font pas toujours les habitudes de lanqaqG, la fondation proprement dite de l'appui qu'elle supporte et sur lequel repose, à son tour, la superstructure. Dans une fondation pro­fonde les différents pieux, puits ou barrettes sont liés en tête par une semelle de liaison, . dans laquelle prend naissance l'appui. Ce dernier, s'il est composé de poteaux ou colonnes, comporte un chevetre de liaison-nenent qui peut, dans le cas des culées, jouer le rôle de oarde-qrève.

Superstructure

N

Semelle de liaison F

Appui

IN I N .

v/<yyy<<yyy<:: ri

Fondation

profonde superficielle

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b ~ Interaction appui-fondation

Les caractéristiques de l'appui peuvent avoir une influence directe sur la semelle,, et notamment sur sa forme.

Longueur de la semelle : Elle sera fixée exactement en fonction de la largeur des fûts à leur base, de manière à éviter notamment que des débords trop grands ne nécessitent des armatures longitudinales excessives, sans qu'on en tire avantage sur le plan de la portante, (voir futur dossier-pilote ?? ). Pour les études de dégrossissage, mis à part les cas d'appuis concentrés (piles marteaux, ouvrages urbains) et ceux des tabliers à grands encorbellements, on pourra donc supposer une longueur de semelle voisine ou légèrement inférieure à la laraeur utile biaise du tablier.

Semelle unique ou semelles multiples : Ce choix dépend en grande partie de la forme générale des fûts et de la géométrie de l'appui, mais aussi de la qualité des sols. Donnons en quelques exemples :

- sous une culée, la semelle pourra soit rèaner sur tou­te la culée terres comprises), soit être en forme de U, plus ou moins déformé suivant le o-iais, et ce en fonction des tassements différentiels à craindre. Cependant lorsque les murs latéraux sont désolidarisés (en tout ou en partie) de la culée proprement dite, il est recommandé de ne pas chercher systématiquement à les fonder au même niveau que le mur de front ; les charges supportées sont en effet très différentes et les risques encourus en cas de tassement très inégaux.

- sur bon terrain, excluant pratiquement les tassements, on pourra projeter plusieurs semelles isolées, une sous chaque fût.

- sur terrain médiocre, les problèmes de tassement différentiel transversal conduiront à prévoir une semelle unique par appui. Or, prévoit même souvent de la renforcer par une nervure qui améliore la répartition des charges et permet ainsi de résister dans une certaine mesure aux tasse­ments différentiels. Sans déborder sur la conception de l'appui lui-même, disons cependant qu'il faut toujours nu'il y ait un élément rigide pour protéger le chevêtre et le tablier contre les tassements différentiels : ce sera soit l'ensemble semelle - nervure éventuelle, soit un autre élf-ment, par exemple un voile entre poteaux.

- dans tous les cas où le fût pénètre profondément dans le sol, une nervure est souhaitable pour servir de soubassement à la partie évasée du fût et réduire le coffrage soigné à une hauteur acceptable, voire standard.

c - Dispositions constructives

Il reste à préciser la largeur et l'épaisseur de la semelle, si l'on suppose que le niveau d'appui est choisi approximativement.

c, - Largeur de la semelle : Cette variable est fixée en fonction

de la qualité du sol au niveau considéré, du poids des terres sus-jacentes, des descentes de charge et de leur centrage.

- la discussion sur le niveau d'appui est faite au paragraphe 4.4.1, sous réserve d'être à l'abri des affoui 1lements, le cas échéant.

Dans le cas aénéral , on choisira une largeur de semelle compa­tible avec les résultats de la reconnaissance tant pour le respect

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du taux de travail admissible du sol que pour celui des tassements différentiels admissibles pour la structure portée (à ce sujet, rappelons qu'un additif au dossier FOOT 67 en cours d'élaboration donnera pour les structures courantes les tassements différentiels admissibles).

Pour certains ouvranes courants très répandus, au stade du déqrossissaae, (PSI.DP et PSI.DA) et vis-à-vis du seul critère de stabi­lité, la laraeur des semelles peut être déterminée directement par l'application de formules simples (à base statistique) données dans le document-type FOOT 67 lorsque l'on connaît le taux de travail admissible du sol d'assise.

- on s'arrangera pour assurer un centrage aussi bon que possible de la semelle sous les charoes de longue durée.

Il ne faut pa-s confondre cette notion-avec le centrage géométri­que, notamment pour les appuis soumis à une poussée des terres dissymé­trique. On rappelle à ce sujet que l'on peut avoir quelquefois intérêt à élargir une semelle sous culée, du côté du remblai, pour la stabiliser en diminuant l'inclinaison des charges (par auamentation de la composante verticale). Ajoutons aussi que dans certains cas assez particuliers il peut aussi y avoir une recherche de minimisation : en fonction de la pression maximale admissible, et parce que le poids à porter peut dépendre de 1'excen-trement. (Un exemple de recherche de ce nenre est automatisé dans le PIPO).

- le poids spécifique total des terres sera pris égal à 2 tf/m3 pour des sols normalement compactés (ce qui est le cas lorsque l'on remblaye une fouille) et à 1,2 tf/n3 pour le même sol déjaugé, sous la nappe.

Cp - Epaisseur de la semelle, en fonction de sa larneur.

Il s'agit d'un compromis entre épaisseur et ferraillage. En règle générale, il y a avantage à avoir une certaine surabondance en épaisseur, le poids ne comptant nénéralement pas pour une semelle (à la différence d'un tablier). D'une façon nénérale, on peut distinnuer différents cas :

- les semelles épaisses non armées (parfois un peu chaînées) pour lesquelles on admet une répartition des contraintes à 1 pour 2 dans le béton. Leur épaisseur satisfait donc à la condition.

h ^ ^ P - b fin. 2.

- les semelles d 'épa isseur moyenne, qui sont armées h o r i z o n t a l e ­ment,(avec éventuel lement quelques é t r i e r ^ ) , en géné ra l :

- les semelles minces, mais r i g i d e s , qui sont armées e t comportent des é t r i e r s . Les cond i t i ons de r i a i d i . t é e t de débord s ' é c r i v e n t ;

R - h h ^ ^ —2[— (ou c < 2 h ) f i g . 3.

conformément aux rèales^ de dimensionnement classiques en béton armé.

La plupart des semelles d'ouvrages d'art sont de ce type. Habi­tuellement, l'épaisseur des semelles varie entre 0,50 et 0,80 m pour les passages supérieurs courants, entre 0,80 et 1 m ou plus pour les passages supérieurs exceptionnels, et entre 0,70 et 1 m pour les passages inférieurs et les radiers.

- et enfin les semelles très minces qui ne peuvent être considé­rées comme rigides. Ces semelles ayant des débords importants par rapport à leur épaisseur sont fortement armées ; en revanche elles ne comportent souvent pas d'étriers (c'est le cas systématiquement lorsqu'une épaisseur de moins de 30 cm est suffisante à l'effort tranchant - cas de petits soutè­nements et également pour les traverses inférieures des ponts-cadres types).

Dans deux cas particuliers importants, on peut être amené à prévoir une épaisseur supérieure à celle qui résulterait strictement de la condition de rigidité :

- Pour recentrer les efforts sous un appui très haut. La semelle entière est alors ferraillée, éventuellement plus légèrement à sa partie suDérieure.

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f ig: 2

Semelle épaisse peu armée

tg e- :$ ± 2

h t> B - b

fig : 3

Semelle arme'e

d'T ° k

«—«

1—a

=—r

1 1

:

1 — 1 '

: 7^

1 •• '

:'-

b

c

— 1 j

^

, B ,

v

ht

Condition de rigidité (répart i t ion linéaire des contraintes sur le sol ) h t : ^

B - b

Condition de débord C < 2 h i

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12

- Lorsque l'on veut mobiliser une butée latérale sur le terrain (par exemple sur pente, ou pour résister à des efforts hori­zontaux dus aux tabliers), il peut être nécessaire d'augmenter le maître-couple horizontal de la semelle, donc son épaisseur.

c^ - Dispositions géométrioiios en coupe :

Les petites semelles seront toujours rectangulaires en coupe (on pourra prévoir, le plus rarement possible, 2 ou 3 % de pente pour favoriser l'écoulement de l'eau sur la face supérieure de la semelle). En revanche, pour les grandes semelles de forte épaisseur, la forme trapézo'idale qui économise du béton (mais son coffrage est cher) pourra être avantageuse. Le coffrage général de la semelle est souvent inévitable, même si on a cru l'éviter lors du projet (cf GMO 70).

La base de la semelle ne doit pas pouvoir être atteinte par le gel, pour éviter une baisse des caractéristiques géotechniques du sol au dégel. Ceci suppose que les semelles soient toujours enterrées de 50 cm environ au moins (à aunmenter suivant la réaion et l'altitude).

d - Sujétions d'exécution

L'exécution peut influer plus ou moins sur la conception de la fondation superficielle, ou sur son dimensionnement. C'est à ce titre seulement que l'on évoque ici quelques problèmes, puisque des recommandations complètes sur les règles de bonne exécution sont données dans les différentes parties du Guide de Chantier des Ouvrages d'Art (GGOA 70).

Tenue des parois des fouilles : Elle doit bien entendu être assurée pendant toute la durée des travaux, jusqu'au bétonnage, durcis­sement du béton et décoffrags, le cas échéant. Les précautions devront être telles qu'un retard dans l'exécution ou un arrêt des travaux de courte durée ne compromettent pas la stabilité de la fouille. Les moyens en sont le simple talutaae de la fouille, avec ou sans protection super­ficielle, le blindage, toutes les sortes de batardement (en général pal-planches avec ou sans étais intérieurs, mais éventuellement enceintes de parois moulées ou murs berlinois, etc..., pour des fouilles de grandes dimensions ou de grande profondeur et suivant les impératifs du site).

- Les fouilles à talus seraient justiciables d'études de stabilité des pentes, à court terme en général : Très employées, avec des pentes variant de 1 / 1 à 1 a verticale (souvent 2 / 1 ) , elles posent assez vite des problèmes d'encombrement dès que les dimensions de la semelle ou du radier - sont notables. C'est évidemment la méthode la plus simple.

- Le bli-^dage se fait er, site terrestre dans les cas suivants : emprise limitée, venues d'eau, terrains boulants, et permet dans tous les cas de raidir la pente de la fouille. On utilise le bois lorsqu'il n'y a pas d'eau, ou de préférence des palplanches lorsque l'on travaille sous le niveau de la nappe ou que les dimensions de la fouille sont importantes. Le blindage doit parfois s'accompagner d'une exécution fractionnée.

- Les batardeaux en palplanches sont surtout utilisés lorsqu'il faut d'une part assurer la stabilité de la fouille (renard) et d'autre part la mettre à l'abri de venues d'eau importantes. Les palplanches sont récupérées après exécution de la fondation et de l'appui, ou simplement recépées. Elles peuvent servir de coffraae à la semelle de fondation (dans ce cas, si

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_ 13 -

fig : U

Fondations superficielles en site aquatique

Dispositions constructives

a) Les palplanches sont récupérées, la sennelle est coffrée à l'intérieur du

batardeau y P. H.E (voir note page 19)

Épaisseur du rideau

de palplanches

Note : On peut parfois couler le béton

au contact du batardeau , un léger

rebattage est alors nécessaire pour

décoller les palplanches du béton

TN.

Niveau hors affouillements

b) Les palplanches sont recépées

P. H.E

F?ecépage ou niveau du terrain naturel s' il dépasse le niveau supérieur de la semelle

Ancrage des palplanches dans la semelle

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elles doivent être récupérées, il faudra prévoir un fort recouvrement des armatures intérieures pour éviter la corrosion due aux épaufrures),

- Les batardeaux en terre sont généralement utilisés lorsque la profondeur de l'eau ne dépasse pas 1 m à 1,5 m au-dessus du fond du lit. On les im­plante à quelque distance du bord des fouilles.

Epuisement des fouilles : Tant qu'il ne s'agit que de la conception, au stade du projet, les renseignements concernant les épui­sements peuvent rester d'ordre qualitatif ; La précision recherchée se limitant à la réponse à la question : y aura-t-il à épuiser ? Pas du tout, modérément, beaucoup ; et les moyens d'étude, outre la détermination de la charge au niveau bas de la fouille, étant surtout une estimation de la perméabilité grâce à l'étude des précédents et à l'étude visuelle et granulométrique. (Attention néanmoins à des couches intercalaires plus perméables, surtout si elles sont de faible épaisseur, auquel cas elles auront pu échapper à la reconnaissance). En ce qui concerne le projet, il faut assurer l'équilibre hydrostatique (phases d'exécution) et parfois prévoir des évents. En présence d'eau il faut prévoir un puisard pour la recueillir et maintenir à sec le reste de la surface : 0,5 m2 environ à 25 cm de profondeur environ.

Le risque principal, dans le cas de semelles ou radiers exécutés à sec dans une fouille talutée, sera surtout celui de venues d'eau im­promptues en cours de déblaiement, mettant en cause la stabilité des bords de la fouille. C'est la reconnaissance, éventuellement menée jusqu'au stade spécifique, qui permettra de répondre à ces craintes (géologie, étu­de de la nappe, perméabilité des sols).

Terrassement : Les opérations de terrassement pour fondations doivent être exécutées avec plus de précaution que celles concernant les corps de remblais, sous peine d'observer, surtout dans les sols sen­sibles, des chutes importantes de propriétés géotechniques au décompac­tage et lors de l'exposition à l'air et à l'eau, (il faudra exclure les engins scarificateurs lors du déblaiement des derniers 20 cm et du réglage).

Le drainage et éventuellement la protection par toiles plasti­ques de la fouille incomplète seront évidemment à assurer dans tous les cas, mais on n'oubliera pas que dans le cas de sols très gonflants (argiles gonflantes, marnes surconsolidées, schistes,...) et explicitement reconnus comme tels dans le rapport géotechnique, éviter une exposition directe à l'eau ne suffira pas et iT'faudrait conserver une garde d'environ 0,50 à 1 m au-dessus de la cote théorique des semelles, garde qui sera déblayée au dernier moment, couler le béton de propreté rapidement et monter la pile aussi vite que possible. Kais dans le cas général cette méthode présente au contraire des inconvénients sérieux : Il y aurait en effet plus de risque, dans la grande majorité des cas, à ne pas bien régler et curer le sol de fondation.

Les problèmes de surprofondeurs, bien que ne rejaillissant pas directement sur le projet, puisqu'ils sont par essence inopinés, méritent toutefois de retenir notre attention. Il peut s'agir, lors de l'examen du fond de fouille immédiatement_aprës_l'ouverture, d'un sol uniformément moins bon que prévu au terme de la reconnaissance, ou de zones à curer. Celles-ci pourront être comblées par une grave compactée additionnée ou non de ciment, suivant la qualité du sol environnant, le but étant d'éviter la formation de points durs sous les semelles.

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- 15

Le Cahier des Prescriptions Spéciales-type conseille de fixer à 10 cm. la limite supérieure à partir de laquelle une sui'profnndf^ur ne peut être comblée par du remblai ordinaire sans accord du Maître d'OccM--(CPST 3.07.11)

Lorsqu'une surprofondeur de fond de fouille atteindra 1 m. ou plus, il faudra choisir entre la possibilité de remettre en question le dessin de l'appui (et éventuellement l'épaisseur du fût ) ou d'avoi: à réaliser un massif de béton maigre d'épaisseur égale à la surprofon­deur. Ce n'est en effet que dans le cas de fondations exceptionnelle-, reportant des charges très importantes que l'on sera amené à combler la surprofondeur par du béton normal pour fondations (dosé à 350 kg de ciment par mètre cube).

Contact semelle-sol : Lorsqu'il faut résister à des efforts horizontaux importants, on peut envisager soit des bêches ou des ancra­ges, soit même éventuellement une injection de collage.

e - Vérifications à faire

Les vérifications sont indiquées dans le chapitre 5.1, pour ce qui concerne la portance et les tassements des ouvrages définitifs, en cours de travaux ou après leur fin.

Il ne faut pas oublier toutes les vérifications qui concernent les ouvrages provisoires ou les phases d'exécution. La puissance publique ne peut entièrement s'en désintéresser, bien qu'ils fassent en règle géné­rale partie des moyens de l'Entrepreneur et soient alors établis sous sa seule responsabilité. En attendant que des règles précises définissant les limites normales de son intervention à ce sujet soient intervenues, le Maître d'Oeuvre se fera un devoir de contrôler, de façon plus ou moins pous­sée selon l'importance des conséquences éventuelles d'un défaut, si les précautions manifestement nécessaires ont été prises dans ce domaine.

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Semelle sur massif de béton non armé

a - Domaine d'emploi

Les massifs de béton non armé dont il s'agit ici sont des fon­dations explicitement prévues au projet et non pas des palliatifs en cours d'exécution comme les remplissages des purges ou les "bétons de propreté" dont l'épaisseur est augmentée pour chercher plus bas que prévu le bon terrain de fondation.

Il s'aait de semelles normales implantées non pas sur le terrain naturel avec interposition d'un béton de propreté, mais sur un massif de béton non armé le plus souvent coffré.

L'épaisseur d'un tel massif sera souvent comprise entre 3 et 5 mètres, il peut être coulé entièrement ou partiellement sous l'eau.

Le massif de gros béton se recommandera surtout dans les cas où la couche d'appui se trouve assez proche du terrain naturel, mais à_ quelques mètres sous la nappe. Particulièrement en franchissement de cours d'eau "où le recours normal à des fondations profondes ne serait pas acceptable (sauf à prévoir des parafouilles importants et rigides, donc onéreux) en raison de problèmes d'affouillements ou même de chocs de bateaux.

L'intérêt d'une telle solution réside principalement dans le fait que la semelle proprement dite peut être coulée à sec et que le ba-tardement peut être plus sommaire que s'il fallait construire une semelle profonde (notamment le volume de béton de qualité et les épuisements seront plus limités, puisque l'exécution sera plus rapide, et que l'on pourra admettre des venues d'eau, dans les cas où l'on épuise).

Cette solution s'impose d'autre part dans les cas où il faut stabiliser le batardeau vis-à-vis des sous-pressions (on n'essaiera pas d'épuiser et on coulera un bouchon de béton, au moins, sous l'eau).

Elle se révèle souvent plus facile d'exécution que d'autres fon­dations, et économique en béton armé et en épuisements.

b - Interaction appui-fondation

La cote du bas du massif étant donnée, ainsi que celle du haut de l'appui, le seul paramètre caractéristique à choisir reste la cote de la semelle.

Ce choix se fera compte tenu des remarques suivantes :

- une semelle haut placée diminue la hauteur de l'appui, ce qui peut être précieux lorsque les efforts horizontaux sont importants (diminu­tion du bras de levier)

- une semelle haut placée, donc un massif de béton épais, augmente peu ".es efforts normaux, puisqu'il y a remplacement du terrain par du béton (densité 2,4 au lieu de 2)

- on ne peut, aénéralement, escompter un appui horizontal sur le terrain qu'au contact du massif de béton non armé ; il v a , povr ce motif, souvent avantaq-^ à faire réaner celu"i-ci jusqu'à un niveau voisin je celui du sol

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- 17 -

f ig: 5

Appuis sur massifs de béton

^00

Remblai

argileux

250

Remblai

sables qraviers

Sable

6.00

de

et argileux

limoneux

Sables et graviers

Eche l le : 1/100 090

fond du Ut

:r'i5P"

7-

207.70 N.G.F

pile

y ^ : : ^ " . H

202 N . G . F

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6J30

198.iO N.G.F

197./;0 N.G.F

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- on ne peut cependant pas remonter la semelle au-dessus d'une cote telle qu'elle dépasse du terrain fini; en revanche, si la semelle est basse et l'appui de grande hauteur, on peut prévoir comme dans le cas d'une semelle reposant directement sur le sol, un soubassement parallélipipèdique à l'appui vu pour diminuer le coffrage soigné ou standardiser la hauteur de coffrage pour plusieurs appuis.

- dans le cas d'un site aquatique ou sous la nappe, l'épaisseur de béton doit être suffisante pour équilibrer les sous-pressions. (Il faut choisir un niveau d'eau de calcul à la construction). On peut tenir compte du frottement sur les palplanches et réaliser des ancrages ou cloutaqes (barres HA scellées). On peut aussi prévoir des évents qui casseront alors ces sous-pressions.

c - Dispositions constructives

Epaisseur du béton non armé : A indiquer au projet, elle résulte du choix sur ~a cote d'implantation de la semelle.

Qualité du béton : Il faut un dosage en ciment au moins égal à 350 kg/m3, que le béton soit coulé sous 1 'eau ou à sec. Il y a à ce sujet une option à prendre sur la question de savoir si on épuisera ou non. (tout le dimensionnement du batardeau en dépend ainsi que le choix des matériels nécessaires au chantier et le mode de règlement des travaux).

Dimensions en plan de la semelle par rapport à celles du massif : La semelle aura des dimensions inférieures au massif, dans les limites sui­vantes pour le redan ainsi constitué :

- maximum : le redan devra être au maximum à 1 de largeur pour 2 de hauteur du massif, pour assurer une transmission effective des charges à toute la base du massif (sinon il ne faut considérer pour le calcul de portance "massif sur sol" que la partie du massif qui satisfait à cette condition, le reste pouvant s'en désolidariser).

- minimum : si le massif de béton est coffré par des palplanches à récupérer, la semelle devra en être écartée povr ne pas se fissurer à l'arrachaae des palplanches (en pratique, ceci impose de la coffrer sépa­rément ; le minimum sera voisin de 20 cm dans ce cas). Mais il ne faut pas arracher les palplanches en cas d'affouillement qui risquerait d'atteindre le béton coulé sous l'eau. La semelle pourra affleurer les palplanches qui serviront donc de coffraqe, lorsque celles-ci seront simplement recépées au niveau de sa partie supérieure. On prévoira dans ce cas un liaisonnement (armatures soudées aux palplanches) entre le couronnement des palplanches et la semelle.

Cote de la base du massif : Déterminée à partir de considérations géotechniques, et plus basse que la cote maximum des affoui1lements prévi­sibles. Lorsque l'on est en site affouillable, il est souvent recommandé de laisser les palplanches en place ; Elles assurent ainsi une bonne protection du massif contre l'érosion et leur arrachage entraînerait un remaniement du terrain de fondation en facilitant la pénétration de l'eau dans l'interstice résiduel.

