Memoire Fini

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU

FACULTE DU GENIE DE LA CONSTRUCTION

DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

LABORATOIRE DE RECHERCHE GEOMATERIAUX, ENVIRONNEMENT

& AMENAGEMENT (L.G.E.A)

MEMOIRE DE MAGISTER

SPECIALITE : GENIE CIVIL

OPTION : Gotechnique et Environnement

Prsent par :

Melle HERMIME Tassadit

Thme :

Devant le jury dexamen :

Mr MEHADDENE Rachid Matre de confrences A lUMMTO Prsident

Mr GABI Smail Matre de confrences A lUMMTO Rapporteur

Mr HAMZA Ali Matre de confrences A lUMMTO Examinateur

Mr KADRI Mohamed Matre de confrences A lUMBB Examinateur

Mr BELAD Boualem Chef de dpartement des O.P du LEM Invit

Soutenu le : 07/02/2012

ETUDE DE LINTERACTION DU SOL DE

FONDATION AVEC LES OUVRAGES

PORTUAIRES UTILISANT DES PIEUX

i

Rsum

On se propose dans cette tude de gnraliser lutilisation des pieux dans les ouvrages de

gnie civil de manire gnrale et dans les ouvrages portuaires plus particulirement.

Dans certains cas de sols de mauvaise portance, les ouvrages portuaires peuvent reposer

sur les pieux en bton arm enfoncs ou battus jusquau sol de bonne qualit, ce qui

donnerait des ouvrages rsistants aussi bien aux sollicitations verticales quaux horizontales.

Dans les fondations profondes la caractrisation du contact entre le sol et llment

structural (interaction sol-structure) joue un rle majeur dans la dfinition des conditions de

stabilit de louvrage.

Le logiciel FLAC acquis par le laboratoire L.G.E.A de luniversit de Tizi-Ouzou, se

base sur la mthode des diffrences finies. Il utilise un schma de rsolution explicite qui

permet de ne pas combiner les matrices lmentaires, autorisant ainsi un gain de place

mmoire substantiel car il suffit de stocker les variables la fin de chaque pas de calcul.

Nous prsentons dans ce mmoire une analyse numrique du comportement des pieux

sous ouvrages portuaires dans un milieu marin en faisant une modlisation du sol et de la

structure (quai sur pieux). Une attention particulire sera consacre linterface sol-pieu en

effectuant une tude paramtrique sur les proprits dinterface sol-pieu utilises par le code

de calcul FLAC2D

.

Dans notre cas, on sintresse au chargement statique seulement et une modlisation

deux dimensions.

Mots cls : ouvrages portuaires, quai, pieux, interaction sol-pieu, modlisation, FLAC2D

ii

Abstract

It is proposed in this study to generalize the use of piles in civil engineering in general

and in harbour works in particular.

In some cases of poor soil bearing capacity, the port facilities may be based on

reinforced concrete piles driven or beaten to the soil of good quality, which would give very

light structures resistant to both horizontal and vertical forces.

In deep foundations, the characterization of the contact between the soil and the structural

element (soil-structure interaction) plays a major role in the definition of works stability

conditions

The software FLAC, obtained by the laboratory L.G.E.A of the University of Tizi-

Ouzou, is based on the finite difference method. It uses an explicit backward scheme, which

allows not combine elementary matrices and to gain a substantial memory as it is sufficient to

stock variables at the end of each step of calculation.

We present in this thesis digital analysis of the behavior of piles under harbour works

in a marine environment by modelling the soil and the structure (platform on piles), a

particular attention will be dedicated to the interface soil-pile using a parametric study on the

properties of interface soil-pile of the code of calculation FLAC2D

. In our case, we are

interested in the static load only and in a two dimensional modelling.

Keywords: port structure, quay, piles, soil-pile interaction, FLAC2D

.

iii

Remerciements

Ce prsent mmoire a t ralis au laboratoire de Recherche Gomatriaux,

Environnement et Amnagement (L.G.E.A) du dpartement gnie civil de lUniversit Mouloud Mammeri de Tizi-ouzou.

Je tiens remercier DIEU, Tout puissant qui ma donn le courage, la volont et les

moyens de mener terme mon travail.

Tout dabord, je voudrais exprimer toute ma gratitude Mr GABI Smail, mon directeur de mmoire davoir assur lencadrement scientifique de mes travaux. Cest grce son soutien, sa patience et sa disponibilit que jai pu raliser ce travail.