Dimensions en plan je la semelle ; or sera rarement limité par des questions de portance du béton non armé ; En général ce seront des considérations de stabilité de l'ensemble semelle-appui (tiers central) et d'inclinaison des charges qui imposeront un minimum à la largeur de la

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f ig:6

Fondations superficielles en site aquatique

Dispositions constructives

a) Sol imperméable

P. H.E

Alluvions

Sol porteur

imperméable

^ Rideau de palplanches

Note ; La cote d'arasé haute des tjatardeaux , ici indiquée schéma-tiquement P. H.E , sera déterminée en fonction des régimes de la rivière et de l'époque d'exécution des fondations.

b) Sol perméable

Sol porteur perméable

P. H.E

La hauteur h du bouchon de béton est conditionnée par la valeur de la sous-pression qui dépend de la hauteur d'eau et de la présence ou non d'évents.

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Dimensions en plan du massif de béton : Au moins aussi grand que la semelle qu'il supporte, compte tenu du redan éventuellement néces­saire, d'une part ; Vérification de la portance au niveau du contact massif-sol, d'autre part, compte tenu éventuellement (selon le cas d'espèce) d'un recentrement des charges à ce niveau, grâce à l'appui latéral sur le terrain.

d - Sujétions d'exécution

Un tel massif se réalise en principe à l'intérieur d'un batar-deau en palplanches. Lorsqu'il y a impossibilité d'utiliser des palplanches (problèmes de battage, de profondeur à atteindre, de stabilité du batar-deau, etc..) on peut envisager de l'exécuter à l'intérieur d'une enceinte en parois moulées. Dans un tel cas néanmoins il peut être aussi simple de riqidifier cette enceinte et de l'épaissir éventuellement afin de lui faire jouer un rôle de fondation profonde, en la laissant vide ou remplie de grave non participante. Une dalle supérieure coiffant l'enceinte sou­tient alors la semelle (qui est donc une semelle de liaison de fondation profonde).

On pourra généralement récupérer les palplanches qui auront servi au coffrage en pleine fouille du massif. L'arrachage sera possible moyennant certaines précautions, notamment enduction de graisse sur la face interne et léger rebattaae pour décoller les palplanches du béton.

Ce type de fondation présente les sujétions propres aux travaux exécutés dans la nappe phréatique ainsi que certaines de celles relatives au batardement (faux refus des palplanches, dégrafage). Cepe'^dant "•• 1 pré­sente l'avantage de ne pas nécessiter absolument d'épuiser l'enceinte et il permet souvent de se passer de butonnage des palplanches.

e - Vérifications à faire

Il s'agit, au point de vue du calcul, d'une fondation en partie massive et en partie superficielle ; en effet la stabilité doit être con­trôlée, non seulement au niveau de la base du massif mais également au niveau de la semelle reposant sur le massif, voire parfois à un niveau in­termédiaire au-dessus duquel on ne peut compter sur un appui latéral sur le terrain. La première vérification conduit, en particulier pour ''.es culées d'ouvrages d'art, a des dimf>nsions de massif parfois importantes dépendant principalement des effort? horizontaux dûs à la poussée des terres. La deuxième vérification est celle do la stabilité de la semelle superfic'elle sur lexcellei^t terrain de fondation que constitue le béto»^. Il ""'y a jamais de problème de glissement semelle-massif, si l'on a correctement effectué la reprise de bétonrage (nettoyage soiané et éventuellement repi-quaae de la partie supérieure du bouchon de béton immeraé).

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.3. - Semelle en tête de tal'.;s

a - Domaine d'emploi

Il ne s'aqit pas ici des fordations sur terrain en pente, mais des appuis extrêmes des ouvrages courants lorsqu'ils ne comportent pas ou presque pas de mur de front. Les fondations peuvent alors avantageusement être constituées, sous certaines conditions, d'un simple sommier ou de semelles à très faible profondeur,

a-, - Dans le cas d'un talus de déblai, on considère la tête de talus

comme du sol en place et les seuls problèmes sont ceux de la stabilité du talus et de la portance du sol ; la réaction apportée par l'appui joue alors le rôle d'une charge extérieure dans l'étude du talus en stabilité, le calcul de portance de la semelle doit tenir compte d'une réduction due à la proximité dutalusde déblai (chapitre 5.3, paragraphe 4).

Les avantages seront : forte réduction du poids à porter par la fondation (presque pas de terre au-dessus de la semelle), limitation des terrassements qui auraient été nécessaires pour l'exécution de la fouille d'une semelle basse et meilleure stabilité du talus de déblai (sol en place) par rapport au talus de remblai qu'il aurait fallu reconstituer après comblement de la fouille creusée pour l'exécution de Ta semelle.

a2 - Les fondations en tête de talus de remblai, auxquelles nous nous

limitons dans la suite de ce paragraphe, consistent en des semelles ou un sommier par ligne d'appui posées presque à la surface, sur une tète de remblai traitée.

Cette solution ne peut être en principe envisagée que pour des petits ouvrages d'art, par exemple des ouvrages-types, dont les réactions sur les appuis extrêmes sont faibles (PS-BP, PS-DA, PS-DE, PS-OM, en par­ticulier), et seulement dans le cas d'un remblai bien choisi présentant de bonnes caractéristiques de portance, car on se trouve alors nécessaire­ment très près du bord du talus.

La portance à rechercher est faible, pour une grande gamme d'ouvrages courants, lorsque le rapport 8 des portées des travées de rive et intermédiaire est dans les limites habituelles des ouvrages-types (0,7<C 9 <'0,9 environ). Les réactions maximales en charge seront alors de l'ordre de 10 tonnes-force/mètre linéaire de largeur utile biaise, et l'on voit donc qu'une largeur de fondation de 1 m à 1,50 m sera pratique­ment toujours suffisante.

De façon générale une telle solution peut être intéressante quand la réaction d'appui est relativement petite par rapport au poids de terre qui accompagnerait l'appui.

Un autre élément d'appréciation est la commodité ou l'incommodité d'une exécution anticipée d'une tête de remblai (selon qu'on a ou nor; sous la main un terrassier avec engins adéquats, et les matériaux).

Sol naturel. La solution de semelle en tête de talus se rencontre dans les trois cas suivants ;

- Le so'. naturel est bon, auquel cas la stabilité du remblai ne pose pas de problème et les tassements seront faibles (ce seront alors uniquement les tassements du remblai, et ils dépendront principalement de la qualité de son compactage).

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Fig: 7

Fondations en tête de talus

en tête de tabs de déblai

avec tête de remblai traitée

i^Mm^s^>^^,-^i^<^^-^j^^-^^^^?w<^^^^ mmwm-Fondation à un niveau intermédiaire

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- Le sol naturel est médiocre en surface, mais bon à très faible profondeur. Il peut alors suffire de curer la couche superficielle mauvaise. Cette condition n'est pas spécifique de ce type de fondation, mais dépend des conditions de stabilité et de tassement du remblai lui-même.

- Dans plusieurs cas où le sol présente des qualités médiocres, la fondation superficielle en tête de talus de remblai peut être compé­titive au point de vue économique par rapport à une fondation sur pieux ou puits. C'est le cas notamment des couches compressibles de grande épaisseur où des pieux flottants seraient soumis à des frottements négatifs importants à cause de la charge de remblai et présenteraient vraisemblablement des tassements importants. D'autre part le remblai devrait de toutes façons être stabilisé par une exécution à l'avance et peut-être même par une exécution en plusieurs phases. C'est le cas également lorsqu'il se pose de toutes façons des problèmes de stabilité des remblais adjacents à l'ouvrage. On sera alors le plus souvent obligé de prévoir un préchargement du sol par une exécution du remblai à l'avance (éventuellement avec une surhauteur pour accélérer l'évolution des tassements, ou en plusieurs phases si la stabilité du remblai était compromise, et si possible sur toute l'emprise de l'ouvra­ge pour améliorer aussi les conditions de fondation des appuis intermé­diaires et centraux) de telle façon que les tassements se produisent entièrement ou en majeure partie avant le coulage du tablier; et si on n'est pas sûr de la fin des tassements, on prévoira un relevage du tablier.

Citons deux exemples typiques de cette situation où il vaut mieux s'assurer de la stabilité du remblai et se fonder dessus :

- Une couche compressible de grande épaisseur où des pieux flot­tants seraient soumis à des frottements négatifs importants dus à la charge apportée par le remblai, et présenteraient de toutes façons des tassements importants.

- Un site karstique où des fondations profondes ou massives ris­queraient de concentrer les charges, de provoquer des effondrements, et de poser des problèmes à l'exécution (perte de boue ou de béton dans les cavités, venues d'eau..).

a^ - Si l'on craint qu'une semelle en tête de talus n'ait pas une

portance suffisante, il ne faudra pas tomber dans l'erreur d'aller se fonder très profond.

Au contraire, une fondation à un niveau intermédiaire sera alors très souvent à rechercher ; En effet, une telle solution s'accom-mode (comme le montre le document-type FOOT 57 à son paragraphe 4,7,2) de portances relativement faibles, de l'ordre de 1,2 à 1,5 bars puisque le poids des remblais sur la semelle est encore assez limité.

Pour des raisons de stabilité d'ensemble on recommande, dans ce cas, de ne pas approcher le bord externe de la semelle à moins de 3 m, en distance horizontale, du talus fini (on pourra admettre 2 mètres en cas de tête de remblai améliorée et de corps de remblai peu plastique) (ces valeurs sont liées à des portées de rive de 9 à 12 m environ, et à des gabarits normaux de 4,3 à 5 m).

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On peut donc être amené à se poser le problème d'un allongement modéré de la travée de rive pour reporter la ligne d'appui suffisamment en arrière par rapport à l'arête du talus. Il faudra dans ce cas comparer les coûts supplémentaires de chacune des deux solutions sur la base d'une augmentation de la surface du tablier ou d'un supplément pour fouille et fondation.

b - Dispositions constructives

Elles concernent d'une part la semelle et d'autre part le remblai. Le remblai est lui-même soit constitué d'un matériau homogène sur toute sa hauteur, soit présente une partie améliorée, en tête et près du bord du talus.

Dispositions en plan de la fondation superficielle. Il s'agit le plus souvent, en fait, d'une grosse poutre unique fortement ferraillée longitudinalement pour répartir les efforts des divers appareils d'appui. Plusieurs semelles séparées risqueraient trop de laisser se produire des tassements différentiels dans le sens transversal, introduisant des efforts de torsion dans le tablier, surtout si celui-ci est biais.

Largeur de la semelle. Elle sera calculée d'après la force portante supposée ou mesurée (Essai proctor, essai pressiométrique, essai de plaque) du remblai, en général comprise entre 3 et 5 bars.

Epaisseur de l'a semelle. Le plus souvent on projetera une poutre assez trapue, afin de lui donner une bonne résistance à la flexion. Cet élément rinide énalisera les pressions sur le remblai.

Choix et compactage du remblai. On portera un intérêt particu­lier au choix d'un remblai de bonne qualité à granulométrie suffisamment étalée pour assurer un compactage efficace et diminuer les tassements ultérieurs. Il devra être peu sensible aux intempéries, en particulier à l'action de l'eau, et pour cela comporter un faible pourcentage de fines.

Le remblai sera méthodiquement compacté par passes de faible hauteur pour diminuer les tassements. On est quelquefois amené à cons­tituer la tête du remblai avec un certain matériau spécial ou à l'amé­liorer au ciment ou à la chaux ; Ceci surtout lorsque la portance du remblai n'est pas très grande, l'appui est proche de l'arête du talus, ou lorsqu'il reporte sur le remblai des charges notables.

c - Sujétions d'exécution

Ce sont celles du remblai sur lequel la fondation superficielle vient s'appuyer. C'est donc un problème de bonne exécution du terrassement' et de bon compactage, avec déblai de la couche superficielle altérée du terrain naturel (terre végétale, couche remaniée) qui risquerait de pro­voquer des tassements.

Il y a aussi un problème de contrôle de l'évolution des tasse­ments du remblai, qui devra être suivie depuis le début des terrassements. La mesure des tassements eux-mêmes sera utilement doublée par des mesures de pression interstitielle sous le remblai.

L'exécution de la fondation proprement dite ne présente pas de difficultés, puisqu'il n'y aura en particulier jamais d'eau. On veillera surtout à ne pas désorganiser le remblai lors de l'exécution de la foui"!" et principalement lors du déblaiement de la surhauteur éventuelle de re •-blai prévue pour accélérer les tassements.

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d - Vér i f icat ionsà fa i r e

Outre la portance du remblai lui-même, qui sera généralement bien suf f isante pour les fa ib les réactions des appuis extrêmes des ou­vrages considérés, i l faut se préoccuper des soulèvements d'appui éven­tuels sous système de charges part icul ièrement défavorable. Le problème se pose pour le t ab l i e r seul au niveau de l 'appare i l d'appui (sauf cas exceptionnels ce lu i - c i ne t r a v a i l l e qu'à la compression)

Le problème du non dégarnissage de la fondation du côté de l ' a rê te du talus est aussi primordial et c 'est l u i qui inc i te ra souvent à prévoir une protect ion renforcée par perreyage ou une s tab i l i sa t i on au ciment ou à la chaux, a f in d 'év i t e r une érosion régressive qui pour­r a i t venir entamer le remblai sous la semelle.

Les tassements du remblai u l té r ieurs à la construct ion de l 'ouvrage devront être évalués et on fera bien de fa i re des nivellements soignés jusqu'à s tab i l i sa t i on complète. La s t a b i l i t é sera e l l e rarement modifiée par le coulage du t a b l i e r , eu égard à la valeur re la t i ve de la réaction d'appui et du poids du remblai.

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Page laissée blanche intentionnellement

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4.2.3 - FONDATIONS PROFONDES

Nous étudions dans un premier paragraphe les problêmes qui se posent lors de l'établissement d'un projet de fondation profonde, sans préjuger du type de pieu choisi. En effet le projeteur doit prendre une vue complète et globale des impératifs dus à l'ouvrage (type de sollicitation et dispositions constructives) et au sol (niveau d'appui, mode de travail), avant d'arriver au choix du type de pieu.

La présentation des types de fondations profondes, avec appréciation de leurs avantages et inconvénients suivant les cas où ils sont mis en oeuvre est faite au deuxième paragraphe, avec renvoi à une annexe comportant des précisions techniques sur différents modèles existant sur le marché, (en fin du fascicule)

Le troisième paragraphe est destiné à guider le Maître d'Oeuvre lors de la définition des variantes techniques autorisées (lettre de consultation des entreprises) et de leur jugement. Mais il est bien enten­du que son objet ne concerne que le choix technique entre diverses possi­bilités de fondations profondes. Les termes du choix du niveau d'appui, et donc le parti général fondation superficielle ou fondation profonde, sont en effet exposés au chapitre 4.3 "Niveau d'appui et type de fondation' Le présent paragraphe se borne à présenter un panorama des solutions tech­niquement possibles, conformément au titre général du présent chapitre 4.2 "Nomenclature des fondations".

.1. - Conception générale d'une fondation profonde

a - Eventail des possibilités

Les fondations profondes ou, suivant la terminologie officielle, par ouvrage interposé, dont il est question ici, sont les fondations sur pieux ou puits et les fondations sur barrettes de parois moulées. La transmission des efforts entre les fondations profondes et l'appui est réalisée grâce à une semelle de liaison.

Les choix sur les dispositions constructives concernent les dimensions d'un pieu considéré comme isolé (c'est-à-dire élancement, niveau d'appui choisi en fonction des caractéristiques de portance et de condition d'affouillement, niveau de la semelle de liaison) et la géométrie de l'ensemble des pieux d'un appui (ce choix est indissociable du parti envisagé pour la résistance: lorsqu'il s'agit de puits, appel ou non à la résistance à la flexion et réaction horizontale du terrain). Disons tout de suite que ces choix ne sont pas indépendants l'un de l'autre, que toutes les combinaisons ne sont pas réalisables ou économiques et que Sui­vant les hypothèses de départ on aboutira à des projets présentant de grandes disparités de coût.

C'est dire l'importance de bien faire apparaître tous les paramètres et de préciser les bases des choix, qu'il s'agisse de l'établisse­ment du projet proprement dit ou de 1'admission,puis du jugement,de varian­tes .

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b - Interaction appui-fondation

Elle concerne principalement le dimensionnement de la semelle de liaison et particulièrement son niveau et sa longueur. En effet épaisseur et largeur dépendent avant tout des dispositions constructives de la fondation profonde (arrangement géométrique) et nous les réservons pour le paragraphe c, ci-dessous.

b-, - Longueur de la semelle : Elle sera conditionnée par la dimension

du fut à sa base ou par la disposition des pieux (soit nombre de rangées, soit écartement entre les rangées extrêmes pour assurer la stabilité de l'appui aux sollicitations transversales du pont : force centri­fuge éventuelle, courant, chocs de bateaux, vent...).

bp - Niveau de la semelle : Il y a généralement là un problème d'op­timisation : des pieux très profonds, ou des fûts très hauts, finissent par coûter très cher (plus qu'en proportion de la hauteur) ; Ce que l'on gagne sur les pieux en abaissant la semelle de liaison est perdu en sur­hauteur de l'appui. Les conditions déterminantes seront des conditions d'exécution (travail en dehors de la nappe, limitation des terrassements en fonction du profil en remblai ou en déblai) et des conditions structu­relles (résistance aux affouil lements, aux chocs de bateaux) ou accessoire­ment esthétiques.

Le gel sera sans importance en général. Il faut que les caracté­ristiques du sol sur la semelle ne soient pas trop mauvaises pour pouvoir couler celle-ci effectivement ; sinon on pourra être amené à constituer un petit matelas de sable sur lequel on viendra couler le béton de propreté puis la semelle elle-même.

(s II apparaît que l'on a généralement intérêt à prévoir des (( semelles de liaison les plus hautes possible sous réserve des conditions (I énoncées ci-dessus. Concrètement, et dans les différents cas, nous discu-(' tons ci-après les éléments du choix.

En site terrestre, la cote de la semelle de liaison sera le plus souvent choisie en fonction du niveau du terrain naturel ou après les terrassements si ceux-ci sont effectués avant la fondation, et en tenant compte de la nappe phréatique, s'il y a lieu. En particulier et sauf impossibilité majeure, par exemple le cas où un aménagement ultérieur doit obliger à déblayer auprès de l'appui jusqu'à une certaine cote, on évitera absolument de disposer la semelle de répartition sous la nappe, puisque a contrario le fait qu'une semelle superficielle serait sous la nappe est une des raisons qui peut conduire à préférer une fondation pro­fonde. Une semelle plus haute permettra de réduire la hauteur de l'appui, donc son dimensionnement; une semelle plus basse ne permettra que rarement, en revanche, de diminuer la section ou le nombre des pieux sauf le cas, rare, où ceux-ci auraient dû être dimensionnés en fonction des efforts horizontaux.

La conduite à tenir sera donc la suivante, en site terrestre :

- en déblai, effectuer évidemment les terrassements généraux d'abord, puis implanter la semelle de répartition le plus près possible du terrain naturel pour diminuer les mouvements de terre ;

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- en remblai, effectuer dans toute la mesure du possible les terrassements à l'avance et exécuter les pieux à travers le remblai (à moins que cela conduise à des profondeurs de pieux excessivement coûteuses). Ceci permettra d'éviter au maximum les frottements négatifs, diminuera le poids de terres sur la semelle et ne conduira pas à des appuis surdimensionnés. S'il n'est vraiment pas possible d'effectuer les terrassements à l'avance, veiller à ne pas mettre en cause la stabilité de l'appui par un remblaiement asymétrique et soigner le compac­tage, (cf. GMO 70)

En site aquatique non affouillable, il faut satisfaire à des conditions d'exécution et, éventuellement, de profondeur libre (chenal navinable ou maintien du débouché).

En site affouillable, en plus des problèmes cités ci-dessus pour le cas des sites aquatiques, il se pose un problème de stabilité de la fondation soumise à affouillement. Dans le cas de pieux de petit dia­mètre, on recommande de placer la semelle de liaison à une cote telle qu'elle ne risque jamais d'être dégarnie, pour assurer la protection des pieux sur toute leur longueur.

^our les puits et, bien sûr, les barrettes de parois moulées, il suffira de calculer la fondation en supposant les puits libres sur la hauteur dégarnie, sous réserve de certaines précautions de conception et d'exécution indiquées au § 4.3.4.

On fera attention aux affouillements locaux provoqués par le batardeau, même provisoire. En effet, comme les affoui1lements locaux sont fonction de la largeur des obstacles, ils pourront être importants même pendant la phase de construction de l'ouvrage.

Rappelons aussi que, pour les culées, on ne devra pas chercher à fonder systématiquement les murs latéraux au même niveau que le mur de front (il peut même arriver qu'on les fonde superficiellement, quitte à prévoir des joints bien ouverts afin d'éviter la fissuration au contact du mur de front). Même si la fondation des murs latéraux est profonde, elle ne comportera pas forcément le même pourcentage de pieux inclinés. D'autre part, il peut y avoir avantage à fractionner ces murs pour limiter à la partie haute la fondation sur pieux.

c - Dispositions constructives

c-, - Morphologie du pieu isolé

Diamètre des pieux : Les principales dispositions constructives (entr'axe, dimensions de la semelle de liaison notamment) sont fortement dépendantes du choix fait sur le diamètre des pieux ou puits.

Souvent ce choix est fait en premier, en fonction d'impératifs d'exécution ou de conception. Mais dans tous les cas où un type d'effort est prépondérant, il sera plus rapide de disposer d'abord les axes des fondations profondes pour résister à l'effort prépondérant et d'en ajus­ter ensuite le diamètre en fonction de la charge à porter par chacun. Un ajustement sera enfin peut-être nécessaire pour assurer un entr'axe compa­tible avec le diamètre.

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Il n'en reste pas moins que le choix principal réside dans l'alternative petit diamètre - grand diamètre. Toute la discussion con­cernant cette question est reportée au paragraphe d Dimensionnement, ci-dessous.

. Ferrai 11 âge

La valeur minimum du ferraillaqe longitudinal dans les zones fléchies fixée par le CPC fascicule 68, Article 36, soit 0,5 % de la section du pieu, est très faible : Avec ce ferraillaqe on sera loin de pou­voir faire travailler le béton au mieux, ce qui serait le cas avec 2 à 3 %.

On ne devra pas non plus prévoir un ferraillaqe uniforme sur toute la longueur du fût, qui se révélerait surabondant dans les zones moins sol­licitées. Les valeurs maximales du moment fléchissant se trouveront la plupart du temps proches de la tête du pieu, ou à certains niveaux préfé-• rentiels (discontinuités entre couches de sol, par exemple). Néanmoins on gardera à l'esprit qu'en raison des incertitudes sur la résistance latérale exacte du sol environnant, la répartition calculée des moments peut n'être qu'approchée, et il pourra y avoir des reports de moment fléchissant lorsque le terrain aura cédé localement ; Il sera donc utile de prévoir des surlon­gueurs d'armatures en dehors des zones fléchies pour en tenir compte, tout en évitant les excès.

Les abaques de flexion composée (voir dossier pilote PP 64) et les indications du 5.3.2 § 3 permettront de résoudre le problème du calcul.

. Gainaqe.

La question de savoir si on mettra ou non une gaine définitive est une des options du projet de fondations profondes. A ce titre le prin­cipe doit en être défini dès la reconnaissance, ainsi que les niveaux où le qainage est nécessaire.

Le choix dépend du sol, de la présence d'eau, de l'inclinaison des pieux et du procédé d'exécution envisagé. On verra à ce sujet quelques exemples dans les tableaux des pages 50 et 51 et on consultera également les recommandations sur l'inclinaison page 35.

Co - Disposition en plan

Il s'agit ici de la géométrie des points d'intersection des axes des pieux avec la semelle de liaison.

Cette disposition doit répondre aux trois impératifs suivants : symétrie (pour éviter les tassements différentiels transversaux), centrage des groupes de pieux sous les efforts (pour assurer la meilleure et la plus directe diffusion des charges possible ), résistance privilégiée à l'effort horizontal prépondérant.

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Culée

- 3 0 -

fig : 8

Dispositions en plan

de fondations d'ouvrages

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suivant Coupe A-A

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poussée du remblai

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Efforts horizontaux à reprendre

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- 31 -

Développons un peu ce dernier point : suivant q u ' i l s 'agi ra d'une p i l e intermédiaire ou d'une culée, en fonction de la hauteur du remblai éventuel, des e f fo r t s parasites et de la nature de l 'appare i l d 'appui , l ' e f f o r t prépondérant sera so i t une action du t a b l i e r , so i t la poussée horizontale du sol et du remblai. On s'attachera à diminuer l ' inc idence de cette dernière en implantant les pieux en "chenaux" paral lè les à la brèche et non pas en quinconce ou suivant l 'axe b ia is du franchissement, ( f i g . 8 ) .

Les poussées latérales de sols sur les pieux ou puits (cas des pieux de culée traversant une couche de sol f luant chargé par un remblai -vo i r à ce sujet le § 5.3.2 p. 50 ) i n f luen t sur les disposi t ions en plan par l ' inc idence de ces dernières sur les valeurs des poussées à prendre en compte. On procédera de la façon suivante : Lorsque la distance entre les "chenaux" sera in fér ieure ou égale à 3 diamètres de pieux ou 4 épais­seurs de bar re t tes , on comptera la poussée sur la surface, sans défalcat ion des vides. Lorsque cette distance sera supérieure à 3 diamètresou 4 épais­seurs, on comptera la poussée sur une surface double de cel le du maître-couple des rangées de pieux ou t r i p l e du maître-couple des rangées de barrettes comptée parallèlement à la brèche, mais on ne t iendra pas compte d'une poussée s'exerçant par frottement l a t é r a l , ( f i q . 9).

Evidemment, l o r s q u ' i l y aura un para fou i l le autostable retenu par la semelle de r é p a r t i t i o n , on ne comptera pas de poussée du tout s'exer­çant directement sur les fondations.

Co - Disposit ion en coupe :

c.,, •- Choix de l ' en t r ' axe .

Un espacement trop grand entre les pieux a une for te incidence sur les dépenses de semelle ; un trop p e t i t peut être néfaste d'une part pour des raisons d 'e f f e t de groupe et d'autre part d'exécution (remontée ou rupture de pieux adjacents au battage, influence sur les pieux voisins f ra i s au bétonnage, erreurs ou imprécision d ' i m p l a n t a t i o n , . . . ) . Mais ces considérations jouent inégalement selon les cas, et i l convient sous peine de dépenses i n u t i l e s , de ne pas ér iger trop hâtivement en règles absolues des disposi t ions qui ne sont que les plus courantes. (1)

L'entr'axe de trois diamètres est une bonne base de départ. Dans le cas des sols d'e fondation sableux ou graveleux, on'n'oui?!iera pas que l'on peut avoir au contraire intérêt à rechercher une densification grâce au battage des pieux ; on pourra alors souvent descendre à un entr'axe de deux diamètres si la couche d'ancrage ne risque pas d'être poinçonnée, ce qui sera d'autant plus intéressant que, s'agissant de petits pieux nombreux, cette disposition permettra d'éviter de trop grosses semelles. Evidemment, dans le cas de groupes comportant des pieux inclinés, la valeur minimum de l'entr'axe qu'on aura choisie est à considérer en pointe.

De toutes façons on restera modéré dans une éventuelle réduction pour motif d'effet de groupe. Pour les ouvrages d'art courants, où les groupes comportent rarement plus de 2 à 3 files de 4 à 6 pieux, on ne la fera jamais jouer au-dessus d'un entr'axe de 2,5 d. Cette condition est en effet secondaire par rapport aux problèmes d'encastrement dans le substratum, ou de poinçonnement éventuel de la couche porteuse si elle est d'épaisseur faible.

(1) Note : L 'entr 'axe des pieux peut aussi être conditionné par le matériel d'exécution.

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- 33 -

Cop - Nombre de files de pieux

Ce n'est qu'un aspect du problème du choix du schéma mécanique de résistance, mais c'est généralement par ce biais qu'on l'aborde. Il s'agit de savoir si l'on fait travailler les pieux seulement en compression ou si l'on tient compte d'un appui latéral sur le terrain. Dans les deux cas, le système peut être soit isostatique, soit hyperstatique ; ceci dépend du nombre de files de pieux, de leur inclinaison éventuelle et, en plus, des hypothèses de calcul notamment aux extrémités des pieux.

La question de l'encastrement dans la semelle de liaison ne se pose que pour les pieux que l'on fait travailler à la flexion en s'appuyant sur le terrain ; les pieux que l'on fait travailler axialement sont toujours supposés articulés pour la distribution des efforts ; dans la majorité des cas, on doit considérer un encastrement en tête (une semelle devant être ricide par rapport aux puits). Seule exception : la file unique.

Il faut tenir compte aussi du ferrai 11 âge prévu à la jonction tête du pieu - semelle de liaison, mais aussi de la qualité escomptée du béton du pieu en tête. De ce point de vue un recepage correct sur une hauteur suffisante est nécessaire :

- pour les pieux battus, parce que le béton de la tête aura été malmené au battage, même avec la protection que constitue le casque ;

- pour les pieux forés parce que la partie supérieure du béton risquerait de contenir encore des inclusions de bentonite, si la purge à été insuffisante.

Les systèmes isostatiques sont de loin les plus rapides et les plus simples à dimensionner de manière à employer la matière au max-!mum, mais on peut rencontrer des limitations à leur emploi (inclinaison des pieux selon le type choisi, mise en traction, encombrement . . . . ) .

La vérification de la stabilité d'une fondation hyperstatique sur pieux ou puits peut se faire manuellement ou électroniquement (cf. CAT 71, pages 129 et 130 ; et d'autre part les deux programmes PSH mis au point par la DOA.A du S.E.T.R.A. qui permettent de contrôler la stabilité d'un système quelconque de pieux d'une part et, d'autre part, d'un portique à 2 files de pieux ou de puits verticaux soumis à des efforts horizontaux en tenant compte des réactions élastiques des couches de sol au contact de la face avant des pieux ou puits sur toute leur hauteur). On fait, dans PSH, intervenir les modules de réaction des différentes couches de sol rencontrées, Ces coefficients peuvent être en première approximation évalués par la méthode pressiométrique (cf. chapitre 5.2 pages 13 à 16). Des essais en vraie grandeur sont en cours de réalisation, pour affiner nos connaissances dans ce domaine et préciser la détermination de ces modules de réaction.

Pratiquement, et avant tout essai de justification détaillée, on pourra estimer ainsi le nombre de files de pieux en fonction de la taille de l'ouvrage et du diamètre des pieux.

Grands ouvrages sur puits : 2 files Grands ouvrages sur pieux : 4 files éventuellement Ouvrages courants sur pieux : 2 files (+ 1 file inclinée en cas

de culées) Ouvrages courants sur puits : 1 file

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34

fig : 10

Différentes possibilités

en coupe

en plan

o. o o.

~)0

o >o

o o 0

o

o o o o

o o o

o

0

o 0

Q-

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— •

— •

o o o o

à éviter le plus souvent

O

o o o

( ^

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r^

\^

O

o o o

si les fûts sont assez espacés , éviter de placer des pieux à mi -distance

Le choix neut norter sur le nonbre et l'inclinaison Hes toiles He nieux (Honc le caractère isostatiqiie ou hvoerstatique), la disposition Hes • ùts et le niveau Hes sen^lles He ré­parti tion.

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- 35 -

On voit qu'il est autant que possible souhaitable d'avoir un nombre de files pair (sauf le cas d'une seule file), sinon la file du milieu ne travaille qu'à l'effort normal et pas au moment de flexion.

La disposition comportant une seule file de puits, qui est sûrement à proscrire pour les grands ouvrages à cause des déformations envisageables, est acceptable dans beaucoup de cas simples pour certains appuis des ouvrages courants. Notamment elle semble adaptée aux culées' enterrées (appelées par simplification piles-culées pour les ouvrages courants) lorsque le profil est en déblai. Il faudra alors prévoir un fort chevêtre répartiteur implanté le plus haut possible.

La solution avec emploi de "piles colonnes" (cf. F68) est parfois aussi intéressante pour des appuis intermédiaires de ponts courants (en site aquatique ou avec puits flottants). Généralement on adoptera en tête des appuis fixes, ou même on réalisera un encastrement.

-33 Inclinaison

Selon leur type et leur diamètre, l'inclinaison des pieux et des puits est limitée aux valeurs ci-dessous ; on indique aussi,à défaut de renseignements plus précis et à titre d'ordre de grandeur^ les plus-values approximatives dues à l'inclinaison, rapportées au mètre xube dé béton en pT^ce (compte non tenu d'un chemisage éventuellement obliaatoire).

- Pieux battus : Ces pieux sont inclinables, mais pour des raisons de rendement au battage on se limite en général à 20°. Pas de plus-value jusqu'à 10 % (6°); plus-value de 0,5 % par % d'inclinaison jusqu'à 30 % (12°) puis de 1 % par % d'inclinaison jusqu'à 50 % (30°). Soit 30 % de plus-value pour 30° d'inclinaison.

- Pieux et puits forés :

Terrains non aquifères :

- si 0 > 1,20 m. - si 0,80 m < 0 - si 0 ^ 0,80 m.

^ 1,20 m. inclinaison déconseillée inclinaison ^ 12° on peut incliner les pieux plus fortement (18°) en prenant certaines précautions (à la mise en place du ferraillage, en particulier).

Terrains aquifères :

- si 0 > 1,20 m. - si 0,80 m < 0 ^ 1,20 m.

- si 0 < 0,80 m.

inclinaison déconseillée inclinaison ^ 12° et dans tous les cas chemisage perdu inclinaison ^ 12° (le chemisage peut être récupéré).

Plus-value de 1 % par % d'inclinaison jusqu de 2 % par % d'inclinaison de 10 % à 30 % (18°). Soit pour 18° d'inclinaison.

à 10 % (12°). et 50 % de plus-value

Ces limitations ne sont pas impératives, mais conseillées. Les difficultés techniques proviennent du fait que les appareils de battage et de forage ne permettent pas toujours d'obtenir une fidélité de l'inclinaison sur toute la longueur du pieu ou du puits. Certains

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- 36 -

appareils ne présentent que t ro i s poss ib i l i t és d ' inc l ina ison f i xe : v e r t i c a l , 6° , 12° ; D'autres appareils admettent une inc l inaison quelconque jusqu'à 12°.

On ne sera évidemment pas tenu de se conformer à des valeurs quanti^'iées d'tn-cl inaison pour l 'établissement des projets ; mais, lors du juqement des appels d 'o f f res i l importe de s'assurer que l 'en t repr ise a le matériel adapté aux inc l inaisons à réa l i se r .

En f a i t on essaye de n ' i nc l i ne r les puits (diamètre supérieur à 80 cm) que quand on ne peut pas reprendre les e f fo r t s horizontaux en f lex ion et souvent on aura avantage à passer aux barre t tes , à condit ion que les ter ra ins s'y prêtent. En ce qui concerne les pieux, jusqu'à 60 cm on les inc l ine couramment : pour les pieux battus, cela ne pose évidemment presque aucun problème supplémentaire ; pour les pieux forés , la caqe d'ar­matures reste encore d'un poids raisonnable, te l qu'on puisse la q l i sser dans l 'excavat ion sans trop de d i f f i c u l t é s . Entre les diamètres 60 et 80 cm on inc l ine ou pas suivant les caractér ist iques du p ro je t , notamment la valeur du rapport des e f fo r t s horizontaux aux e f fo r t s vert icaux.

On notera que l 'on ne prévo i t , au moins au stade de l 'Avant Projet Dé ta i l l é , que des pieux vert icaux pour les fondations de la plupart des ouvrages d 'a r t courants : Ces ouvrages d 'a r t comportent en général des p i les-cu lées, donc sans mur de f r on t , qui ne sont soumises qu'à de fa ib les e f fo r t s horizontaux dus aux remblais ; e t , d'autre par t , les e f fo r t s horizontaux appliqués à leurs p i les sont assez modérés pour être repr is par la réaction horizontale du te r ra in sur les semelles. I l en sera de même pour les culées creuses, pour lesquelles des pieux ou pui ts vert icaux su f f i r on t en qénéral, sauf notable e f f o r t horizontal dû au t a b l i e r .

En revanche, les fondations profondes des culées remblayées comporteront le plus souvent des pieux inc l inés , ( f i g . U )

On vo i t sur les schémas que l 'on aura i t en pr incipe in té rê t à i nc l i ne r la f i l e de l 'avant pour recentrer la résultante ; mais on en sera quelquefois empêché en s i te aquatique s ' i l faut prévoir un para fou i l l e . La tête des pieux inc l inés se trouvera alors relativement en ar r ière dans la semelle et i l faudra dimensionner la f i l e ver t ica le ar r ière aux charges ver­t i ca les ayant_remblaiement (mais en ce cas sans surcharge, voire sans toute la charge permanente) ; e l l e sera donc surdimensionnée en phase d é f i n i t i v e .

L ' inc l ina ison de pieux de certains types présente des sujétions et inconvénients qui font que la décision d ' i nc l i ne r ne sera nullement auto­matique.

Lorsque le niveau d'appui sera très profond, donc les e f fo r t s horizontaux et leur moment très importants, on trouvera souvent avantage à const i tuer des culées légères sur barrettes de parois moulées formant mur de f ront et contreforts transversaux. Une t e l l e d isposi t ion év i te d 'avoi r à prévoir une semelle de répar t i t i on (sauf si e l l e est nécessaire, par exemple en s i te aquatique pour const i tuer un quai bas ou un chemin de halage et de service) donc diminue fortement les charges ver t i ca les . Une barret te en contrefor t rés is te bien mieux à la ro tat ion dans son plan qu'une rangée de pieux puisqu 'e l le a une surface la téra le importante. Une t e l l e st ructure est plus "massive" qu'un simple appui sur pieux : e l l e ne nécessitera pas, en qénéral, de para fou i l le ni de protect ion spéciale contre les chocs de bateaux.

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- 37

f ig : 11

En site terrestre

Culées remblaye'es

En site aquatique

2>

on peut incliner cer­tains pieux de la file avant.

PIEUX

on ne peut pas toujours incliner certains pieux de la file avant. La file arrière est surabondante.

fig. 12

Elles permet­

tent d'éviter le parafouil-le définitif en palplanches et résistent bien aux efforts de poussée dans leur plan.

Reprise des efforts horizontaux

Ouvrage à deux travées. Il est plus simple de faire reprendre les efforts horizontaux par la pile centrale, si les remblais ont été effectués à l'avance et donc n'induisent pas d'efforts horizontaux.

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38 -

c^^ - Largeur de la semelle de liaison :

Elle dépend pratiquement du nombre de files de pieux choisi et de leur entr'axe, plus un débord sur tous les côtés d'environ un demi diamètre de pieu pour assurer un ancrage correct des fers et donc un encastrement satisfaisant. On n'oubliera pas, à ce sujet, qu'une dis­position qui aboutit à une semelle disproportionnée avec l'ouvrage est en général mauvaise : une semelle de liaison trop large supporte souvent une part d'effort due au poids des terres supérieure à celle due aux char­ges permanentes et surcharges du pont lui-même ; de plus le coût d'une semelle croît souvent plus que proportionnellement à sa largeur.

Pour une semelle de liaison coiffant deux files de pieux (dispo­sition habituelle) la largeur sera donc

B ^ f + 2d

si i est l'entr'axe des pieux ou puits, couramment égal à 3 diamètres, soit finalement

B ^ 5d

c^r - Epaisseur de la semelle de liaison.

Pour être r i g i d e , e l l e doi t sa t i s f a i r e l ' i n é g a l i t é :

si I est l'entr'axe des pieux, puits ou barrettes.

En général on la prend en première approximation un peu supérieure

a p-V- , soTt environ :

h ~ - ^ =: 1,20 d

On trouvera aux paragraphe 8.8.7 et 8.9.8 du G.M.O. 70 des indi­cations concernant le recépage des pieux ou des puits (dégarnissage des têtes pour assurer un bon encastrement dans les semelles) et l'épanouisse­ment des fers.

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- 3 9 -

fig 13

Semelle de liaison

L ïs i ^

Dans l'exemple propos<J d = 0.80 m

f = 2,A0 m

b -- 0-80 m

h,r 1,10 m

d' : 0,08 m

B z -!.,00 m

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- 40 -

c^ - La conception est limitée par des contraintes extérieures : précautions particulières.

Il s'agit le plus souvent de cas où interviennent de manière prépondérante des problèmes liés à l'exécution ou aux sols. On en a déjà parlé au chapitre 4.1 (4.1.3, contraintes liées au site).

Limitons nous ici à rappeler quelques configurations (efforts parasites, affouillements) tout en renvoyant aux chapitres spécialisés pour la pratique du calcul (chapitre 5.3 en particulier, et paragraphe 4.3.4).

Effet des affouillements : même si les fondations profondes sont encastrées à une cote nettement plus profonde que celle de la limite des affouillements prévisibles, le fait d'un dégarnissage sur une certaine hauteur des pieux ou des puits peut entraîner des sollicitations horizon­tales risquant de provoquer leur ruine. Il faudra donc soit prévoir un système parafouille évitant le dégarnissage, soit calculer les pieux en les supposant libres sur la hauteur qui risque d'être dégarnie.

Ceci aboutira en fait à des fondations profondes de gros diamètre unitaire comportant un ferraillage solide sur la hauteur voulue. S'il reste un doute, il sera utile de prévoir une protection du fût des pieux ou même des puits par des gaines définitives qui mettent le béton à l'abri de l'éro­sion et des chocs dus au charriage, assurent une meilleure qualité d'exécu­tion (pas de délavage du béton frais) et, subsidiairement, une plus grande rigidité.

Frottement négatif et fluaqe horizontal : Lorsque des coucnes molles sont surchargées par un remblai ou très sous-consolidées, elles peu­vent tasser plus que les fondations profondes qui les traversent. Il se développe alors, depuis la surface jusqu'au "point neutre" (où le déplacement relatif sol adjacent - fût se réoriente vers le haut), un frottement négatif qui a pour effet de surcharger la fondation profonde. Il faudra en tenir compte et dimensionner en conséquence (cf. 5.3.2. § 1).

De même le charnement inénal du sol par un remblai discontinu peut provoquer un fluane des couches molles qui exercent alors une poussée horizontale sur les fûts des fondations profondes, qui sont à calculer et ferrailler à cet effet (cf. 5.3.2. § 3). (Voir les dispositions de pieux à adopter au § 4.2.3. p. 30).

On peut diminuer l'effet du frottement négatif en chemisant le pieu, ou en l'enduisant de bitume. On peut réduire les déplacements relatifs et remonter artificiellement le point neutre en effectuant les remblais à l'avance, éventuellement même plus hauts qu'en phase définitive, avec ou sans accélération artificielle de la consolidation (drains de sable par exemple ; électro-osmose rarement)

On signale à ce sujet qu'il ne sera pas, en principe, de bonne construction d'incliner trop des pieux dans ces cas puisqu'ils seraient soumis à des flexions parasites importantes. Toutefois, il ne s'agit pas d'une impossibilité générale et absolue ; l'importance des tassements, l'im­plantation et l'orientation de pieux, le choix d'un modèle plus ou moins robuste et élastique sont à considérer dans la décision.

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fig : U

Culée Appui intermédiaire

Bon Mauvais

Cette disposition ( pieux inclinés vers

l'arrière ), absurde mécaniquement,

ne devrait jamais être proposée

par personne .

Remblai effectué à l'avance

( A à 5 m )

Appui de rive

Remblai non effectué à l'avance

Éviter de prévoir une inclinaison

trop forte pour les pieux si

le remblai est de forte épais­

seur pour éviter les flexions

parasites

I

4^

T.N.

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42 -

d - Dimensionnement

d, - Les différents partis possibles

Il s'agit ici de la conception qlobale du schéma de résistance de l'ensemble des pieux et de la semelle de liaison, dont les .différents éléments ont été analysés au paragraphe "Dispositions constructives" pré­cédent.

d,^ - Principe de résistance

La détermination des efforts, dans le cas le plus général est trèr-complexe ; mais trois schémas simplifiés de calcul en résistance des maté­riaux suffisent à couvrir la quasi-totalité des cas, étant entendu que c'est le troisième schéma ci-dessous qui est le plus général, qu'en réalité tous les pieux seraient susceptibles de résister dans une certaine mesure aux efforts horizontaux par butée sur le terrain et qu'un encastrement au moins partiel est réalisé dans la semelle de liaison :

- Fondation isostatique : Elle comporte dans le cas qénéral trois files non concourantes de pieux chargés suivant leurs axes. Le plus souvent, une de ces files est inclinée et deux sont verticales ; dans le cas où la résultante des actions est pratiquement verticale elle ne comporte que deux files de pieux. Ce dispositif est le plus simple et le plus facile à dimensionner au plus juste ; il est à adopter de préférence lorsque les conditions suivantes sont satisfaites :

. inclinaison de la résultante sensiblement inférieure à l'incli­naison maximale du type de pieu adopté (cf. fiches de pieux, annexe du fascicule 4 et paragraphe c33 p. 35 ).