Je remercie Mr MEHADDENE Rachid, maitre de confrences A lUniversit Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou qui ma fait lhonneur daccepter la prsidence du jury.

Mes remerciements vont galement Mr HAMZA Ali, maitre de confrences A

lUniversit Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou et Mr KADRI Mohamed, maitre de confrences A lUniversit Mhamed Bouguerra de Boumerdes, pour avoir examin ce travail et particip au jury.

Je remercie galement tous les membres du laboratoire LGEA et particulirement: Mr

MERKITOU, Mme BAIDI, Melle BELHASSANI et Melle SASSI, pour les conseils et

orientations quils mont prodigus.

Je remercie la direction du Laboratoire dEtudes Maritimes, ainsi que son personnel, qui ma permis dexploiter leur bibliothque.

Que Mr BELAID Boualem, chef de dpartement des ouvrages portuaires du (L.E.M),

soit chaleureusement remerci pour les conseils trs utiles quil ma donns.

Je remercie le personnel de la bibliothque de linstitut de gnie civil, ainsi que toute personne ayant contribu de prs ou de loin llaboration de ce mmoire.

Sommaire Rsum ........................................................................................................................................ i

Remerciements ........................................................................................................................... iii

Liste des figures .......................................................................................................................... iv

Liste des tableaux ....................................................................................................................... ix

Liste des indices .......................................................................................................................... x

Introduction gnrale ................................................................................................................. 1

Chapitre I : Gnralits sur les ouvrages portuaires.

I. Historique .............................................................................................................................. 4

II. Gnralits sur les ports ........................................................................................................ 4

1 Diffrent type de port ................................................................................................................ 5

1.1. Les ports de commerce ........................................................................................................ 5

1.2. Les ports de pche ................................................................................................................ 6

1.3. Les ports de plaisance .......................................................................................................... 6

1.4. Les ports militaires .............................................................................................................. 7

2. Implantation dun port ............................................................................................................ 7

3. Schma de principe d'un port maritime .................................................................................. 7

4. Exemples de ports maritimes ................................................................................................ 8

4.1. Dans le monde ..................................................................................................................... 9

4.2. Exemples en Algrie ........................................................................................................... 9

III. Patrimoine des infrastructures portuaires en Algrie ....................................................... 10

IV. Types douvrages portuaires ........................................................................................... 11

1. Les digues ................................................................................................................................. 11

1.1. Gnralits sur les digues ..................................................................................................... 11

1.2. Exemples de digue dans le monde ........................................................................................ 14

2. Les ouvrages d'accostage et d'amarrage ................................................................................... 15

3. Equipements pour les ouvrages daccostage et d'amarrage ..................................................... 19

V. Dsordres sur les matriaux dus au milieu environnant pour les ouvrages portuaires .... 20

1. L'altration des btons ............................................................................................................ 20

2. Corrosion des armatures du bton .......................................................................................... 21

3. Corrosion des tirants ............................................................................................................... 21

4. Corrosion organique et hydrocarbures ................................................................................... 21

5. L'rosion ................................................................................................................................. 21

VI. Les moyens techniques de la surveillance et de l'auscultation ........................................ 21

Conclusion .................................................................................................................................. 21

Chapitre II : Etude de lutilisation des pieux dans les ouvrages de gnie civil.

Introduction ............................................................................................................................... 23

I. Gnralits sur les pieux ............................................................................................ 23

1. Dfinitions ....................................................................................................................... 23

2. Dtermination du niveau d'assise de la fondation profonde ............................................ 23

3. Modes dexcution des pieux .......................................................................................... 23

4. Choix du type de pieu ...................................................................................................... 25

5. Principaux types de pieux ............................................................................................... 25

5.1. Classification suivant la transmission des charges au sol et le mode de travail du

pieu ........................................................................................................................... 25

5.2. Classification avec ou sans refoulement du sol ........................................................ 25

II. Dtermination de la portance laide des essais in situ ............................................ 31

1. Essai de chargement statique dun pieu sous compression axiale ................................. 31

2. Pressiomtre MENARD .................................................................................................. 33

3. Pntromtre statique ...................................................................................................... 36

4. Pntromtre dynamique ................................................................................................. 37

III. Etude dun Pieu isol ................................................................................................. 38

1. Pieu isol sous charge axiale ........................................................................................... 38

2. Pieu isol sous charges latrales ...................................................................................... 39

3. Tassement dun pieu isol ............................................................................................... 39

4. Prdimensionnement dun pieu isol .............................................................................. 40

VII. Etude dun groupe de pieux ............................................................................................ 40

1. Influence dun groupe de pieux ....................................................................................... 40

2. Comportement dun groupe de pieux : Mobilisation globale du sol type radier ............. 41

3. Tassement dun groupe de pieux ..................................................................................... 42

4. Pr dimensionnement dun groupe des pieux ................................................................. 42

6.1. Calcul de frottement latral ............................................................................................ 42

6.2. Calcul de la rsistance de pointe .................................................................................... 42

Conclusion ................................................................................................................. 42

Chapitre III : Ouvrages portuaires sur pieux.

Introduction ............................................................................................................................... 44

I. Les ouvrages directement accostables ............................................................................... 44

II. Les ouvrages non directement accostables ................................................................ 44

III. Ouvrages daccostage sur pieux ................................................................................. 45

IV. Les diffrents types d'efforts agissant sur les ouvrages d'accostage ........................... 46

1. Effort horizontaux ............................................................................................................. 46

2. Efforts verticaux ............................................................................................................... 47

V. Les diffrents ouvrages portuaires sur pieux .............................................................. 48

1. Les quais sur pieux ................................................................................................ 48

2. Les jetes sur pieux ................................................................................................ 54

3. Les ducs dalbe sur pieux ..................................................................................... 55

4. Les appontements sur pieux ................................................................................. 55

VI. Les inconvnients dutilisation des pieux dans les ouvrages portuaires .................. 56

VII. Calcul des ouvrages sur pieux .................................................................................. 59

1. Stabilit densemble ............................................................................................ 59

2. Stabilit lmentaire ........................................................................................... 60

Conclusion .................................................................................................................................. 60

Chapitre IV : Modlisation numrique.

Introduction ............................................................................................................................... 62

I. Modlisation de linteraction sol-structures ................................................................... 62

1. Dfinition de linterface sol-structure ............................................................................ 62

2. Caractrisation de l'interface .......................................................................................... 62

3. Comportement du matriau de la structure .................................................................. 63

4. Comportement des sols ................................................................................................. 63

5. Comportement de linterface ......................................................................................... 63

6. Contact sol structure .................................................................................................... 67

a. Mode adhsion ............................................................................................................. 67

b. Mode de glissement ..................................................................................................... 68

c. Mode dcollement ....................................................................................................... 68

II. Modlisation des interfaces ....................................................................................... 69

1. Approche de type contact ..................................................................................... 69

a. Adaptation la rigidit ........................................................................ 69

b. Lois lastoplastiques .......................................................................... 70

c. Lois incrmentales ............................................................................... .71

d. Contact avec des conditions supplmentaires .................................. .71

2. Approche de type couche mince .......................................................................... .72

III. Etude en laboratoire de linteraction sol-structures ................................................... .72

IV. Quelques exemples de linteraction sol-structures .................................................... .73

1. Modlisation dun btiment sur fondation superficielles ...................................... .73

2. Fondation superficielle construite proximit dun ouvrage souterrain .......... .74

3. Interaction sol-soutnement .................................................................................. .75

V. Modlisation numrique ............................................................................................ .77

1. Prsentation du logiciel FLAC .............................................................................. .77

2. Dclaration des donnes dans le code FLAC2D ............................................ .82

1- Introduction ................................................................................................... .82

3- Conditions aux limites ................................................................................... .82

4- Conditions initiales ........................................................................................ .82

5-Simulation du linteraction du sol marin avec les ouvrages portuaires

utilisant des pieux ...................................................................................................... .83

6-Le maillage ............................................................................................................ .83

7-Dfinition des conditions aux limites et initiales .................................................. .84

8-Unit et convention de signe ................................................................................. .84

9-Prsentation et interprtation des rsultats ............................................................. .85

10-Etude paramtrique sur les proprits dinterfaces sol-pieu ................................. .96

10-1-Influence de la rigidit dinterface ............................................................... .96

10-2-Influence de la cohsion dinterface .......................................................... .96

10-3-Influence de langle de frottement dinterface ........................................... .97

11-Comparaison ..................................................................................................... .97

Conclusion ................................................................................................................................. 103

Conclusion gnrale ................................................................................................................... 106

Rfrences bibliographiques ..................................................................................................... 108

Annexes ...................................................................................................................................... 112

ix

Listes des figures

Chapitre I :

Fig. I.1. Port dAlger .................................................................................................................... 5

Fig. I.2. Port de Dellys ................................................................................................................. 6