. grandeur de la résultante modérée, de telle sorte que l'on puisse l'équilibrer par trois files de pieux seulement de dimension et d'in­clinaison économiques, et d'espacement assez faible pour que la semelle elle-même soit économique.

Ces conditions sont le plus souvent satisfaites pour les fondations des ponts les plus courants.

- Fondation hyperstatique de pieux chargés suivant leurs axes : on dimensionne un ensemble de pieux plus complexe que dans le cas précédent (comportant généralement plus de deux files de pieux verticaux), dans le­quel la répartition des efforts entre les files est déterminée sur la base des hypothèses suivantes :

la semelle de couronnement est infiniment rigide ; les pieux sont des poteaux élastiques.

Pour ces deux types de fondation, les conditions d'articulation en tête et en pied des pieux n'ont pas à être spécifiées, puisque les pieux ne sont chargés que suivant leurs axes.

- Fondation sur puits faisant appel à la butée du terrain : Il ne s'agit alors que de puits {?> > 80 cm")' qui sont en général verticaux et rarement sur plus de deux files (travail en portique) ; Ils peuvent même être disposés en une seule file, souvent pour les petits ouvrages, rarement

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fJ^-SS»!

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- 43 -

pour les nrands ouvrages et alors seulement pour des très gros puits à cause des déformations horizontales admissibles (Autoroute du L i t t o r a l à Marsei l le : appui sur un seul puits de 1,80 de diamètre). La méthode de calcul repose sur les hypothèses suivantes :

la semelle de l ia ison est inf in iment r in ide les pieux se déforment élastiquement sous les charges axiales le sol est élast ique sous s o l l i c i t a t i o n s horizontales les têtes de pieux sont, au choix, so i t encastrées (cas général) ,

so i t ar t icu lées.

d,2 - Types de s o l l i c i t a t i o n s

On voi t que l ' a l t e r n a t i v e est entre l ' i n c l i na i son de pieux ou puits de relativement p e t i t diamètre (autant que possible 0,80 ou 1 m

( devra être un maximum) ou l 'exécut ion de puits de f o r t diamètre (1 m, ; 1,50 m et plus) dont on prend en compte la r i g i d i t é propre et la butée ' due au t e r r a i n .

Dans de nombreux cas (fondations soumise à des e f fo r t s inc l inés ac t i f s importants, par exemple poussée des te r res ) , pour l i m i t e r les con­t ra in tes maximales en f lex ion composée, pour s 'a f f ranch i r d'un appel aléa­to i r e à la butée du t e r r a i n , ou en raison des risques de déplacement et de la qual i té plus incertaine de la résistance des pieux en f lex ion qu'en compressionn on est conduit à i nc l i ne r certains pieux ou pu i t s .

- Ef for ts vert icaux seuls : Tous les pieux conviennent, parce que l 'on suppose q u ' i l ne peut y avoir flambement, même dans les très mau­vais sols (1). Le dimensionnement ne dépend que des caractér ist iques du sol et de la aéométrie de l ' appu i .

Les deux premières solutions du paraaraphe ci-dessus conviennent (pieux chargés suivant leurs axes), la seconde, fondation hyperstat ique, n'étant employée que si la première conduit en raison de l' importance des descentes de charqes à des pieux de trop nros diamètre un i ta i re ; Notamment i l est en général préférable de proportionner le diamètre des pieux à la t a i l l e de l 'ouvrage.

- Ef for ts horizontaux fa ib les (2) : Les pieux de pe t i t diamètre (0 60 cm) devront être inc l inés en tant que de besoin. Les fondation à base de te ls pieux rentreront donc dans les deux premières catégories du paragraphe précédent d , , .

En ce qui concerne les fondations à base de pieux moyens ou de pu i t s , certains seront inc l inés ou non en fonction de leur diamètre, et des déplacements r e l a t i f s admissibles entre t ab l i e r et appui.

- Ef for ts horizontaux fo r t s (2) : Les pieux de p e t i t diamètre sont exclus, les pieux de diamètre moyen et certains puits ( 7 0 ^ 0 ^ 1 0 0 cm) seront inc l inés ; Pour les puits de gros diamètre on fera le calcul de résistance horizontale du t e r r a i n .

Les barrettes de parois moulées seront souvent avantageuses, si le te r ra in se prête à leur exécution.

Notes : (1) : peuvent f a i r e exception certains pieux constitués d'un

p ro f i l é en acier, l o r s q u ' i l s sont très élancés.

(2) : le départ entre ces deux cas doi t se fa i re en considérant surtout l ' i n c l i na i son maximale de la résul tante, mais aussi , dans certains cas de nrands ouvrages, la valeur absolue des s o l l i c i t a t i o n s horizontales si ce l les -c i sont très importantes.

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44

d,., - Diagramme des choix successifs

Le diagramme suivant ne prétend qu'à l'illustration de l'im­brication des choix successifs en ce qui concerne les dimensions des fondations profondes. Le type en est supposé choisi, ainsi que le diamètre. Evidemment si Tonbalance sur l'un de ces deux paramètres, on pourra toujours utiliser le diagramme plusieurs fois et comparer les résultats obtenus. On a indicé les déterminations et on a souligné celle qui est définitive.

diamètre ] Définition de la charge longueur, 1 force portante , nominale (première approxima­t i f { d'un pieu. *" ^ '^ ^^1 tion du nombre de pieux -Sol J sous les efforts verticaux seuls^

nombre, ) c^ n / j - • \ Implantation du groupe inclinaison / " ^ ^^^^^^^1 (dimensions) géométrie en coupe.

Semelle^ ) ^ ° ^ ^ ^ Type / -^ ^°'" an e _^ nombre^ —*• semelleo Charge admissible. ^ \ du groupe 2 2 ^ So de pieux

Affouille- ) recépage ments. / —*• (cote de la >• longueur^ Cote de la semelle. nappe. ) semelle). Semelle^ ] nombre. "\ (nombre de pieux nécessaires recé page f ^ simëTT^ I P°'^^ tenir compte des efforts

' ' parasites ou horizontaux). Ajustement définitif.

Longueur^ \ ^ , 1 (longueur des pieux V- -2 ( — l o n q u e u r , I i ,? , > ^

inclinaison ) • •- 3 J inciines).

Il faut faire la remarque que puisque l'on néglige généralement le frottement positif dû aux couches superficielles, on n'a pas la relation

longueur . »• force portante d'un pieu.

62 - Choix du diamètre

d„, - Généralités.

Le problème de la charge des pieux recouvre deux questions conco­mitantes : D'une part chaque pieu isolé doit être autant que possible à sa charge intrinsèque, d'autre part le nombre -p pieux et l'agencement du groupe doivent être tels que la charge de service soit aussi proche que possible de la charge admissible.

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- 45

Rappelons quelques définitions (proposées par le GEESFOP mais dont certaines devront être reprises pour être harmonisées avec les nou­velles conceptions sur la sécurité) en notant que l'on parle, pour simpli­fier, de "charae" au lieu de "système de charges", qu'il n'est pas question de limiter à des charges verticales en compression simple, mais qui compren­nent aussi des moments, actions horizontales et charges excentrées.

Charge limite : charge maximale que peut supporter une fondation profonde isolée vis-à-vis des conditions de sol.

Charge intrinsèque : charge maximale - divisée par le coefficient de sécurité - des matériaux constitutifs de la fondation, (en compression sin^ple ou en flexion).

Charge "nominale" : charge maximale d'une fondation profonde isolée déduite de l'étude géotechnique et tenant compte du type de pieu '(c'est la plus petite des valeurs charge intrinsèque - charge limite frappée des coeffi­cients de sécurité choisis).

Charge admissible : charge maximale que peut supporter une fondation pro­fonde placée dans les conditions réelles de l'ouvrage. (Cette charge tient compte, dans le cas d'une fondation sur pieux par exemple, de la charge nominale du pieu isolé, de l'effet de groupe, de la susceptibilité de l'ouvraae aux tassements, des efforts parasites. C'est l'aboutissement des études).

Charges de service : charqt? maximale escomptée transmise à la fondation par l'ouvrage dans l'état d'utilisation le plus défavorable.

L'ajustement de la charge nominale à la charge intrinsèque se fera, en fonction du sol, en jouant sur l'élancement du pieu (pour les pieux résistant en pointe, en choisissant le diamètre ; pour les pie'jx flottants ou semi-flottants, en choisissant l'élancement, donc la longueur, le plus souvent).

En ce qui concerne le choix a priori du diamètre des pieux notons que la dépense de semelle de liaison croît finalement assez vite avec le diamètre des pieux.

Ceci est d'autant plus vrai que des plus petits pieux permettent mieux d'en ajuster le nombre à la charge totale à porter , comme on est en général tenu par certaines dispositions de l'appui envisagé (nombre de files de pieux, parité par symétrie, nombre d'appareils d'appui) il n'est pas rare que le choix a priori de diamètres trop grands pour les pieux amène, par une démarche qui paraît toute naturelle, à projeter un nombre de pieux surabondant et des semelles démesurées. On aura tout intérêt à proportionner diamètre et longueur de pieux, hormis le cas où l'on se fonde sur quelques pieux courts ancrés dans un bon sol proche mais noyé, dans le seul but d'éviter d'avoir à exécuter un batardeau, (mais alors on peut le plus souvent éviter toute semelle et prévoir avantageusement une pile-colonne trapue, avec autant de colonnes que d'appareils d'appui, d'où leur diamètre).

dpp - Diamètre des pieux et puits

Ce choix dépend d'une part des charges alobales à supporter par appui et donc de la distinction grand ouvrage - petit OL'vrage ; d'autre part de la profondeur des niveaux d'appui envisagés.

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46 -

Les gros puits ( 0 ^ 1 0 0 cm) sont, sauf cas exceptionnel, réservés aux arands ouvrages, alors que les pieux battus et les pieux forés de petit diamètre (0!^6O cm) sont mieux adaptés aux ouvrages courants ou à réactions d'appui modestes. Entre les deux, la gamme des pieux et puits de diamètre avoisinant 80 cm peut être adaptée à tous les ouvrages.

En ce qui concerne le diamètre des pieux lié à leur longueur, il faut distinguer les pieux ancrés des pieux flottants et nous nous limitons aux indications ci-dessous : (précisons cependant que les longueurs rappe­lées sont approximatives et doivent être majorées ou minorées selon qu'il s'aait d'un nrand ou d'un petit ouvraqe).

- Pieux ancrés :

En règ le Générale, s ' i l es t poss ib le d ' a t t e i n d r e une couche por­teuse à f a i b l e profondeur (5 à 8 m e n v i r o n ) , les pieux t r a v a i l l e r o n t s u r t o u t en po in te ; les p e t i t s ' pieux o ré fabr iqués bat tus avec un ma té r i e l peu coûteux sont souvent avantageux ; à profondeur moyenne (10 - 15 m) on c o n s e i l l e d ' e n ­v isager s o i t des pieux exécutés en place de "diamètre moyen feu moins 1/20 de la longueur 60 à 80 cm) e t même f o r t , dans les cas où une seule f i l e peut s u f f i r e , en supprimant complètement le chevêtre (mais i l f a u t a lo rs augmenter le d i a m è t r e ) , s o i t des pieux p ré fabr iqués ba t tus (d iamèt re env i ron 1/30 à 1/35 de la longueur)5 lorsque le nombre de pieux nécessaire es t de toutes façons notable ce qui peut a lo rs j u s t i f i e r un ma té r i e l de bat tage pu issant e t coûteux; à grande profondeur (supér ieure à 15 m), les pieux t r a v a i l l e r o n t en po in te e t au f ro t temen t l a t é r a l , on a u r a i t donc i n t é r ê t à l eu r donner un diamètre p l u t ô t f a i b l e , mais on est l i m i t é par une r i q i d i t é minimale du f û t , s u r t o u t s ' i l s sont soumis à des e f f o r t s pa ras i t es impo r tan t s ; De t e l s pieux de qrande l o n ­gueur ont donc rarement moins de 80 cm de diamètre e t souvent plus pour les grands ouvrages, la règ le de 1/2C de la lonoueur subs i s tan t en première appro­x imat ion sans ê t r e absolue.

- Pieux f l o t t a n t s ou s e m i - f l o t t a n t s :

On a i n t é r ê t à les f a i r e de niametre niodéré, pour a v o i r une sur ­face l a t é r a l e importante (60 à 80 cm;;mais un minimum de diamètre est à conserver pour q u ' i l s ne s 'éc rasen t pas sous l ' e f f e t du f r o t t emen t n é g a t i f . Dans ce cas, s ' i l s sont de grande longueur , l eu r charge nominale sera r e l a ­t ivement élevée ; i l s c o n s t i t u e r o n t un groupe pas t rop nombreux q u ' i l ne sera pas e x o r b i t a n t de p r é v o i r avec un e n t r ' a x e moyen ( s o i t 2,5 à 3 d iamètres) qui permet t ra une m o b i l i s a t i o n opt imale du f r o t t emen t l a t é r a l . Si on v o u l a i t les f a i r e cour ts (ou s i on y é t a i t t e n u ) , i l en f a u d r a i t un grand nombre d ' o ù , même avec un e n t r ' a x e moyen, un aroupe impor tan t comportant une semelle impo­sante e t suscep t ib le de tassements ! io tab les .

Rappelons aussi que les études sur les pieux f l o t t a n t s en sol homo­gène ont montré que l ' o n a v a i t t ou jou rs i n t é r ê t à rechercher une augmentation de fo rce por tan te par un al longement p l u t ô t aue par une augmentation du d i a ­mètre.

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47

.2. - Différents types de pieux

Les problèmes qui sont envisagés dans ce paragraphe sont sur­tout des problèmes de mise en concurrence et de jugement d'appel d'offres (variantes techniques).

Cependant, certains d'entre eux devront être résolus dès l'envoi de la lettre de consultation des entreprises.

La question est particulièrement épineuse pour les fondations, pour lesquelles il n'existe pas d'agrément des procédés d'exécution, qui sont nombreux, et pour lesquelles la sous-traitance est très répandue, sinon générale.

a - Classification des fondations profondes

Rappelons d'abord, pour être complet,les définitions des trois oenres de fondations profondes, en fonction de leurs formes et dimensions :

- les pieux (carrés ou circulaires, éventuellement à base élargie) pour lesquels respectivement le côté est inférieur ou égal à 0,50 m. et le dia­mètre à 0,80 m.

- les puits (circulaires en principe) pour lesquels le diamètre est supé­rieur à 0,80 m. et qui n'est limité que par les dimensions pratiques des appareils de forane (environ 2,50 m. actuellement)

- les parois moulées dont la section peut être rectannulaire, en forme de croix, de H ou d'anneau ; leur procédé d'exécution est le même que celui des pie-ux ou puits forés sous boue bentonitique.

Une deuxième classification, basée sur le mode d'exécution, se superposp à la première. Elle distingue les pieux préfabriqués des pieux, puits et barrettes exécutés en place : Les pieux préfabriqués sont toujours mis en place avec refoulement du terrain, qu'ils soient en bois, béton armé, béton précontraint ou acier (tubes et palpieux pour lesquels, même en l'ab­sence d'un sabot, il se crée un bouchon de sol à la base dès les premiers mètres d'enfoncement ; mais à l'exception des profilés H). Les fondations profondes exécutées en place le sont soit avec refoulement, soit avec exca­vation du terrain.

L'ensemble est représenté dans le tableau ci-dessous :

Pieux préfabriqués

Refouleirent du terrain.

Pieux exécutés en place

Refoulement du terrain.

Tube récupérable

Tube perdu

Excavation du terrain, avec ou sans boue bentonitique.

Sans tubage

Tubage récupéré ou

Gaine définitive.

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48 -

Parmi les pieux (et pui ts) exécutés en place, on dist ingue principalement :

- les pieux forés - le forage s 'ef fectue à l 'a ide de tar ières ou à la benne preneuse, avec ou sans trépannage, à l ' a b r i ou non d'un tube de t r a v a i l , sous bentonite en général, plus rarement sous eau c la i re et exceptionnellement à l ' a i r l i b r e par puisat iers

- les pieux battus moulés exécutés à l 'a ide d'un tube de t r ava i l à base ouverte ou non descendu par battage ou vibrofonçage et ensuite curé puis rempli de béton ; si le tube est à base ouverte, i l est éventuellement récupérable.

On trouvera en annexe quatre tableaux qui résument les caractères communs des pieux, puits et barret tes exécutées en place par excavation, des pieux exécutés en place avec refoulement et des pieux préfabriqués avec refoulement. On y a ajouté quelques fiches indiquant les pr incipales caracté­r is t iques des marques ou procédés d'exécution les plus couramment u t i l i sées en fondation profonde d'ouvrages d ' a r t .

b - Domaine d'emploi

Etant donné que l 'on trouvera dans les fiches monographiques l 'essent ie l de ce qui dist ingue les d i f fé rents types de pieux, puits et barrettes (vo i r pr ix page 49) nous n'y revenons pas. Les sujétions ou carac­tér is t iques à prendre en compte en plus- sont le b r u i t , l'encombrement, la ra­p id i té d'exécution, la plate-^orme de t r a v a i l .

Mais, sauf les cas, rares, d ' imposs ib i l i t é , ce sera le pr ix de 1'ensemble de la fondat ion, y compris la semelle de l i a i s o n , qui permettra de chois i r en dernier recours.

Les pieux en acier sont chers, mais fac i les de mise en oeuvre et suppriment la plupart des aléas et des sujétions ( b r u i t , v ibrat ion puis­que ce sont des pieux sans refoulement, d i f f i c u l t é s d'accès puisque le matériel de battage est léger, remaniement du t e r r a i n , d i f f i c u l t é d'enture et de recépage). I l s mobil isent peu de frottement la té ra l un i t a i r e , mais sur une assez for te surface développée (pro f i lés H par exemple). I l s sont favorables, surtout enduits de bitume, lorsque se posent des problèmes de frottement négat i fs .

Les pieux forés moulés sont sauvent douteux en po in te , mais les méthodes variées de forage et de trépannage permettent de passer presque par­tout . (Néanmoins on n'oubl iera pas que le trépannage est toujours un supplé­ment de coût, apparaissant mal, ou sous-estimé, dans les o f f r es ) . I l s sont plus chers au mètre cube de béton en place que les pieux battus préfabriqués (compte tenu de la di f férence de taux de t r ava i l admissible), surtout s ' i l s sont chemisés. Leur exécution devra être part icul ièrement soignée et f a i r e souvent l ' ob je t de contrôles a poster io r i (auscul ta t ion, ca ro t tages . . . ) .

Les pieux battus préfabriqués sont à recommander si les e f fo r t s parasites ne sont pas trop importants :'t si les charges appliquées sont également fa ib les , (à cause de leur élancement), lorsque l 'oh a des doutes sur les poss ib i l i tés d'un bétonnaqe correct en place, (agress iv i té ou mou­vement des eaux, perméabil i té des so ls , existence de cavités) mais nécessi­tent une bonne connaissance du t e r r a i n , car l 'adapta t ioa de la longueur est

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Page 277: Fond 72 Fascicule 2 3 4

49

délicate et on peut toujours craindre des faux-refus. Ils présentent l'a­vantage de permettre un contrôle individuel au battage, d'accepter de fortes inclinaisons sans difficulté et sans notables plus-values et, quelquefois, de densifier efficacement les terrains lâches. Enfin la qualité de leur bé-tonnage autorise des contraintes admissibles en compression simple bien plus fortes qu'avec les pieux exécutés en place. En revanche, surtout lorsque les descentes de charges par appui sont fortes et par suite le nombre de pieux important, ils peuvent nécessiter des semelles de liaison trop grandes si on a été conduit à ne pas les serrer autant que des pieux forés, par crainte de difficultés au battage.

Les barrettes ou parois moulées sont un procédé commode pour cons­tituer des fondations profondes relativement: massives, ou à grand linéaire. Elles trouvent leur application préférentielle lorsqu'il s'agit de retenir des terres, soit que l'on excave effectivement et qu'elles jouent alors un rôle mixte de soutènement et porteur, soit qu'elles permettent de résis­ter par leur forme et leur grande surface latérale, à la poussée et aux efforts horizontaux. Elles sont soumises aux mêmes sujétions que les pieux moulés et leur contrôle est délicat, mais c'est sans aucun doute un procédé souple et efficace.

Enfin nous passons en revue pour terminer dans les tableaux des pages 50 et 51 les problèmes particuliers qui peuvent influer sur le choix du type de pieu.

c - Prix

A défaut d ' ind icat ions plus précises, et au stade de l 'Avant Projet Dé ta i l l é , on pourra tab ler sur les pr ix suivants (Hors taxes, et correspondant à un indice de référence par rapport au niveau des pr ix de béton armé du document-type EST 67, de I / I = 1,30).

Pieux battus préfabriqués :

650 F/m3 40 x 40 de très fa ib le longueur - 5,00 m

950 à 1050 F/m3 40 x 40 et 50 x 50 de 15 m de longueur

Pieux forés :

900 à 1000 F/m3 0 60 à 80 entre 10 et 15 m de longueur

550 à 600 F/m3 0 120 de 20 m de longueur

650 à 750 F/m3 0 150 entre 20 et 30 m de longueur.

Le chemisage perdu correspond à un supplément de 100 - 200 F/m3.

Barrettes et paroi moulées :

Les prix varient largement de 280 à 700 F/m2 de surface totale, suivant les terrains à traverser. Les valeurs les plus probables sont bien groupées autour de 400 - 500 F/m2 de surface totale, soit environ 600 F/m3 de béton en oeuvre.

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50 - I Problème

A

Frottement négatif

Poussées horizontales

Surcharge ultérieure par des remblais.

Efforts horizontaux prépondérants (rare).

Grand qlissement

B

Terrains boulants

Hétérogénéité de la couche porteuse

Schéma

surtout cas des culées ou des piles culées.

cas des culées ou des piles-culées.

Site urbain en particulier.

Cas de pylônes ou de portiques de signalisation

Proximité d'un trou profond.

Cond

Cas des sols pulvérulents saturés.

Cas de certains calcaires; c'est surtout la va­riation de la cote du bed-rock.

A éviter A préconiser

Conditions de travail

Pieux ou puits à paroi ruqueuse

Pieux et puits non armés ou peu armés ou plus qéné^rale-ment, fraoiles à la flexion, lîntr'axe infé­rieur à 3 dia­mètres.

Construire saris se préoccuper des fondations existantes.

Pieux et puits non armés lîntr'axe infé­rieur à 3 dia­mètres.

Annraver le risque de Glis­sement (surchar­ge, raidissement du profil). Compter sur un appui sur le terrain dans le sens défavorable.

itions de bonne exé

Pieux ou puits forés sans tu­bage.

Pieux préfabri­qués battus (si 1 ' hétérogénéi té est très impor­tante) .

Pieux et puits à paroi lisse. Chemise enduite de bitume. Pieux à bulbe.

Pieux métal ligues Pieux préfabriqués en béton armé. Puits forés armés Prévoir pieux et puits inclinés.

Mise en place pro­gressive des rem­blais. Ecrans de palplan-ches ancrés.

Pieux métalliques Pieux inclinés Pieux pouvant travailler à la traction.

Reculer 1 'appui Culée creuse ou travée d'accès Pieux fortement inclinés ou de gros diamètre, pa­rois moulées.

cution

Pieux préfabriqués battus ou mixtes, si le sol est lâche Pieux forés tubes

pact.

Pieux ou puits exécutés en place ou mixtes.

Observation

1 •

Effectuer les remblais d'accès à l'avance. 1 Etude spécifiqu 'W (tassement) Essai statique, jk

Effectuer les remblais à l'a- ^ vance. • Etude spécifiqu •* Vérifier la séd-rité au alisse- M ment d'ensemble • Si puits, étudier la butée du ter M rain. • Etude spécifique et contrôles de ^ mise en oeuvre. 1

Etude particu- | lière.

m

1 Ne pas compter • sur la résistancP au cisaillement de pieux ou de • palplanches. || Contrôler la va -leur et la dissi^ pation des pres-M sions intersti- " tielles. Suivre le tasse-jÉ ment. M

1 Eviter même dansj certains cas Tes pieux forés à la|^ bentonite. •

m Hétérogénéité à

à l'aide des pénB tromètres dynami­que et statique.•

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I - 51 -

^ j • Problème

•isque de M u x refus ^r

•1

1 . m

; ftuche porteu-: m avec un ' pendage.

1 : juches inter-; Bdiai res très : iimpressibles.

1 JL " 1 cai re Karstique • pse

i

1 J 1 Kux agressi­

fs Mer ||léniteuses • verses.

• rculation Peau impor­tante .

1 • foui 1 lements •

1 V

Schéma

Cas de couches intermédiaires de grande com­pacité (sable) ou présence de blocs.

Cas de bed-rock rocheux ••rréoul ier

Cas des sols cohérents sensibles.

,—, ..,,.^^,,,,

Act

Cas des ouvra­ges franchis­sant des cours d'eau.

A éviter

Pieux préfabri­qués battus Plan de pilota­ge mal adapté (pieux trop serrés).

Pieux préfabri­qués battus.

Pieux ou puits forés non che­misés. Entr'axe trop faible. Petit diamètre.

Pieux ou puits forés non che­misés Entr'axe trop faible.

ion permanente de

— • ' • • • • • • • - • • • • • - - - •

Ciment Portland ou pieux métal­liques, non pro­tégés.

Pieux ou puits forés à 1'eau exécutés en place sans gaine Epui sements.

Pieux ou puits non chemisés Pieux de faible diamètre Pieux peu armés.

A préconiser

Pieux exécutés en place battus sans refoulement du sol (tube. H) Pieux et puits forés.

Pieux ou puits exécutés en place avec trépannage.

Puits forés che­misés . Pieux préfabri­qués battus (béton armé ou métal) : Entr'axe supérieur à 30.

chemises métalli­ques Prévoir des in­jections Contrôle des cour­bes de bétonnage. Surdimensionner semelles pour per­mettre une adap­tation des efforts

'eau

Ciments spéciaux Ciment à 1 a mer Ciment CLK Etude spéciale

Pieux préfabri­qués battus ou forés et chemi­sés.

Puits fortement armés. Chemisage épais et protection par rideau de palplanches.

Observation

Se décèle à par­tir des essais in situ; peut se produire dans le cas de pieux trop rapprochés.

Contrôle de la base des pieux. vérifier si 1'encastrement est correct.

Risque d'inter­action entre pieux Contrôle de chantier.

Doit se déceler au cours de 1'étude géotech­nique Sismique - ré­fraction. C'est un problè­me spécifique suivant 1'étendue du phénomène.

(cas des pollu­tions industriel­les).

Mesurer les cir­culations d'eau avec un micro­moulinet pour savoir s'il faut gainer ou pas.

Etude spécifique (fixation de la profondeur maxi-maie d'affoui 11e-ment).

t I

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- 52

U.l.U - OUVRAGES A FONDATION INTEGREE

Nous groupons sous ce vocable quelques ouvrages-types qui sont à eux-mêmes leur propre fondation. Néanmoins nous laissons de côté délibérément dans ce dossier les buses, qu'elles servent d'ouvrages hydrauliques ou de passage pour piétons et bestiaux.

Les ouvrages dont il s'agit ici, qui sont principalement les cadres, les portiques et leurs extensions, font ou feront l'objet de dossiers-pilotes monographiques qui traitent non seulement de la conception, mais même du calcul des piédroits et radiers. On y renverra le plus souvent.

.1. - Cadres (dossier PI.CF 67)

Les passages inférieurs en cadre fermé s'appliquent aux sols présentant un taux de travail admissible de l'ordre de 1 bar. C'est dire qu'ils pèsent moins que les remblais qui leurs sont contigus.

D'autre part la structure est particulièrement insensible aux tassements. Dans le cas de sols très compressibles il est conseillé de réa­liser l'ouvrage après dégagement local du remblai qui aura été effectué à l'avance, mais on conseille alors de prévoi>" une traverse inférieure (radier) plus épaisse car elle portera plus par le centre.

En outre, si on est amené à autoriser des tassements importants après la construction, donc à envisager des rechargements notables de la traverse supérieure, il faudra en tenir compte dans le dimensionnement de celle-ci.

•2- - Portiques (dossier PIPO 66)

Les passages inférieures en portique ouvert assurent la relève des PI-CF lorsque les portées à franchir se situent aux environs de 10 m. Si le sol est très médiocre (q < 2 bars) les semelles du PI-PO doivent être très larges et l'on peut discuter son choix par rapport à celui d'un PI-CF. Au contraire si le sol admet un taux de travail admissible supérieur à 3 bars le radier général du pont-cadre perd toute utilité dès que l'ouver­ture atteint 8 m et il vaut mieux construire un PI.PO.

Cet ouvrage est sensible aux tassements différentiels ; c'est pourquoi au-dessous d'une pression admissible de 2,5 bars il convient de le fonder sur fondations profondes. La solution type en ce cas consiste à réaliser celles-ci au moyen de deux files convergentes de manière à réali­ser une quasi-articulation sous ta semelle (dont les dimensions sont aussi réduites que possible).

Dans ce dernier cas il faut s'assurer que les piédroits ne sont pas soumis à des déplacements importants et qu'il y a réellement articulation à leur base.

.3. - Extension des cas types

Il s'agit du Pont ISOSTAT et du portique ouvert double POD (référence note d'information du 23.11.70 de la DÛA.-B).

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53

Fig . 15

Principe du PI.C.F

Principe du P.I.PO.

77/////////////////7.^ PI PO sur pieux

dessin de principe

^

M '/////rr//T77/77777.

\ziâM

isostat

Dessin de principe

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- 54 -

Le pont ISOSTAT est à l'étude expérimentale actuellement. Il se différencie du PI-PO par des joints horizontaux dans la partie inférieure des piédroits. Les semelles sont indépendantes du reste de l'ouvrage vis-à-vis des effets de flpxion car la partie supérieure de l'ouvrage repose au milieu du joint sur des appuis glissants. Les avantages escomptés par rapport au PI-PO sont les suivants :

- centrage des semelles par rapport aux piédroits

- pression sur le sol relativement uniforme

- grande insensibilité aux tassements différentiels entre appuis compte tenu de 1'isostaticité.

Son principe reposant sur la mobilité de sa partie inférieure, il ne peut être fondé que sur semelle.

La structure en portique ouvert double POD ne pose pas de problè­mes spécifiques de fondation.

.4. - Remarques concernant les cadres et les portiques

a - Pour éviter une déformation dissymétrique qui mettrait en cause le comportement mécanique, le remblaiement doit être effectué par passes symétriques alternées derrière les piédroits.

b - Valeur approchée du module de déformation différé du sol (ESOL) à prendre en compte dans "les bordereaux de données des programmes de calcul électroniques PI-CF et PI-PO, ainsi que PP (qui dimensionne les piles et palées des passages supérieurs courants autoroutiers).

Ces proarammes de calcul font intervenir le module d'élasticité différé ESOL qui est issu de la formule simplifiée :

ESOL

où W est le tassement P 1 a pression appliquée R la demi-larqeur de la fondation.

Comme l'on a vu d'autre part, en introduisant le module de réaction &j <;oi K,

la détermination de ESOL se ramène à celle de K par :

ESOL = 4 . K . R

b, - Le module de réaction K peut être déterminé à partir du module

pressiomètrique Ep ; nous proposons deux méthodes d'évaluation :

Page 284: Fond 72 Fascicule 2 3 4

55

Méthode MENABD. Ce module de réaction K est une fonction de Ep, du coef­f i c i e n t "rhéologique" ex, et des coef f ic ients de forme A et A- so i t :

j . l 4 i - x R o x ( X ^ x ^ j f . ^ X X 3 X R

On trouvera au paragraphe 5.2.1 tous les éléments nécessaires pour le déterminer.

Evaluation de K par TERZAGHI et PECK. TERZAGHI et PECK ont proposé une évaluation de K à partir du module de compression Ec soit :

V Ec ,2R + 0,30,^ . ,, ... r Ep ^ "4 Ro ^ W^—^ ' considère que Ec = -^ on a :

u Ep ,2R + 0,30,^ T-, -

avec

Ep module pressiométrique moyen de la couche porteuse Ro rayon de référence égal à 0,16 m a coefficient de structure

sable et graviers

limons, arg i les sabl et sables argi leux

argi les normalement consolidées

euses

a =

ûc =

a =

1

3"

1 7

2 3.

terrains surconsolidés « = 1.

"Cette formule a été mise sous forme d'abaques (voir p. 56 )

b^ - Il est parfois utile de connaître le module instantané du sol

•insf °" ^ déduit de ESOL par E.^^^ = 3 ESOL

- La valeur du coefficient 3 dépend de la nature du sol et de ses

caractéristiques de filtration de l'eau interstitielle (voir éventuellement au chapitre 3.1.) et nous proposons d'adopter :

3 = 1 pour un sol drainant ; sables et graviers propres

3 = 3 pour les sols intermédiaires.

3 = 9 pour un sol argileux compressible.

métrique. Il n'est pas recommandé d'évaluer ESOL à partir de l'essai oedo-

Rappelons de toutes façons que, dans le cadre des calculs élec­troniques des ponts-types du S.E.T.R.A., même une erreur de 50 % sur ESOL n'aura pas grande incidence sur le dimensionnement. Toutefois il vaut mieux en donner une estimation par défaut que par excès.

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- 56 -

Calcul du module de réaction du sol K

à partir du module pressiometnque Er

(d 'ap rès Terzaghi et Peck)

4oi R, 2R +0,3

4R

3,Bn

3,00

2 50

7,00

1,50

100

0.50

\

\

\

\ \

\

\

\

\

\

\

\ y

\

\

\ \

,

'<-'^2

- < - 0,5

-<^s - < = 1

• 0^0 1.00 1.50 2j)0 2.40

1 R rayon ou —- largeur de la semelle

Ro= 0,16 m

-< = coefficient de structure

Ep = module pressiométrique

K = module de réaction du sol

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Page laissée blanche intentionnellement

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- 57 -

A.2.5 - C A S PARTICULIERS

On indique dans ce chapitre quelques types de fondation qui ne se rattachent intrinsèquement ni aux fondations profondes, ni aux fonda­tions superficielles. Etant donné que certains sont d'application peu usuel­le ou même carrément marginale et que nous n'en parlons que pour dresser un tableau autant que possible exhaustif, nous n'y insisterons pas beaucoup. Nous prévoyons d'ailleurs de consacrer aux injections et aux ancrages en particulier des monographies dans le cadre du futur niveau 3 du Guide de chantier (GGOA 70)

• ^- ~ Cai^^sons

I l s ' a g i t de massi fs creux en béton armé ou méta l l i ques comportant une ou p l us i eu r s a lvéo les i n t é r i e u r e s , et dest inés à c o n s t i t u e r une fonda t ion sous 1'eau.

On peut les met t re en oeuvre s o i t à p a r t i r d'une base de t r a v a i l hors d'eau, s o i t par f l o t t a t i o n ou por t iques (ce de rn ie r cas é tan t bien en­tendu rare et l i é à des caissons de t rès p e t i t e s d imensions) . I l s peuvent ê t r e s o i t échoués d i rectement au fond ou dans une s o u i l l e a r t i f i c i e l l e , s o i t descendus par havaae ou à l ' a i r comprimé à t r a v e r s des couches meubles j usqu 'au niveau d'appui c h o i s i . I l res te qu'un de l eu rs avantages par rappor t aux s o l u t i o n s concurrentes est d ' é v i t e r d ' a v o i r à c o n s t i t u e r une base de départ a r t i f i c i e l l e hors d 'eau .

On se repo r te ra au c n a p i t r e XX\/I'T du tome 3 des Procédés Généraux de Cons t ruc t ion (? . GALABRU) pour les di spos""i t i ons techniques et les p o s s i b i ­l i t é s du havaqe, et au c h a p i t r e XXXI pour t o u t ce qui concerne l ' a i r compr i ­mé. Disons seulement i c i que les d i f f i c u l t é s s o n t , pour les caissons havés, la p r é c i s i o n de l ' i m p l a n t a t i o n (aussi bien le calage en plan que l ' i n c e r t i ­tude sur la cote exacte à l a q u e l l e le caisson s ' a r r ê t e en d é f i n i t i v e , q u ' i l

a i t ou non rencontre inopinée de po in ts durs en cours de havage, s u r t o u t à grande profondeur) e t les r isques de déversement à la descente ; pour les caissons à l a i r comprime, les cadences de terrassement et l e passage à l ' a i r comprimé lui-même, que tou t le monde espère bien é v i t e r , mais qui se révè le souvent i n é l u c t a o l e .

V

Les caissons sont dore toujours une solution onéreuse à laquelle on sera cependant souvent oblioé d'avoir recours lorsque le niveau d'appui est à plus de 20 mètres du terrain naturel (penser aussi aux batardeaux en paroi moulée intégrable ou non à la fondation). On sait, en effet, qu'il serait toujours très délicat d'épuiser un batardeau de cette taille à cause au dégrafaae des palplanches ; les batardeaux avec surfouille ou à rideaux imbriqués, s'ils permettent effectivement d'atteindre des niveaux plus pro­fonds, sont souvent décevants à l'exécution.

La résistance aux affoui 11ements et aux chocs de bateaux est évidemment parfaite, pour peu que le niveau d'appui soit correctement choi­si. C'est pourquoi on a pu utiliser des petits caissons (de 4 à 6 m de hauteur) en site aquatique affouillable lorsque les efforts horizontaux étaient importants.

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58 -

Un pri'x de 400 à 600 F par mètre cube de béton, tout compris permettra de faire une toute première estimation. f*ais il est bien évident qu'il faudra une étude précise dans chaque cas, à cause des très qrandes variations dans les procédés d'exécution, dans la taille des caissons et dans les difficultés locales du site.

.2. - Ancrages

Les tirants ou ancrages, précontraints ou non, définitifs ou provisoires, sont constitués de trois parties principales :

- zone d'ancrage au terrain ; Les cables ou les barres transmet­tent les efforts au terrain le plus souvent par l'intermédiaire d'un coulis de ciment.

- longueur libre ; La tension y est constante puisqu'il ne doit pas y avoir contact donc frottement avec le terrain.

- tête du tirant ; sert à la mise en tension puis au blocage.

La lonaueur de la zone d'ancrage dépend bien sûr des caractéris­tiques de frottement du terrain, mais varie en fait moins que celles-ci parce que l'on adapte la capacité unitaire du tirant au terrain (capacités faibles pour un terrain argileux, moyenne pour un terrain sableux, forte pour les roches). La lonquejr d'ancrage est aénéralement comprise entre 3 et 8 mètres, la partie libre étant recouverte d'un simple mortier ou enduit de protection contre la corrosion (tirant armé) DU injectée (tirant précon­traint) .

L'effort admissible peut aller jusqu'à 40 tonnes (le coefficient de sécurité sur l'ancrane est pris égal à 2 pour les tirants définitifs et 1,5 pour les tirants provisoires). L'armature peut être soit une barre soit un cable de précontrainte. Le forage se fait en percussion ou en rotation (diamètre entre 50 et 120 mm).

Les tirants sont très utilisés actuellement pour stabiliser des enceintes verticales (parois moulées, murs berlinois, etc..) même définiti­ves.

.3. - Injection des sols

Une monoaraphie détaillée devant être insérée dans le futur niveau 3 du HUide de Chantier (OGOA 70), nous ne faisons ici qu'un br' f ' rappel des possibilités des injections et de ses utilisations en fondations d'ouvrages.

Les injections sont utilisées surtout dans un but d'étanchement et dans un but de renforcement du sol.

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59

Dans le premier cas, il s'aqit surtout de se mettre, définitive­ment 0!i transitoirement à l'abri de l'eau :

- étanchement du fond de fouilles creusées à l'abri d'un batardement insuf­fisant. Ce procédé se révèle quelquefois plus économique qu'un massif de béton immergé ou qu'un pompage intensif dans les sols très perméables (ce dernier n'est pas toujours possible à cause des risques de renard)

- réalisation de cuvelages étanches ou d'écrans

- imperméabilisation du sol dans la masse lorsque l'on désire réaliser des pieux forés à l'abri de venues d'eau qui seraient sinon importantes.

En tant que renforcement du sol les injections sont, pour des motifs économiques, surtout limitées à la sauvegarde d'ouvrages menacés. Cependant les exemples suivants correspondent à des cas d'utilisation pour des ouvrages nouveaux, dès la conception du projet :

- augmentation de la réaction de masse d'un rocher fortement fracturé

- amélioration de la force portante de pieux, soit par collage latéral en zone karstique (Pont de Blois), soit pour pallier un curage en pointe déli­cat ou douteux.

- traitement préventif de zones karstiques sous les semelles.

A l'heure actuelle, compte tenu de la variété des coulis utilisa­bles, pratiouement tous les sols sont injectables. Le prix et les difficul­tés auamentent lorsque la perméabilité diminue, et que les caractéristiques de résistance de la masse du sol après injection augmentent. Les seules exceptions sont constituées par les sols très fins (certains limons, les argiles, les vases...).

Il ne faut pas se dissimuler qu'il s'aqit là d'un procédé onéreux et quelquefois aléatoire, surtout s'il n'est pas employé de façon pratique­ment ponctuelle, à cause des sujétions d'emploi suivantes :

- adaptation stricte de la viscosité du coulis à la perméabilité du terrain ; importance du mai liage d'injection

- nécessité d'une reconnaissance poussée, aussi bien géotechnique, qu'hydro-géoloqique (analyses d'eau...)

- risques de claquages et de pertes de coulis.

.4. - Cuvelage

Le cuvelage est une structure autoporteuse dont la base est dans la nappe et destinée à former un volume étanche résistant aux sous pressions Pour ne parler que du domaine routier, il s'emploie dans des trémies et trancnées couvertes ou non.

La DOA.-B du S.E.T.R.A. ayant diffusé le dossier-pilote PSHR 71 sur les ouvrages urbains à faible profondeur dans lequel ces problèmes sont traités, nous ne mentionnerons ici que quelques points :

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60

- il n'y a jamais de problèmes de portance, puisque l'on excave. De toutes façons, une telle structure ne sollicite le sol que très faible­ment (0,5 à 1 bar)

- il y a toujours des problèmes d'équilibre et d'étanchéité,qui ne doivent pas systématiquement être résolus par la construction d'un radier épais compensant, par son seul poids, les sous-pressions. Notamment lorsque la pression d'eau est faible ou qu'un niveau imperméable est atteint par les murs latéraux (parois moulées par exemple), ou que ces murs allongent tout simplement le chemin de filtration, le débit sera peu important et un système de drainaqe normal devra suffire, au besoin avec interposition d'une feuille de nylon ou de polyéthylène entre le sol et la chaussée souple. De toutes façons il faut prendre en compte dans la vérification de l'équilibre le poids des parties adjacentes.

- Pour l'exécution de la fouille on peut avoir recours soit à des parois moulées incorporables à l'ouvraqe, soit à un batardement, des injections d'étanchéité ou même un rabattement de nappe.

- On sera quelquefois conduit à ancrer la structure soit par des tirants soit par des pieux spéciaux résistant aux efforts d'arrachement (pieux vissés, expansés,...).

,5. - Dalle de frottement

Une dalle horizontale de béton armé noyée dans un remblai permet de transmettre par des tirants en béton armé ou en acier un effort Horizon­tal de frottement sur ses deux faces.

Une telle dalle de frottement peut reprendre des efforts horizon­taux (poussée des terres par exemple). Les conditions sont :

- remblai de bonne qualité bien compacté

- butée suffisante à l'avant pour équilibrer les efforts de frottement sur le dessus de la dalle (double plan de frottement).

- implantation de la dalle en dehors des cercles de glissement d'ensemble intéressant le mur soumis à la poussée a repronore

- tassements différentiels entre mur et da'le et sous les différentes parties de la dalle acceptables. Dans certains cas on sera amené à réaliser la dalle par plots et à prévoir des tirants souples en acier correctement protégés contre la corrosion.

Cette solution est peu fréquente, elle ne sera que rarement justifiée et uniquement en remblai (en déblai el'e obligerait à reculer le bord arrière de la fouille donc à accroître considérablement les mouve­ments de terre). La valeur maximale de la contrainte de cisaillement mobi­lisable est égale sur les deux faces à la pression des terres sus-jacentes multipliée par l'angle de frottement du remblai. Un coefficient de sécurité modéré est à y appliquer.