Fig. I.3. Port de Sidi Fredj ............................................................................................................ 6

Fig. I.4. Ports maritimes : schma de principe ............................................................................. 8

Fig. I.6. Port de Shanghai ............................................................................................................. 8

Fig. I.7 Port de Rotterdam ............................................................................................................ 9

Fig. I.8. Port de BEJAIA .............................................................................................................. 9

Fig. I.9. Port de Jen Jen (Jijel) ...................................................................................................... 10

Fig. I.10 Carte des ports algriens ................................................................................................ 11

Fig. I.11 .Schma d'une digue talus ........................................................................................... 12

Fig. I.12 .Schma d'une digue verticale ....................................................................................... 13

Fig. I.13 .Schma d'une digue mixte ............................................................................................ 13

Fig. I.14. Digue du Large. Grande rade de Cherbourg ................................................................. 14

Fig. I.15. Digue du terminal ptrolier dAntife ............................................................................ 14

Fig. I.16 quai ................................................................................................................................ 15

Fig. I.17. Quai en bloc de bton ................................................................................................... 16

Fig. I.18.Quai en caissons en bton .............................................................................................. 17

Fig. I.19 .Quai en rideau de palplanches ...................................................................................... 17

Fig. I.20. Quai sur pieux ............................................................................................................... 18

Fig. I.21. Quai mixte .................................................................................................................... 19

Fig. I.22. les appontements........................................................................................................... 19

Fig. I.23. les ducs d'Albe .............................................................................................................. 19

Fig. I.24. Equipements pour les ouvrages daccostage et d'amarrage .......................................... 20

Fig. I.25. Quai en zone de marnage .............................................................................................. 20

Fig. I.26.Pile en zone de marnage ................................................................................................ 20

Chapitre II :

Fig. II.1. Dfinitions de la hauteur dencastrement gomtrique D et mcanique De ................. 24

Fig. II.2.Classification suivant la transmission des charges au sol et le mode de travail du pieu

25

x

Fig. II.3. Les types des pieux suivant la mise en place dans le sol ............................................. 26

Fig. II.4. Battage de profils en battus ......................................................................................... 26

Fig. II.5. Exemple de raccordement de fers ................................................................................. 26

Fig. II.6. Pieux Hercules ............................................................................................................... 27

Fig. II.7. Exemple d'utilisation pour consolider le remblai d'une route ....................................... 27

Fig. II.8.Profils mtalliques battus ............................................................................................. 28

Fig. II.9. Pieux fors simples ........................................................................................................ 28

Fig. II.10. Pieux fors tubs ........................................................................................................ 28

Fig. II.11 .Pieu for tub (daprs doc. tudes et Travaux de Fondation) ................................... 29

Fig. II.12.Pieux vibro-fors .......................................................................................................... 29

Fig. II.13. Pieux fors la tarire creuse ...................................................................................... 30

Fig. II.14. Diffrents types de barrettes ........................................................................................ 30

Fig. II.15. Mcanismes du frottement latral positif et ngatif .................................................... 31

Fig. II.16 .Droites et courbes de fluage du 2me

, 5me

, 7 me

et 9 me

palier ................................... 32

Fig. II.17. Dtermination de la charge critique de fluage Qce (vitesses de fluage n et calcul de

Qce) ............................................................................................................................................... 32

Fig. II. 18. Essai de chargement de pieu. Courbe effort dplacement en tte .............................. 32

Fig. II.19.Loi de mobilisation simplifie du frottement latral unitaire qs .................................. 33

Fig. II.20. Loi de mobilisation simplifie de la rsistance de pointe qu ........................................................... 33

Fig. II.21. Schma de calcul de la pression limite nette quivalente .......................................... 34

Fig. II.22. Courbe de chargement axial dun pieu ........................................................................ 38

Fig. II.23. Pieu mobilisant la raction .......................................................................................... 39

Fig. II.24. Courbe de raction ...................................................................................................... 39

Fig. II.25. Travail de groupe de pieux ......................................................................................... 40

Fig. II.26. Action dun groupe de pieux en profondeur ............................................................... 41

Chapitre III :

Fig.III.1 .Le port avant les travaux ............................................................................................... 48

xi

Fig.III.2 .Le port en cours des travaux ......................................................................................... 49

Fig.III.3.Dragage de la zone des travaux ..................................................................................... 49

Fig. III.4 Dbut du remblaiement de la plateforme ...................................................................... 50

Fig.III.5 Remblaiement de la plateforme .................................................................................... 50