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- 61 -

6. - VibroflOttation

'o'jr memoi re.

7. - Pilonnage intensif

^our memoire.

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Page laissée blanche intentionnellement

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62

CHAPITRE 4.3

NIVEAU D APPUI ET TYPE DE FONDATION

l,.2A - P R O C E S S U S DU CHOIX

Le choix combiné d'un niveau d'appui (1) et d'un type de fondation se fait, rappelons-le, par étapes successives.

Les différents stades du déarossissaae sont, dans 1'ordre, la recherche des niveaux d'appui possibles, la recherche du ou des types de fondation applicables à chacun de ces niveaux, enfin le choix de la solution à retenir, qui pourra se faire arâce à des estimations comparatives avec usane de prix composés, et devra faire intervenir uri junement sur la sécurité inhérente à chaque solution et sur les aléas possibles à l'exécution.

A l'intérieur de chaque étape les possibilités sont quantifiées, pour des raisons d'ordre économique ou d'exécution plus que d'ordre théori­que et en fonction des dimensions habituelles de chaque type de fondation.

Donnons un exemple de ce type de "quantification" : dans le cas des terrains noyés, on s'efforcera, en nénéral, de placer les semelles au-dessus du niveau de la nappe phréatique. Ce n'est que si aucun niveau d'appui n'existe au-dessus de la nappe phréatique ou si un net accroissement de la capacité portante entraîne une nette diminution de la •'"aille des semel­les que l'on sera amené à considérer une fondation "superficielle" implantée sous la nappe. Encore les problèmes d'exécution (épuisement, blindane, stabi­lité de la fouille) rendront-ils souvent cette solution peu compétitive vis-à-vis d'une solution sur pieux.

A.3.2 - NIVEAU D'APPUI

.1. - Définition

A chaque cote donnée et en fonction des propriétés des couches environnantes, correspond un taux de travail qui assure la stabilité à court terme et à lonn terme ainsi que des tassements acceptables pour la structure. En fonction de la profondeur, ce taux de travail accuse une variation (pas

(, forcément croissante) et, éventuellement, des discontinuités. Compte tenu (; de précautions d'encastrement ou au contraire de revanche au-dessus de sols (; plus médiocres, il est envisaoeable d'implanter la base de la fondation à un (' certain nombre de niveaux dénommés niveaux d'agpui.

NOTE (1) Pour éviter l'ambinuité lexicale du mot "fondation" dans les expressions type de fondation et niveau de fondation, nous avons préféré l'expression niveau d'appui. On comprendra sans peine qu'il s'aait de la cote à laquelle se fait le rapport des charaes de la fondation sur le sol environnant, et non pas, bien entendu, la cote des appareils d'appui, par lesquels les efforts dus à la superstructure sont transmis à la fondation.

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53

.2. - Commentaires

Les niveaux d'appui ne sont oas toujours exactement définis ; par exemple, en terrain homonène ou s'améliorant faiblement avec la profon­deur, à partir d'un certain encastrement, un approfondissement auamente certes le taux de travail, donc diminue les dimensions de la base de la fondation, mais il aunmente les terrassements et la hauteur des fûts (cas des fondations superficielles) ou des pieux (cas des fondations profondes). On voit donc qu'il y a une certaine plane de profondeurs d'encastrement optimales du triple point de vue mécanique des sols, exécution et coût.

Cependant on note immédiatement que la notion de niveau d'aopui est liée aux charaes à supporter, donc au type de fondation, pour un ouvrane donné. Par exemple une certaine cote pourra être favorable à la fondation d'un caisson havé ou d'une semelle larne, mais être improprt à la base d'un aroupe de pieux.

Les éléments aéotechniques qui tendent à discrétiser le choix sont, entre autres, les discontinuités nettes entre couches, et le niveau de la nappe.

Un bon niveau d'appui correspond à une fondation suffisamment en­castrée dans la couche considérée et assurant une couverture suffisante par rapport à d'éventuelles couches faibles sous-jacentes. en oénéral c'est le premier niveau d'appui à partir de la surface qu'il faut préférer, sauf justification, mais no'is en discutons d'une manière 'iétaillée au paranraphe 4.3.3 - Choix de la solution définitive, oaqe 73 •

En milieu homonène, la résistance sous la base commence à plafonner pour un encastrement énal à 2 fois la larneur des semelles et la saturation est pratiquement complète pour un encastrement de 3 diamètres, en ce qui con­cerne les fondations profondes. (5 diamètres pour les roches ou les sols très compacts, mais on n'a pas, en oénéral, besoin d'aller jusque là car la force portante devient alors extrêmement élevée).

Evidemment le frottement latéral, lui, n'est pas sujet à saturation avec la profondeur (puisqu'il croît linéairement ou paraboliquement avec la surface latérale du pieu).

En milieu constitué d'une succession de couches, on pourra calculer une profondeur équivalente d'encastrement en prenant la moyenne pondérée d'un indicateur de résistance du sol, par exemple la pression limite pressiométrique

qui donne h = m~ I D1 (Z) dZ. Les calculs de stabilité sont ensuite menés Jo

en suoposant la fondation encastrée de h et le sol homogène de pression

limite Pie. (voir chaoitre 5.2)

Aux discontinuités nettes entre couches oéotechniques , on pourra appliquer le même raisonnement qu'à la couche homonène précédemment considé­rée, sous la double réserve que la discontinuité soit positive (la couche inférieure a des caractéristiques néotechniques meilleures que la couche supérieure ; sinon l'approfondissement n'aurait en nénéral aucun intérêt, sauf considérations d'affouillement par exemple) et que l'épaisseur de la couche considérée soit suffisante pour permettre un certain encastrement en son sein d'une part et assurer une suffisante couverture par rapport à d'éven­tuelles couches faibles sous-jacentes d'autre part.

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- 64 -

D'autre part les vérifications à faire ne concernent pas seulement le niveau d'appui, qui entraîne l'idée de la seule ruine par poinçonnement localisé, mais en outre et plus généralement, la stabilité d'ensemble (au nrand qlissement et au déversement). Les vérifications à effectuer sont explicitées au chapitre 5.3, mais on peut citer d'ores et déjà, à titre d'i 1 l'jstration :

- la dualité stabilité d'un pieu et stabilité du nroupe entier

- le fait qu'une semelle à flanc de coteau, stable localement, puisse être entraînée dans un arand glissement

- le tassement d'une semelle dans un sol,qui s'ajoute au tassement de l'ensemble de la masse du sol sous l'effet d'un charaement par remblai.

Qualités du sol à rechercher

Remarquons que la définition donnée ci-dessus du niveau d'anpui est extrêmement larne ; notamment elle ne présume pas des méthodes de calcul qui sont employées pour justifier la oossibilité de s'asseoir à tel ou tel niveau, pourvu que la comparaison se fasse entre résultats homonénes. En particulier le calcul nourra être fait soit à la rupture (calcul aux charnes limites et minoration par un coefficient de sécurité, puis comparaison avec des tassements admissibles par la structure), soit dans l'esprit de la nouvelle conception alobale de la sécurité et des nouveaux reniements de calcul de béton armé et précontraint, (voir au chanitre 5.1 les définitions et des conseils permettant de s'adapter aux nouvelles méthodes de vérification).

Il est évident Que les caractéristiques néotechniques de ce que l'on appellera un "bon terrain" de fondation varient avec la profondeur à 1aquelle on le cherche.

Pour une semelle superficiel le, lorsque cette profondeur auamente, la charoe des remblais et le poids de la fondation elle-même croissent ; d'où, a dimension de semelle donnée, la recherche d'un sol meilleur avec rapprofondissement (d'ai 1 leurs à quoi servirait d'approfondir la fondation si c'était pour voir les qualités du sol emnirer ?).

Pour une fondation profonde, la forte réduction de surface par rapport à une semelle obligera à rechercher, à la même cote, une pression admissible beaucoup plus élevée. Mais, à mesure que l'encastrement augmente, cette pression admissible nécessaire cr pointe peut être réduite grâce à l'effet du frottement latéral mobilisé dans la couche porteuse.

Pour une •f'ondation intemédiai re, la surface de base est importante et le frottement latéral se fai t aussi sentir, mais l'importance du poids propre de la fondation et des remblais sus-jacents fait que la portance à recher­cher ne diminue Das notablement avec l'accroissement de la profondeur, au moins jusqu'aux profondeurs usuelles (7 à lu l'i nour les petits caissons et plus pour les nros ).

A titre d'illustration, le graphique page 55 indique, en fonction de la profondeur D du niveau d'appui par rapport au niveau du terrain défi­nitif, d'une part la pression admissible minimum pour une semelle de largeur donnée et d'autre part la pression de pointe minimum pour que des pieux travaillent en tête à 50 bars.

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65

Pieu ancre dans une couche la cote 10. (arbitrairement )

30 .-

20

10

1.5

eu ancre dans une couche à la cote 10 avec couche de qualité moyenne entre 5 et 13

'

Pieu flottant Sol homogène ou pseudo-homogène

Semelle superfi­cielle

Massif, Caisson

B = 1,5 à 2m étroite

B = 3 à A m nnoyennement large

> semelles

H 1 ( 1 1 1 1 1 1-10

H 1 1 1 1 1 h 15

H 1—h 20

D (mètres)

fig : 16 Force portante admissible m i n i m u m à rechercher à chaque

profondeur , en fonction du type de fondation

D est la profondeur du niveau d 'appu i ( côté de la pointe des pieux ou de la base des semelles )

sous le sol f ini

Les courbes représentent la valeur minimale de la force portante à rechercher à la profondeur D pour

pouvoir se fonder sur semelle ( de largeur donnée ) ou sur pieux ( travaillant à 50 bzirs )

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- 66 -

En ce qui concerne la largeur des semelles, il ne s'agit évidem­ment que d'ordres de grandeur, valables pour des ouvrages courants ou pas trop exceptionnels, dont les réactions d'appui en tête y compris les charges routières avoisinent, par mètre linéaire de largeur utile biaise de tablier,

40 à 60 t pour les appuis intermédiaires, plus 30 t pour l'appui et le poids des terres.

20 t pour les piles-culées, plus 10 à 50 t pour l'appui et le poids des terres.

Pour les pieux, qui sont pris arbitrairement de 50 cm de diamètre, on a considéré trois cas :

- pieu ancré dans une couche surmontée de sols médiocres ou nuls dans les­quels on ne compte pas de frottement latéral (frottement néoatif non pris en compte, néanmoins)

- pieu ancré dans une couche surmontée de 5 m de sols moyens (pression admissible 10 à 12 bars, frottement latéral 2 à 3 tonnes/m2 environ).

Dans ces deux cas ci-dessus la couche d'ancrage est arbitrairement supposée régner à partir de 10 m de profondeur.

- pieu dans un sol approximativement homogène, réanant depuis la surface et pour lequel on compte du frottement latéral sur toute la hauteur du pieu.

Ce Graphique est évidemment approximatif et destiné à fixer les idées sur des ordres de nrandeur sur les valeurs minimales à rechercher ;

Néanmoins il peut être utilisé des trois manières suivantes :

- à partir de la coupe du sol et des valeurs de la pression admissible, détermination de la largeur des semelles nécessaires ou de l'encastrement minimum des pieux pour faire travailler le béton à 50 bars

- visualisation des plaaes de concurrence de plusieurs types de fondation

- recherche des qualités minimales du sol, à une profondeur donnée, compati­bles avec un type de fondation donné.

En conclusion, nous pouvons donner la définition ci-dessous d'un bon terrain de fondation à rechercher, pour des ouvrages pas trop exceptionnels

Profondeur du niveau d'appui.

0 < D < 3 m

5 < D < 10 m

D > 15 m

En surface

Profondeur moyenne

Grande profondeur

Pression admissible minimale

2 bars

5 bars 25 bars

15 bars

30 bars

Type de fondation

compatible

"superficielle"

"intermédiaire" "profonde"

"profonde flottante" "profonde ancrée"

PAS DE COUCHE TROP COMPRESSIBLE SOUS-JACENTE PROCHE

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- 67 -

Ce tableau n'a qu'un caractère mécanique et aéotechnique. Il ne tient aucun compte, bien sûr, des sujétions d'exécution, notamment il ne prend pas parti sur le choix de la solution dans le cas d'une fondation semi-profonde ( 5 < D < 10 m ) . La seule action décisive du point de vue de la conception des fondations est la limitation de bon sens des intervalles de variation de l'encastrement pour chaque type de fondation. Encore cette dernière limitation est-elle forcément schématique.

Rappelons que dans son paragraphe 4.7 le document-type FOOT 67 indique, pour les ponts-types à 3 et 4 travées les plus courants, les ordres de grandeur des résultats auxquels off doit s'attendre pour la largeur des semelles et des indications sur l'influence plus ou moins importante de la pression admissible sur ces valeurs. L'intervalle pour lequel cette influence est notable est bien sûr limité, puisqu'en-dessous d'une certaine valeur de la pression admissible on aboutit à des semelles trop larges (et donc que l'on passe à des fondations profondes) et qu'au-dessus d'une autre valeur, la largeur plancher de 1,50 m est atteinte. En pratique : Pour les pile^, on passe de 1,50 à 4 m (largeur des semelles) lorsque la pression admissible varie de 4 à 2 bars. Pour les piles-culées en remblai, on passe de 1,50 à 3 m lorsque la pression admissible varie de 3 à 2,2 bars. Pour les piles-culées en déblai, on passe de 1,50 à 2,50 (et on ne peut aller beaucoup au delà sous peine de diminuer trop la distance horizontale entre le bord de la semelle et le talus fini) lorsque la pression admissible varie de 2,5 à 1,2 bars.

Les considérations de ce paragraphe sont résumées dans les tableaux des pages 68 et 69 , surtout en ce qui concerne la concurrence entre les différents niveaux d'appui et leurs éventuelles limitations de mode de fon­dation dues au projet ou à 1'exécution.

.4. - Critères de rejet ae la fondation superficielle

Er, pius de ces tableaux, il semble utile de traiter plus spécialement les cas doute'jx, où une fondation profonde peut entrer sn concurrence avec la fcndati'-'- <:,oerfici el le, et où -'on serait tenté de rejeter celle--" -'y.r -i s ra'SOiic supposées de séc-;rité 'intrinsèave. f'ous présentons don- pines 71 ?,z 72 dejx tableaux, qui rés'jiient les raisons valables et -'. :::s qji sont insuffisantes à elles se-les.

x RôppeiCiis néan:. "'ns q,e ';a concurrence fondation profond" - fondation s superf'c'el'e souffre de l'Hee que l'une est le fait des spécia"" istes et i l'autre, àppâre:?,rrent toute simple, est l'affaire des entrepreneurs généraux i de génie cnil. Il n'en est évidemment pas ainsi, mais cette idée erronée i aboutit n de.x excès ; soit rejet sans raison de la fondation superficielle, l juaéetrop peu technique, soit, 'orsqu'on en construit, indigence de la recon­

naissance ou rrêmc absence comolète. Cette dernière pratique, si elle est rare dans .e JoTaine propre des ouvrages d'art, peut néanmoins se rencontrer en ce qui .;o".cerne les ouvrages annexes, que l'on fonde invariablement sur radier (co"1ecteurs , chambres de relevane,... . ).

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Si le bon terrain est:

En surface

A profondeur moyenne

Conditions du site et de 1'ouvrane

Pas de risque d'af-fouillements

Risque d ' affoui 1lement

Pas de risque d'af-foui11ements

Risque d'affoui11ements

Fondations conseillées

SE^'ELLE

SEMELLE sur massif de gros béton, avec éven­tuellement parafouil-le

SEMELLE descendue au bon terrain si pas de venues d'eau excessi­ves.

SEMELLE en surface sur massif de gros béton non armé coffré

PIEUX courts.

SEMELLE dans BATAP-DEAU de pal pi anches recépé au niveau du terrain naturel.

SEMELLE sur massif de tiros béton coulé dans un batardeau ré­cupérable. PUITS de très gros diamètre protégés de 1'érosion.

Observations

Niveau d'appui au-dessus de la nappe, si possible

Niveau d'appui sous la cote des affoui1lements maximaux :

. Protéger par un rideau parafouille autostable descendu au-dessous de la cote des affoui1le­ments maximaux

. Descendre plus bas.

Indifféremment, selon le prix de revient.

Suivant la cote et la virulence des affoui11e-ments.

en 00

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".'• le bc" cerra'n est:

" nrande profondejr

Inexistant

Conditions du site et de 1'ouvrane

Efforts horizontaux notables.

Efforts horizontaux faibles.

Fondations conseillées

CMSSO'IS FONCES s'il est iTipossible de faire des rouilles à sec.

FONri.v:îO'; "ASSn'E exé­cutée soit à sec soit à 1'abri d'un batar-deau de palplanches ou parois moulées

PIEUX OU PUITS verti­caux et incl inés.S'il y a risque d'affoui1lements, voir § 4.3.4. pour dé­terminer le niveau de la semelle de liaison.

PIEUX OU PUITS verti­caux

Pas de terre à retenir: piles-colonnes (petits ouvranes seulement)

Pieux flottants

Sen-!elles de surface très larnes après charaement artificiel, avec ou sans drainaae.

Observations

Grands ouvranes seule­ment.

Semelle la plus haute possible.

. choisir un type d'ou­vrage spécialement adapté.

. nécessité d'une étude particulièrement soignée.

. importance des phases et des délais.

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- 70

Voici quelques 'jns des avantages de la fondation superficielle :

L'exécution sst en général plus sQre. Le bétonnaqe est en général correct, i'i est as toutes façons contrôlable. La vibration du béton pe'jt être complète et l'enrobage des armatures assuré. D'éventuels éboulements de la fouille n'ont pas pu passer inaperçus.

L'observation visuelle du sol permet de confirmer ou non les résultats de la reconnaissance. Voir le terrain est un avantage que l'on ne devra évidemr^ent jamais négliaer ; cependant, on se gardera de laisser la fouille trop longtemps ouverte et exposée aux intempéries ou même à l'humidité ambiante, s'il s'agit de sols sensibles ou surconsolidés.

Enfin un dernier élérrient, et qui vaut autant pour la comparaison fondation superficielle - fondation profonde que pour les comparaisons fon­dation superficielle - fondation intermédiaire ou fondations "superficielles" pj.zS ou moins enterrées, est que si on a laissé passer un niveau d'appui on r'sque de n'en pas trouver d'autre "plus bas. En effet, le tableau et le gra-phique des pages 65 et 66 montrent -'aire-T-ent que la pression admissible ninimum à chaque niveau (compte tenu d„ domaine d'emploi et des dimensions habituelles de chaque type de fondation) croit en fonction de l'approfondisse­ment : d'abord faiblement, certes, pour les fondations superficielles, puis très fortement lorsque l'on passe aux fondations profondes flottantes ou ancrées. Et dans une confiauration de sols médiocres sur une forte épaisseur, sans substratum ou couche d'ancrage à profondeur acceptable, refuser des semé 'es m§Tie larges c. 2 r„ 3 mètres de profondeur ( q = ?,5 bars environ" obligera à se satisfaire de piev;x flottants à 15 ou 20 mètres, ne travaillant pas à leur charge intrinsèque ( q = 19 bars par exemp''e à 15 m, soit 30 bars en compression simple dans le béton), donc nombreux et sujets à des tassements en tout état de cause supérieurs à ceux de la semelle délaissée.

Les exemples ne sont pas rares de cas similaires où l'on a recouru à des fondations très profondes (ancrées ou flottantes) pour avoir trop som­mairement écarté un niveau d'appui superficiel ; dans plusieurs de ces cas, de sérieuses complications se sont révélées à l'exécution des pieux, qui auraient pu être évitées.

On doit donc répéter ici la conclusion générale déjà évoquée raqo 63 , comme quoi un approfondissement du niveau d'appui ne donnera d'avàntane certain, au delà d'un encastrement de 2 largeurs pour les semelles et 3 diamètres pour les pieux et puits, que si cet approfondissement permet d'atteindre une couche de sol nettement meilleure. Cette conclusion n'est évidemment pas valable pour les pieux flottants (lorsqu'on les compare entre

i{ eux po^r des longueurs différentes), puisque le frottement latéral n'est pas i sujet à saturation avec la profondeur.

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Critères Méthode utilisée Observations

Comnortemont "iécanicj.,9

'oinçor.pement à partir des caractéris­tiques mesurées en labo­ratoire (drainées ou non drainées) et in situ (scissomètre). à partir de la pression limite pressiométrique.

Les mauvais prélèvements conduisent en général à être exagérément pessimiste sur la résistance du terrain. Une mise en oeuvre peu soignée sous-évalue en qéné-ral la résistance. Les vérifications effectuées à partir des résistan­ces de pointe des pénétromètres statiques R ou dynamique R, ne sont pas valables dans les ca,s

limites (manque de précision).

Tassements ab­solus ou diffé­rentiels exces-si ''s.

calculés à partir des ca-ractcr-i stiques oedométri-q.:es ov pressiorétriques.

La qualité des prélèvements ou des essais est impor­tante pour des vérifications précises.

Instabi1ité d' enser.ible.

à partir des essais de laboratoire et program­mes de calcul électroni­que-

Recherche du cercle de glissement le plus défavora­ble.

•1J 70

X

c~>

t — I

-H m 70 fn 00

t.

Difficultés d'exécution.

Rabattement; tenue des terrains noyés et boulants

Etude spécifique c faire

Etalement, battage de pa !pla-~,c>es, etc

Essais de battage et de perméabilité.

On n'oubliera pas que si on rejette la fondation superficielle, les pieux poseront peut-être aussi des problèmes d'exécution.

Divers

Influence sjr fon­dations existantes. '* ou'"'le"'ents Terrassements ul­térieurs Fondations pas as­sez iT^assiveS(chocs de bateaux, résis­tance aux efforts horizontaux dûs

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Existence de fondations S'jr pie^x au voisi naqe.

Une comparaison précise est nécessaire (charges transmises, impératifs particuliers, étude qéotechnique effectuée) car les pieux peuvent n'être pas justifiés. Une reconnaissance géotechnique est à faire de toute manière.

Structure qéoloaiquement irrégulière. 1. Terrains qéologiquement

différents

2. Présence de fai11 es : a/ crainte de mouvements

b/ crainte de tassements di "férentie": f

3. Présence de Karsts ou de cavités

mais pouvant être mécaniquement semblables. Se méfier des appellations de sols différentes utilisées par les qéoloques et les mécaniciens des sols.

l^s mouvements n'ont de sens qu'à une échelle de temps géologique. Il faut remarquer toutefois que la présence de failles pose en général des problèmes pour les investigations et pour l'exécution des fondations profondes.

Il fait évaluer ces tassements de manière précise par les méthodes in-diq'.ées dans le tableau I. A priori, la fondation superficielle a dans ce cas l'avantage de ne pas induire de concentration de contraintes. De toute manière c'est affaire d'espèce et une étude spécifique est nécessaire, portant notamment sur les points suivants : localisation, taille, fréquence des karsts ou cavités, activité ou non du phénomène.

Structure ne pouvant supporter les tassements.

Dans certains cas extrêmes il peut être avantageux de modifier la structure, voire de la déplacer.

n X 3 t—1

—i m :^ m o^ '

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-c ï= "^z»

en 1 —

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ij~i A l'exécution, le sol du fond de fouille paraît être de mauva^'se qualité.

Dans ce cas

Nota

- Faire un examen d'homoq de fouille, chercher à tativement par rapport sondages (voir nota). E si 1 'on pense se trouve prévu, reconnaître un p le locale).

- Ne pas retarder le coul (dégradation des sols e

- Avertir le responsable demander des explicatio complémentai res.

attention aux appréciations subj la finesse du matériau, etc.. q de rapport avec les qua"iités méc

énéité de la surface du fond identifier le terrain quaii-aux coupes établies lors des ventuellement, en particulier r dans étage supérieur à celui eu plus bas (barre à mine, fouil-

age du béton de propreté xposés aux intempéries, etc..) de l'étude de sol afin de lui ns et envisager des essais in situ

ectives basées sur la couleur, ui , en général, n'ont que peu aniques.

iJtilisation de méthodes inprècises pai" exemple : mauvais prélèvements, mauvaise mise cf. tableau précédent.

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- 73 -

4.3.3 - CHOIX DE LA SOLUTION DEFINITIVE

.1. - Restrictions dues à l'exécution

On ne se heurtera pas, en général, à des impossibilités d'exécu­tion, mais le plus souvent à un renchérissement dû aux mesures conserva­toires supplémentaires.

Ce sont très généralement des problèmes de lutte contre l'eau, qu'il s'agisse d'assécher une fouille, d'éviter une attaque et un délavage du béton par l'eau, ou d'assurer la tenue d'un talus provisoire.

Evidemment ces problèmes jouent sur la qualité de l'exécution et sur les délais.

Citons quelques exemples :

- Les fondations superficielles sous la nappe, même à 2 ou 3 mètres du terrain naturel, seront souvent plus chères et plus aléatoires que des semelles sur massif de gros béton non armé coffré ou des fondations profondes de faible élancement, si on peut réaliser leur semelle de liaison hors d'eau.

- Etancher un batardeau de pal pi anches profond sera toujours une opération difficile. Elle deviendra pratiquement impossible après 20 m, à cause du dégrafage.

- Exécuter certains types de pieux forés dans des terrains fissurés ou soumis à de fortes circulations d'eau sera hasardeux ; le bétonnage s'en ressentirait. Prévoir une chemise, même définitive, ne suffira pas si des venues d'eau ont lieu par le fond, ce qui rendra en outre le curaae impossi­ble.

- Si l'on doit effectuer un rabattement de nappe, il faut veiller aux tassements voisins et aux éboulements près des pompages. La congélation, pratiquement pas employée en France, modifiera profondément le régime hy-draulique local.

- Le battage risque de provoquer des phénomènes d'effondrement (dans les sols lâches particulièrement sensibles) et au contraire sera impossible dans certains sols sableux même lâches qui réagiront élastiquement (sablons).

- Les injections ne seront pas toujours efficaces, même si l'on injecte en plusieurs phases pour éviter les claquages. En fait elles sont même pratiquement toujours aléatoires.

On voit que l'on pourra être amené, par les restrictions concer­nant l'exécution, à repousser un type de fondation au profit d'un autre Ajoutons que dans certains cas on répugnera à utiliser une solution mieux adaptée, pour ne pas avoir à faire appel à une spécialité supplémentaire et donc supporter le coût d'une installation de chantier plus onéreuse.

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- 74 -

Critères

Les éléments du choix que le projeteur doit effectuer à l'issue de la comparaison entre les différents modes de fondation qui lui ont semblé recevables sur la base de données relatives à la configuration de l'ouvrage et à la nature des sols, sont : le coût, la sécurité, les aléas et la durée de l'exécution. Examinons-les successivement.

Le coût : Pour que diverses solutions soient comparables à cet égard, il faut évidemment qu'elles aient été étudiées en tenant compte de conditions naturelles identiques et de méthodes de calcul homogènes. Cette recommandation de bon sens pourra souvent être masquée par la diversité des propositions, par exemple changement arbitraire du diamètre des pieux ; Et celui qui veut faire prévaloir sa solution sera naturellement enclin à en minimiser les difficultés ou les sources de plus-value (surlongueurs, épuisements, trépanage et même quantité d'armatures), voire à les évaluer "pour mémoire" quitte à présenter ultérieurement rallonges et réclamations. Cet écueil sera aussi redoutable lorsque le Maître d'Oeuvre choisira lui-même, pour un projet sans variante, que lorsque les Entreprises auront à faire des propositions techniques ou seront admises à envisager des variantes larges. On se gardera à bon escient de la solution miracle qui coûte cher, au bout du compte.

Il semble qu'une précaution élémentaire soit de se définir dès l'abord la règle du jeu (méthodes de calcul autorisées, caractéristiques du sol à prendre en compte dans les différents cas, ...) et de ne se pro­noncer sur le coût d'une solution que quand on se sera persuadé qu'elle est bien réalisable telle quelle ; étant donné la latitude qu'ont les Entreprises pour la définition et le choix de leurs ouvrages provisoires, une telle appréciation demandera bon sens, perspicacité et... opiniâtreté pour se faire donner toutes explications nécessaires sur les moyens que l'Entreprise compte mettre en oeuvre.

On n'oubliera pas que le lotissement des travaux de fondation et le choix de solutions répétitives ou au moins homogènes conduira à des réductions de prix et à une meilleure exécution.

En principe ce sera la solution comportant le niveau d'appui le plus haut qui sera la plus économique (sous réserve des exceptions du paragraphe 1 ci-dessus, liées en qénéral au procédé d'exécution). Notamment le Maître d'Oeuvre devra prendre soin de ne pas se laisser imposer des fondations surabondantes. Certaines couches superficielles ou proches de la surface sont réputées, à tort, traditionnellement impropres à la fondation. Même dans ces cas douteux, qui correspondent souvent à dp< formations loca­les ou régionales, on conseille au Maître d'Oeuvre de profiter, le moment venu, d'un ouvrage facile (soit particulièrement léger, soit à structure s'accommodant de tassements importants, etc..) pour le fonder superficiel­lement, en accord avec le Laboratoire chargé de l'étude, quitte à prévoir des relèvements d'appui. Des constatations seront alors particulièrement utiles pour prendre une meilleure connaissance du sol considéré et permet­tront souvent de modifier des idées a priori erronées.

La sécurité : Il s'agit de la sécurité intrinsèque que présente la fondation choisie, une fois exécutée (La sécurité des biens et des per­sonnes pendant l'exécution est examinée sous le titre "aléas" à l'alinéa suivant). Il semble évident que cette sécurité intrinsèque dépend de deux

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75

facteurs : d'une part le comportement prév is ib le de la fondation et d 'autre pa r t i es d i f f i c u l t é s envisageables à l 'exécut ion qui entraîneront un surcro î t de doutes sur la qual i té de la réa l isa t ion (et sa pérennité, entre autres) .

Comme exemples du premier, nous pouvons citer :

- La résistance aux affouillements : elle sera d'autant meilleure que l'appui sera plus massif et que la semelle (semi-profonde ou de liaison de puits) sera implantée plus bas.

- La résistance aux chocs de bateaux : Elle sera meilleure si la fondation est plus massive (inertie) et plus profonde (mise en butée du terrain avoisinant sur une grande hauteur) et les voiles plus épais. Dans certains cas on pourra s'abstraire de cette complication en prévoyant des ducs d'Albe ou en écartant les appuis de la zone navigable.

- Les ancrages, qui sont forcément testés au-dessus de leur charge nominale lors de la mise en tension, assurent une meilleure sécurité que des pieux qui ne sont chargés que progressivement et incomplètement.

Les exemples du second facteur ne manquent pas :

- La qualité du bétonnage : le bétoh vibré et coulé à sec des pieux préfabriqués sera plus sûr que celui des pieux forés exécutés en place, surtout si les terrains sont boulants et les circulations d'eau à craindre ; on peut en tout cas admettre pour lui des taux de travail plus élevés en compression simple ou en compression par flexion.

- La présence de l'eau en fond de fouille : l'impossibilité d'épuiser laissera sans renseignements sur le sol, donnera des craintes de délavage du béton frais, entraînera souvent des éboulements de parois des fouilles et, si elle se prolonge longtemps, une baisse des qualités géotech­niques du sol porteur.

Les aléas : Bien que les ouvrages provisoires fassent partie des moyens de l'entrepreneur (sauf mention explicite au marché - CPC ou CPS), la Puissance publique ne peut pas s'en désintéresser dans la mesure où leur rupture peut mettre en danger la vie des personnes et où un mauvais fonctionnement peut jouer sur la qualité des ouvrages définitifs. Qu'il s'agisse des échafaudages, des rideaux de palplanches de protection pendant les travaux ou des moyens d'épuisement, le Maître d'Oeuvre, sans prétendre viser tous les détails de calcul, devra s'assurer que le problème est solu-ble et que l'Entrepreneur y met les moyens nécessaires (voir § c, p. 15).

Il ne devra d'ailleurs recevoir des réclamations ultérieures que si elles sont motivées par des éléments réellement imprévisibles qui n'avaient pas été mis en évidence lors de la reconnaissance.

La durée d'exécution : Cet élément devrait, en bonne logique, in­tervenir dans la définition du coût global. Lors d'exécution d'ouvrages près d'une voirie en circulation, c'est généralement l'exécution des fonda­tions qui entraîne les gènes d'exploitation les plus grandes et les plus coûteuses (exemple ralentissements de trains). Il est important de réduire le plus possible la durée de ces phases ; voire d'adopter un type de fonda­tion qui réduise ou supprime ces gênes. D'autre part, les fondations sont le plus souvent sur le chemin critique de l'ouvrage, et même sur une opération non ponctuelle, il y a toujours certains ouvrages sur le chemin critique de la section auxquels ils sont intégrés ; c'est dire cju'un retard sur l'exécu­tion des fondations pourra se reporter, intégralement ou en partie, sur

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76 -

l'ensemble. Et comme les pénalités pour retard sont en général absolument minimes par rapport à la gêne d'une prolongation du chantier (maintien de c i rcu la t ions prov iso i res, coût pour l ' u s a g e r , . . . ) on devra se préoccuper dès le début de l ' inc idence d'un retard éventuel e t , quelquefois, cho is i r en conséquence le type de fondation ou le mode d'exécut ion.

Le coût pourra être repéré objectivement grâce à des estimations comparatives avec usage de pr ix composés. L' incidence d'un retard pourra dans certains cas être t i r ée de l 'étude de r e n t a b i l i t é de l 'opérat ion ent ière, En revanche la sécuri té inhérente à chaque solut ion et les aléas possibles à l 'exécut ion ne pourront en général être ch i f f rés et devront fa i re l ' ob je t d'un jugement sub jec t i f .

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- 77

LZ.U - CONCEPTION DES FONDATIONS EN SITE AFFOUILLABLE

Il ne s'aait pas ici de la protection des ouvrages anciens ou des berges mais uniquement de la conception des fondations d'ouvrages nou­veaux. Dans ce cas la tendance actue\,le est de ne pas chercher particulière­ment à éviter les affouillements mais d'envisagé»^ un dimensionnempnt des fon­dations et des dispositions constructives particulières propres à assurer la stabilité de ces fondations en toute circonstance.

Le paramètre de départ d'une telle étude est la profondeur maxi­male d'affouillement (affouillement général plus affoui1lement local ; voir à ce sujet une notice technique des Divisions d'Ouvrages d'Art du S.E.T.R.A. en préparation); mais jouent aussi leur rôle les efforts sollicitant la fon­dation et les problèmes d'exécution dus à :a nature mémo du site (aquatique).

.1. - Fondations superficielles sur massif de gros béton.

Dans ce cas on doit toujours se fonder suffisamment bas pour qu'en aucun_cas le sol ne puisse s'affouiller sous la fondation.

Suivant la nature des terrains, différents cas peuvent se présenter :

1.1 - Bon terrain_{du_point de_vue géotechnigue]_mais affoui}lab]e_sur_une gr§D^§_§paisseur.

Cela concerne principalement les sables et graviers ou ailuvions avec ou sans galets, sols fréquemment rencontrés dans nos cours d'eau.

- Çhoix_du_niyeau_d^appui

Si l'on cherche à se fonder sur semelle, c'est que le sol présente généralement d'assez bonnes caractéristiques à faible profondeur. Fréquemment alors le niveau d'appui sera choisi en fonction_de_la_grofondeur_maxima]e •^!§fl9yiU^[D§D^ à craindre. Bien que nécessaire, la vérification concernant la oression admissible du sol sous la fondation sera alors le plus souvent sati sfaite.

Compte tenu de la nature même des sols dont il est question dans ce paragraphe, lfs_tassements sont pratiq'jement instantanés. Leur influence ne conduira donc jamais à l'approfondissement du niveau d'appui.

Les calculs ne prennent en compte généralement que 1'affoui1lement local engendré par la présence de la pile. Ceci est justifié si la partie supérieure de la semelle est à un niveau égal ou inférieur à celui du fond du lit après affoui1lement général.

Mais s'il n'en est pas ainsi, et que la fondation se trouve déterrée d'une nauteur au moins égale ou supérieure à sa Jemi-largeur à la suite de 1'affoui1lement général, il est recommandé de considérer que 1'affoui11ement local n'est plus celui engendré par la pile mais bien celui produit par la fondation. Du fait que la largeur de la fondation est beaucoup plus impor­tante que celle de la pile, et que sa forme, aénéralement rectangulaire, est loin de présenter un profil hydraulique adéquat, 1'affoui1lement local en sera notablement accentué.

Les fioure? 17 et 18 : ' ustrent ces remar-rjps.

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78

fig: 17 fig:18

fond du lit après

affouillement général

•.-?•: ; o •A:''*i •

j^-:'y^

y : Affouillement local du à la présence de la pile

]/2 '• Affouillement local du à la présence de la semelle

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- 79 -

Le procédé d'exécution classique des semelles en site aquatique consiste généralement à couler celles-ci à "sec" (les éventuelles venues d'eau étant évacuées par un pompage d'appoint), à l'abri d'enceintes étan-ches constituées d'un batardeau en palplanches métalliques éventuellement obturé à sa base par un massif de gros béton coulé à pleine fouille. Notons que le battage des palplanches ne pose pratiquement pas de problème dans les sols que nous considérons dans ce paragraphe , sauf si l'on risque de ren­contrer de gros blocs ou tout autre élément dur tels des restes de maçonne­rie, des troncs d'arbres etc....

Signalons aussi que pour les grands ouvrages, et davantage encore pour les culées que pour les piles, le batardeau peut être réalisé en parois moulées dans le sol lorsque de grandes profondeurs doivent être atteintes.

Il est souhaitable que les palplanches soient laissées en place, pour assurer une protection supplémentaire contre les affouillements et pro­téger le béton contre une éventuelle érosion. De même lorsque l'on veut faire participer le batardeau à la reprise d'efforts horizontaux importants (chocs ae bateaux par exemple).

1.2 - Terrain_inaffouinab]e_et_résistar!t_sgus_une_çouçhe

sô'i.affouiJÏaMe.

C'est le cas d'un substratum résistant-(marne compacte, calcaire, craie, grès, etc....) à faible profondeur, recouvert d'une couche peu épaisse de sol meuble (sables, sables et graviers, alluvions diverses, vase etc..).

' Çb02x_du_niyeaLJ_d^appui

Il ne faut pas néaliger l'appui sur le substratum, même si le sol meuble n'est pas affouillable sur toute sa hauteur.

" Pi§PQ§itioris_construct2yes

Le principal problème concernant les batardeaux sera généralement cel .'i lié à la poss-^bilité de battage ries pai pi anche:, dars le substratum, nro'^lenp délicat sur lequel il est conse'ir.é de se penci^er au stade de l'.-V\0., puiSTu'ii peut entraîner :e choix éventuel d'un autre type de fondation.

Si la couche supérieure af foui 1 "i abl e est suffisamment épaisse pour assurer la stabilité du batardeau aux différentes phases d'exécution de la fondation et de l'appui, il n'y aura pas de difficultés de ce genre puisque l'on n'aura pas besoin d'un encastrement important des palplanches dans le substratum.

Si la couche affouillable est trop peu épaisse pour assurer la stabilité du batardeau, il faut ancrer les palplanches dans le substratum. Si cela n'est pas impossible dans certains cas de sols (calcaire fracturé, marne, craie...) il sera toutefois nécessaire d'envisager le plus souvent un essai de battage de palplanches et de s'orienter vers le choix d'un module élevé.

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on

fig : 19

Batardeau sur fond rocheux ( Pont de Bénodet )

Demi-gabarit pour mise en place des tubes-guides

Base du tube-guide scellé au départ du béton

Immersion du demi-gabarit et des tubes-guides

Mise en place d'une demi-ceinture

Ossature du batardeau terminé Mise en place des palplanches

( Photos du service des publications du L.C.P.C

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81

Mais cette solution devient pratiquement impossible lorsque le substratum est constitué d'un rocher dur et sain (ou s'il présente un pendage important), et l'ancrage des palplanches dans ce substratum pourra rarement dépasser quelques décimètres, quel que soit le module choisi. On peut dans ce dernier cas surmonter cette difficulté en réalisant un batardeau autosta-ble, dont la stabilité est assurée sans prendre en compte un encastrement dans un rocher. Un exemple de ce procédé est donné par MM. LECAM, JEZEQUEL et HENAULT dans un article du Bulletin de liaison des Ponts et Chaussées (n= 35 - Octobre - Novembre 1971). fiq. 19 page 80.

.2. - Fondations profondes.

T'est l^instabil2té_]atérale, lorsque les pieux se trouvent déterrés sur une longueur trop importante, qui reste la cause principale de périssement des fondations profondes par suite d'affouillements.

A son tour l'instabilité latérale de la fondation peut être ramenée aux trois causes principales suivantes : non justification dans l'hypothèse de raffouillement prévu, sous-évaluation grave de ce dernier, ou encore exécution défectueuse des pieux.

En tout état de cause il faut éliminer absolument .es pieux battus dans les sols affouillabiés ; on dispose désormais de techniques plus sûres . Cependant on n'oubliera pas que les puits même de gros diamètre et fortement ferrailles sont des ouvrages relativement frêles. Souvent la condition de résistance aux chocs de bateaux obligera à les éliminer.

2.1 - ^?D^§ï29D§_ProfODd§s_ancrées_au_substratum.

La cote de la base des fondations profondes, toujours à l'abri des affouillements, sera déterminée pratiquement par des conditions de mécanique des sols (encastrement, force portante).

Il peut s'agir de puits, ou de voiles de parois moulées, rarement de pieux.

" Çt'oiî_de_]a_cote_de_la_semel le_de_l iaisgn

Suivant les cotes relatives d'affoui11ement et du fond du lit, les conditions d'exécution (à terre, dans une enceinte artificielle, à partir d'un ponton) et la cote de la base des fondations profondes, il peut être possible ou non de placer la semelle de liaison au-dessous des affoui1lements maximaux, de telle sorte que les puits soient totalement à l'abri d'un dégarnissage.

Si c'est possible, le dimensionnement des appuis et des fondations s'effectuera de manière classique, sous la forme d'un calcul dans lequel on ne tiendra compte du sol que jusqu'à la limite inférieure d'affoui1lement.

Mais si les couches supérieures sont affoui11ables sur une grande épaisseur,le choix d'une assise profonde pour la semelle de liaison entraînera un coût prohibitif pour les appuis et les fondations (piles importantes, ba-tardeaux profonds et très étayés...), et des difficultés d'exécution notables.

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82

fig: 20

Affouillements autour d'une pile sur pieux

cotê~gu~lônd du lit avant attouillement

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83

Dans ce cas on pourra prévoir une semelle de liaison à une cote supérieure à celle des affouillements maximaux à condition de justifier la fondation dans l'hypothèse de 1'affoui11ement prévu, et de prévoir exclusi­vement des puits de diamètre suffisant ou des barrettes offrant une bonne résistance à la flexion et donc fortement ferrailles. Les dimensions minimum dépêndant'dë"ïâ~nâtûrë~de l'ouvrage (valeur absolue des efforts horizontaux), de la hauteur qui risque d'être dégarnie et de l'importance du cours d'eau.

" Qi§P?§iÎ29D§-Ç?D§^ryÇÎiyes

Du point de vue de l'exécution, il est particulièrement recommandé de prévoir un çhemisage_des_guits sur toute la hauteur exposée aux affouille-ments, dans le double but de Tes protéger contre une éventuelle érosion et d'assurer une meilleure exécution. (Mais la chemise ne doit évidemment pas être prise en compte dans le calcul de ferraillage des puits).

Notons que la réalisation d'un batardeau ou ses dimensions en plan peuvent être conditionnées par l'exécution ultérieure de pieux inclinés.

Dans le cas le plus fréquent où la semelle de liaison est exécutée à l'abri d'un batardeau, il est conseillé de ficher les palplan­ches sous le niveau probable des affouillements et de laisser ces dernières après recepage afin d'assurer une protection pendant et après les travaux. Cependant, il peut être quelquefois préférable de protéger les puits contre l'érosion par chemisaqe plutôt que de laisser des palplanches recépées ; c'est évident quand la fiche du batardeau n'atteint pas la profondeur maximale d'affoui1lement, c'est une question de prix quand le batardeau atteint ou dépasse la profondeur maximale d'affoui1lement. Notons que la présence d'un batardeau a tendance à augmenter la profondeur des affouillements.

Il convient le plus souvent de laisser les palplanches en place après recépage quand les conditions suivantes sont réunies :

leur pied est bien à l'abri des affouillements maximaux ; notons que si, pendant la construction, on ne prévoit pas la crue la plus défavo­rable vis-à-vis des affouillements, on garde une certaine marge.

la semelle de liaison des pieux est approximativement au niveau atteint par les affouillements (protection supplémentaire, par exemple lorsque l'on désire mettre les pieux totalement à l'abri des affouillements, mais que l'on n'est pas trop sûr de la valeur de la profondeur maximum d'af-foui1lement)

le prix supplémentaire est compatible avec l'importance de l'ouvra­ge (influence du nombre d'appuis et des portées).

Dans le cas rare où l'or n'aura pas constitué de batardeau, et où les puits (parfois de très grand diamètre) auront été exécutés à partir d'un ponton à l'abri d'une aaine battue, la semelle de liaison pourra être en partie préfabriquée et posée sur les têtes des puits en attente. Une telle solution, qui suppose souvent que la rivière soit navigable, est justement utilisée dans certains cas où un batardeau risquerait de constituer une gêne au trafic des bateaux.

Il ne faut pas oublier que dans la plupart des cas où ils sont envisageables, les puits forés peuvent être remplacés par des barrettes de parois moulées. Celles-ci ne pourront évidemment pas être chemisées, ce qui impose de disposer d'une aire de travail hors d'eau et de prévoir un recou­vrement important des armatures. L'inertie importante des barrettes (suivant leur forme) sera dans certains cas un avantage, par rapport à des puits de même longueur.

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84

2.2 - Pieux_f lot tant§.

Leur emploi est absolument déconseillé.

Ils ne doivent être employés que si les autres techniques sont inabordables, et seulement avec l'aide de spécialistes.

,3. - Fondations massives sur caissons,

On veillera à ce que le niveau d'appui du massif soit totalement 9 l!§bri_des_affguillements et on justifiera la fondation dans l'hypothèse de T'affouiTïement maximum.

Les fondations massives sur caissons présentent trois avantages principaux dûs à leur caractère massif :

- compte tenu de leur surface d'appui assez grande au niveau du sol porteur, elles peuvent ne transmettre à celui-ci que de faibles pressions, et de ce fait convenir là où des pieux de même longueur ne trouveraient pas une portance suffisante.

- par leurs dimensions relativement importantes elles peuvent mobiliser une grande réaction des terres en cas de sollicitations horizontales élevées.

- enfin elles possèdent une grande rigidité à la flexion.

Mais ces fondations présentent l'inconvénient d'être généralement assez onéreuses et souvent d'une exécution délicate (respect des tolérances d'implantation). Aussi convient-il de rappeler la solution élégante qui con­siste à constituer une "boîte" ou caisson in situ en parois moulées dans le sol. Elle impose de prévoir une base de départ hors d'eau, et reste toutefois limitée économiquement par la hauteur d'eau et techniquement par le fait que l'on ne peut pas toujours exécuter une paroi moulée à travers un remblai frais ou des alluvions fortement perméables.

.4. - Cas particuliers.

4.1- Cas des_culées.

Les indications fournies dans les paragraphes précédents concernent pratiquement tous les appuis en site aquatique, mais il faut ajouter quelques précisions spécifiques des culées.

La stabilité d'une culee pet't être mise en péril soit directement par affoui 1lement général au pied du mur de front, soit par déqarnissage du sol derrière la culée. Ce dernier cas peut être provoqué par l'érosion des berges au cours d'une crue exceptionnelle ou l'instabilité de celles-ci à la suite d'un affoui1lement a leur pied.

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- 85 -

f i g^21

Parafouille devant une culée

wrn^m^

\y V

Dessin de p r i nc ipe

La culée n'est pas a l'échelle

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86 -

Deux cas peuvent pratiquement se présenter :

- La culée se trouve implantée suffisamment à l'intérieur de la berge pour être totalement à l'abri d'un affouillement direct (cette dispo­sition est souvent souhaitable) ; auquel cas seuls sont à assurer la stabi­lité et la protection des berges. Pour les berges à talus il faudra donc faire une étude de stabilité des pentes et assurer éventuellement leur pro­tection par des gabions par exemple (lorsqu'il y a risque d'érosion). Dans le cas où l'on prévoiera un mur de quai en béton armé ou e:" palplanches mé­talliques par exemple, la protection de la berge contre l'érosion sera assurée mais il conviendra de justifier ce mur dans l'hypothèse de 1'affoui1lement maximum à son pied.

- La culée se trouve implantée de telle sorte que le mur de front canalise pratiquement le cours d'eau ; auquel cas,aux vérifications et pro­tections précédemment présentées et concernant les berges,il faut ajouter celles concernant la culée elle-même :

. La culée et sa fondation doivent être justifiées, tant du point de vue résistance en béton armé que résistance du so", dans l'hypothèse de 1 'affoui11ement général maximum au pied du mur de front.

. 5i la fondation est du type peu enterrée ou massive, en aucun cas son nivea.- d'appui ne doit être supérieur a celui atteint par 1'affoui1lement maximum, un parafouille ne pouvant donner toute la sécurité exigée surtout si le sol sous la fondation est affouillable (cf. S.i.R.O. page 52).

. Si la culée est fondée sur puits ou barrettes et que le niveau d'assise de la dalle de liaison des pieux est légèrement supérieur à celui atteint par 1'affoui1lement maximum, il est indispensable de prévoir un parafouille solidaire de la culée, pour protéger le massif derrière cette culée contre tout risque de dégarnissage par entraînement du sol. fia. 21.

Signalons que l'exécution du parafouille peut être empêchée par la présence de pieux inclinés ; aussi sera-t-il indispensable de le prévoir dès la conception des fondations, au staje ae l'A.P.D.

ÎJotons enfin que les éventuels batardeaux pour l'exécution de la fondation et les protections des berges (• gagions, rideaux de palplanches) devront être prolonnés suffisamment loin pour éviter un dégarnissage au sol derrière la culée. Dans ce cas une étude globale du lit est souvent utile, avec rectification éventuelle ^calibrage du lit, épis,...) pour éviter de concentrer le courant sur une des culées.

^•2 - ǧ§_des_ouyraqes hyjrauligues^en çaJrefermé.

De nomoreux ouvrages hydrauliques sont réalisés, après détournement du cours a'eau, en cadre fermé (ouvrage-type PICF). Il est évidemment primor­dial Que le radier ne soit pas affouillé par en dessous (niveau du radier, murettes parafouille), ni les piédroits dégarnis du côté du remblai.

Le calioraae du lit latéralement et surtout en profondeur (avec éventuellement un seuil à l^a:n0nt) sera facilité par "e détournement du cours d'eau. Des murs en aile Dion orientes et fondes à une profondeur suffisante auront une grande importance pour faciliter 1 ' écou"" ement et protéger le remblai.

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Page laissée blanche intentionnellement

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ANNEXE

FICHES DE PIEUX

Les fiches qui suivent concernent, pour les quatre premières, des procédés d'exécution généraux (pieux préfabriqués, battus moulés et forés) et pour les suivantes des types de fondations profondes p a r t i c u l i e r s . Nous n'avons pas cherché à être exhaust i fs , ce qui aura i t été d i f f i c i l e en raison du nrand nombre de brevets, procédés d'exécution et "tours de main" toujours évolut i f s .

La présentat ion, volontairement ramassée, permet de préciser l e s . principaux avantanes et inconvénients qénéraux de chaque type. Evidemment le Maître d'Oeuvre devra fa i re les adaptations nécessaires à ses besoins compte tenu du s o l , de l ' importance du l o t fondations, des délais d'exécution et de la technici té de 1'entreprise.

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II

PIEUX PREFABRIQUES EN BETON ARME

MIS EN ŒUVRE PAR REFOULEMENT DU TERRAIN

Caractéri stiques

Section

- Longueur

carrée ou circulaire 'le plus sou­vent), hexaaonale ou octoaonale (rarement;. couramment 20 mètres, (Si D est la plus petite dimension) / = 30 à 35 b (maxi 50 b) 0 ^ 50 cm

contrainte anmissibie dans le béton

80 oars ciment : - on doit tenir compte de 1'

des eaux. - le surdosage entraîne une

plus grande au battane.

- l'emploi de ciments de nature aiT-férents da-.s un même pieu, notamment en cas d'e'tures, n'est admissible que dans la mesure où il n'y a pas incompatioi1ite entre ces ciments.

- Armatures : les armatures lonnit.dina-les doivent autant que possible être d'une seule lonaueur.

60

aaressi vi té

fraai1i té

Avantages

courbe de battage béton et armatures soignés et contrôlaolss

oas de 1 réal 25 poss par dime des taux coul poss

de risques de délavaqe par l'écoulemen a nappe. isation de pieux inclinés jusq'j'à (éventuellement 30") ioilité de mise en oeuvre partielle 1 an;age. nsion des pieux assez petits pour avoi semelles économiques, de travail supérieur à celui des pieu

es en place, ibilité de bulbes préfabriqués.

inconvénients

exine une appréciation assez sûre de la longueur nécessaire, sinon complications assez gênantes (entures difficiles et dema dant un certain délai de durcissement) délai de durcissement, nécessité d'une air de manutention et stokaqe. difficultés de manutention pour des pieux dépassant 20 à 25 mètres de longueur, coût de déplacement du matériel croissant vite avec la longueur nécessitant alors d'être amorti sur un nombre de pieux suffi sant, nuissance de pénétration limitée, risques de dégradation au battage, risque de dégradation d'ouvrages voisins au battage. encastrement da'iS le roc ,er généralement négligeaole, mais cala '•; a d'importance que si le pieu risque d'être cnassé en pie: nécessité d'un récepage systématique en tête

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I I I I I I I I I

III

PIEUX , PUITS FORES EXECUTES EN PLACE

F Caractéri stiques Avantages

I i

t _

I i

I t I -

I

I I

Section circulaire : possibilité d'attein-are de très qros diamètres - Dratiquement de 0,60 à 2,50 m.

Lono'jeur maximale . environ 20 m, jusqu'à 50 v:. avec certains matériels outil de Tcraae tarière, hammerarao, buckett, trépan...: foraqe a sec ou sous eau ou boje. en terrain sec ou peu aquifère ^ tuoaqe si terrains oo.ilants en terrain très aquifère . chemisage métal­lique ou foraqe à la boue inclinaiscn ; jusqu^à 20 (12 ; environ armatures lonqitjoinales aisposees dans les zG"es soumises à la flexion. Dans ce cas un certain minimum (section minimum 0,5 de la section de béton du pieu) doit être remonté en tête, armatures transversales : voir C"C fasci­cule 68. Art. 36. contrain+e moyenne admissiole du oéton : 50 bars en nénéral (voir CPC fasc. 58). contrainte maximale admissinle du béton : 80 bars environ (en gênerai).

On pOijrra eveituel 1 ement admettre plus lorsque les pieux seront soumis à un contrôle sérieux (carottaqe ou ausculta­tion soniqje sur la hauteur du fût et en pied) sinon il faudra être prudent.

- prélèvement d'échantillon remaniés - adaptation de longueur facile (ni entures , ni pertes)

- pas de risque pour les ouvrages voisins (pas de vibrations) sauf en cas de tré-pannaae.

- peut traverser ou pénétrer en terrain dur par trépannaae.

- dans les cas rares de bétonnaqe à sec, il est théoriquement possible de constituer des oases élaraies

- pas d ' a i r e de p r é f a o r i c a t i o n .

Inconvénients ou d i f f i c u l t é s

Problèmes et a de la plasticT après transpor continuités de Aléas croissan est plus qrand pied, durée du cages d'arma tu Difficulté d'à Risque de mauv Danqer de mauv pol I ut ion du b Béton peu comp te) si coulage Chemisaqe néce Saleté du chan

léas de oétonnage du béton prêt à té

convenance 1'emploi

t, délavage, ocl^^tion, dis-oétonnaqe...).

ts à mesure que le diamètre ( d i f f i c u l t é ce curage en Détonnaqe, lourdeur des res. . . ). rmer fortement, ai s enrobage des armatures aise qualité de la boue d'où éton et éooulements. act (et taux de travail limi-

sous 1'eau. ssaire si cavités importantes. tier (bentoni te).

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IV

CAS PARTICULIER DES BARRETTES ET PAROIS MOULEES

Outillage de

perforation

Outillage de bétonnage

( d'après un document Soléta iche

Caractéristiques Avantages

Combinaison de sections oblongues, épaisseur : 0 (1,50 exceptionnellement passes dt i,8C à 2,20. Profondeur : jusqu'à 40 Forage sous Doue avec ta mergrab, trépan... Mise en place préalable qui assurent le guidage boue (au moins 1 m au-de contrainte moyenne admis 5C oars en nénéral. contrainte maximale admi 8G bars environ caqes d'armatures ou pas blés) mais fers en atten rieure.

Darrettes ; environ 40 k (zone fléchie) parois moulées servant d environ 50 kg/m2 de paro de béton.

circulaires ou ,60 à 1,20 m ) longueur ;

- 50 m rière, ham-

de murettes-guiaes et une surcharge de ssus de la nappe). sible du béton :

ssible du béton :

(formes autosta-te en partie supé-

g/m3 à 50 kq/m3

e soutènement : i, soit 80 kG/m3

en plus des propriétés des pieux et puits forés exécutés en place : - formes variées à l'infini (pas besoin

d ' incl iner) - pas de risque pour les ouvrages voisins

(sauf décompaction éventuelle et ébQul< ments si perte de boue ou surcharge de boue insuffisante).

- emprise au sol faible - grande souplesse d'exécution pour la lu

queur des plots des parois moulées (sui vant les terrains et les surcharges, de 2 à 8 mètres)

Inconvénients

en plus des propriétés des pieux et puits exécutés en place : - Problèmes et aléas de béton - Aléas croissants à mesure q

des plots est plus grande ( nage, lourdeur de la cage d viations à la verticalité..

- Problème des joints entre p - Risque de mauvais enrobage - Danger de mauvaise qualité - Frottement latéral assez fa

général compensé par la gra - ^ertes de boue et éboulemen

importantes. - Exécution le plus souvent i

les remblais frais ou les s propres.

- Saleté du chantier (station

nage ue la longue durée du bét 'armature, I •) lots des armature de la boue i b 1 e ( ma i s en nde surface) t si cavités

mpossible da ois grenus

de boue).

I

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PIEUX EXECUTES EN PLACE

MIS EN ŒUVRE PAR REFOULEMENT DU TERRAIN

Caractéri stiques Avantanes

I

:

I

tube battu diamètre 30 à 80 cm avec pointe ou base perdue lomueur moyenne : 10 à 15 m inclinaison jusqu'à 12" environ coulaae du béton à sec avec pilonnane ou compression. contrainte admissible dans le béton pieux à tube récupérés : 50 bars pieux à aaine perdue : 70 bars si béton coulé à sec et vibré.

contraintes rapportées aux sections mini­males du fût : Si la aaine est continue, c'est le dia­mètre extérieur qaine comprise. Si la qaine est discontinue, c'est la section du Dieu après bétonnaoe auqmen-tée au plus de la moitié de la section annulaire de la qaine. armatures longitudinales : disposées dans les zones nécessaires mais remontées jus­qu'en tète (0 12 mm, section totale

0,5 °' de la section du béton du pieu) armatures transversales : voir CPC fascicule 68, Art. 36.

courbe de battaqe adaptation de lonqueur facile ni pertes. bases élargies facilement réalisables damaqe du béton à la remontée du tube la forme en est incontrôlable. pas d'aire de préfabrication • frottement latéral élevé béton réalisé à sec, comoact.

ni entures

par mai s

inconvénients

problème de bétonnaae : délavane par cou­rants ascendants si la aaine est récupérée, discontinuité, mauvais enrobage des armatu­res, striction ou désanrcaation à la re­montée du tube s'il n'y a pas de damaae. risque de destruction de pieux voisins en cours de durcissement (refoulement) risques de vibrations pour les pieux ou ouvraqes voisins

chemisaqe nécessaire si cavités importan­tes sensibilité du béton frais aux eaux aqres-si ves risques de déplacement des armatures lorsque le béton est damé risque de faux refus, inclinaison limitée à 12°. dif^'iculté d'arrachaqe du tube.

I

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VI

PIEUX METALLIQUES

Pieu façonné à l'avance ou pieu nnixte, palpieu

bcton

^ ^ J 3 ^ ^ T ^ j^vaiAv^^ff-y

Sable

ww^^^^

;•(

I , terrain comprime

WM.-.WfS^Km

y

U-i

T + T

P^ tube ouvert sabots

Caractéristiques Avantaaes

Sections : Circulaire (pieu tube) ou conique carrée (2 profilés IJ) polygonale quelconque (palplan-ches assemblées par soudure).

Diamètre équivalent : 30 à 80 cm Lonnueur maxi : 40 à 60 m - assemblage des tronçons par soudure ou éclissaqe

- battus ouverts à la base ou avec un sabot soudé.

- L'intérieur peut être soit laissé vide, soit rempli de terre, soit partiellement ou totalement bétonné.

- inclinaison jusqu'à 25° à 30°.

courbe de battane sans sabot : pénétration facile ; peu de risques pour les ouvrages voisins. manipulation facile (peu fragile) résistance à la flexion élevée entures faciles limitation du frottement négatif peut être facilement intégré à un rideau de palplanches (palpieux) pour le rigidi-fier.

Inconvénients

risques de corrosion, remèdes : protectio] cathodique, méta l ! i sa t ion , peinture, frottement la té ra l un i ta i re fa ib le nécessité de curer pour les pieux ouverts si l 'on veut bétonner à l ' i n t é r i e u r , avec sabot : v ibrat ions

ne pénètre pas dans le roche, f r a g i l i t é des soudures au battane.

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I I I I I I I I I I I I

I

;

I i:

1

I I I

VII

PIEUX H

{ Profilé métallique )

Ca rac té r i s t i ques

1 ' on dési re une n' la f l e x i o n dans un

us Sect ions : - en H

- en I si nrande rés is tance à c e r t a i n sens

- rails Lonqueur : de 10 à 24 m d'un seul te­nant, jusqu'à 60 m par éclissaae. possibilité d'aunmenter la surface laté­rale à la base au moyen d'ailes vertica­les soudées. possibilité de mise en place par vibra­tion avec ou sans langage recépaoe au chalumeau entures par éclisses ou soudure base renforcée par des tôles soudées ou ri vees. contrainte admissible : 8 ko/mm2 en géné­ral, soit pour les sections courantes, une force portante admissible comprise entre 40 et 150 tonnes.

Avantages

résistance élevée à la compression et à la flexion capacité de pénétration élevée peu d'influence sur les pieux ou voisins au cours du battaqe (non lement) courbe de battage (contrôle) manipulation et stokage faciles peu fraaile) battaae par tous les temps limitation du frottement nénatif inclinaison importante nossible dans certaines limites de lonaueur.

Inconvénients

ouvraoes refou-

,pieu

frottement latéral unitaire moins élevé surface de base très taible (risque de poinçonnement) risque de corrosion remèdes : protection cathodique, métal-lisation, peintures, aciers spéciaux (CORTEM) . fragilité des soudures. dans les vases, risque de flambement non nénlioeable si l'élancement est nrand.

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vm

PIEUX FRANKI

Phases d'exécution d'un pieu Franki ( d'après un document FRANKI )

Caractéristiques Avantaaes principaux

Diamètres usuels

40

45

50

55

50

Lonaueurs usuel les

15 m

15 m

20 à 25 ri

20 à 25 m

30 n (nax)

Charges intrinsèques

50 à 60 tonnes

60 à 80 tonnes

80 à 90 tonnes

90 à 100 tonnes

140 tonnes

Incl inaison : 25""

Plus value de 30 à 50 ' pour chemisaae.

Les caqes d'armatures doivent être soudées pour év i te r leur déaradation au pilonnaoe.

Outre les avantaqes divers des pieux bat t exécutés en place :

- Forte puissance de pénétration - Rase élaraie facilement réalisable à

la remontée du tube. - Frottement latéral important - Intéressant lorsque l'on se trouve

dans la nappe phréatique - Eétonnage à sec par petites quantité - Peut être utilisé pratiquement dans

tous les terrains moyennant certaine précautions.

us

inconvénients

Outre les inconvénients aénéraux des pieux battus exécutés en place :

- Risques de dégradation des ouvrages voisins et des pieux voisins (nécessi-| té de carottaae).

- Di'f'fi cultes pour armer les pieux inclinés (la cane d'armature risque d'être abimée au pilonnane).

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IX PIEUX W E S T

Pieu battu mixte

OUTRE LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS PES PIEUX EXECUTES EN PLACE MIS EN OEUVRE PAR REFOULEf- ENT DU TERRAIN.

Caractéristiques

r

Avantaaes

- Poids des moutons Eattaae avec sabot en béton armé non débordant. Lonoueur maximale : 20 à 25 mètres.

- Inclinaison maximale

Di amètre extérieur

1 50 cm 58,5 cm 45 cm 3S cm

1

Diamètre de 1 ' âme

45 cm 38 cm 31 cm 28 cm

: 20°.

Lonnueur de 1'élément de naine

1 m 1 m 1 m 1 m

Charae maximum

110àl50t BOàllOt 60à 80t 40à 50t

Les aaines sont en béton armé ou en car i crê­te (béton et f i b r e s de po lynroDy lène) . L 'é tanché i té des j o i n t s en t re deux naines est obtenue par i n t e r p o s i t i o n de masticon La force por tante est ca lcu lée a p a r t i r de la formule de H i lev c f . DTU n= 13,2 a r t i c ' l e 3.134.

Courbe de bat taae cont inue Ni enture ni recêpaqe Contrô le v i sue l de l ' i n t é r i e u r du p ieu possible avant bétonnaoe. Matériel relativement mobile Stokage facile mais encombrant Bétonnaae à sec à la qoulotte Hain de temps par rapport aux pieux préfc briqués. Recommandés dans le cas de couches de sur •face peu compactes surmontant un horizon dur dont la cote peut être variable. Intéressant lorsque l'on se trouve dans 1 nappe phréatique. Puissance de pénétration moyenne (dans Iç cas de terrains difficilement pénétrables on peut réaliser un avant-trou en battam seul le mandrin)

'nconvénients

Puissance de péné t ra t i on l i m i t é e Résistance à la f l e x i o n re l a t i vemen t f a i t Raines pas forcément étanches aux j o i n t s On r isque d'abîmer les gaines pour oasseï une couche plus dure qui n ' es t pas la couche de f o n d a t i o n .

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Page laissée blanche intentionnellement

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I I

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© 1993 SETRA - LCPC - Dépôt légal : 1976

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