Fig.III6. Prminage du rocher ...................................................................................................... 50

Fig.III.7. Mise en place des tubes par vibrofonage .................................................................... 51

Fig.III.8 .Vue des trpans ............................................................................................................. 51

Fig.III.9 Mise en place des ttes de pieux ................................................................................... 51

Fig.III.10. Vue de l'ensemble des pieux raliss .......................................................................... 52

Fig.III.11. Vue en coupe schmatique du T.M.D.C. 4. ............................................................... 53

Fig.III.12. Vue arienne du chantier ............................................................................................ 53

Fig.III.13 .Photo jete sur pieux .................................................................................................. 54

Fig.III.14. Jete GNL de Bioko (Malabo) ................................................................................... 54

Fig.III.15. Le ducs dalbe ............................................................................................................. 55

Fig.III.16.Appontement avant rhabilitation ............................................................................... 56

Fig.III.17. Appontement la fin des travaux ............................................................................... 56

Fig.III.18. Exemples de corrosion sur la tte de pieu ................................................................... 56

Fig.III.19. Rparations possibles sur les pieux ............................................................................ 58

Fig.III.20. Pieux avant et aprs l'hydrodcapage ......................................................................... 58

Chapitre IV :

Fig. IV. 1. lments d'interface sans paisseur ...................................................................... 64

Fig. IV. 2. lments d'interface de type couche mince ............................................................ 64

Fig. IV. 3. Modle d'interface couche mince bidimensionnel ................................................. 65

Fig. IV.4. Exemples des situations dinterfaces .......................................................................... 66

Fig. IV. 5. Modlisation du contact .............................................................................................. 67

Fig. IV. 6. Mode de dformation de linterface ........................................................................... 68

Fig. IV.7. lment de joint Goodman ......................................................................................... 69

Fig. IV. 8. Elment de joint de type ressort .................................................................................. 70

Fig. IV. 9. Modle de Mohr-Coulomb ......................................................................................... 71

Fig. IV.10. Analyse du comportement dun ouvrage simple : Point du vue de la structure et

point du vue de sol ...................................................................................................................... 73

xii

Fig. IV .11. Interaction entre une semelle filante et une cavit symbolise par un cercle(en

diffrentes positions) Daprs Wood et Lamach (1985) .............................................................. 75

Fig. IV. 12. Analyse du comportement dun cran de soutnement : Point de vue de la

structure et point de vue du sol ..................................................................................................... 76

Fig. IV .13. Procd gnral de rsolution des problmes en gotechnique selon FLAC2D

. ....... 78

Fig. IV .14: Squence de calcul gnrale (Billaux [1993]) .......................................................... 79

Fig. IV.15. Maillage adopt pour le sol ........................................................................................ 83

Fig. IV.16. Les zones du modle choisi ....................................................................................... 84

Fig. IV.17. Le modle tudier ................................................................................................... 85

Fig. IV.18. Le dplacement horizontal du sol .............................................................................. 86

Fig. IV.19. Le dplacement vertical du sol ................................................................................. 86

Fig. IV.20. Le dplacement vertical des pieux ............................................................................. 87

Fig. IV.21. Le dplacement horizontal des pieux ....................................................................... 87

Fig. IV.22. Les moments flchissant des pieux ............................................................................ 88

Fig. IV.23. Le moment flchissant de la poutre de couronnement .............................................. 88

Fig. IV.24. Le dplacement vertical la poutre de couronnement ................................................. 89

Fig. IV.25. Le dplacement horizontal de la poutre de couronnement ....................................... 89

Fig. IV.26. Profil des contraintes totales dans le sol .................................................................... 90

Fig. IV.27. Profil des contraintes effectives dans du sol .............................................................. 91

Fig. IV.28. Le dplacement vertical linterface sol-pieu ........................................................... 91

Fig. IV.29. Le dplacement horizontal linterface sol-pieu ....................................................... 92

Fig. IV.30. La contrainte totale linterface sol-pieu .................................................................. 92

Fig. IV.31. La contrainte effective linterface sol-pieu ............................................................. 93

Fig. IV.32. Le dplacement horizontal du pieu en fonction de la profondeur du pieu ................ 93

Fig. IV.33. Le dplacement vertical du pieu en fonction de la profondeur du pieu ..................... 94

Fig. IV.34. La contrainte totale en fonction de la profondeur du pieu ......................................... 94

Fig. IV.35. La contrainte effective en fonction de la profondeur du pieu .................................... 95

xiii

Liste des tableaux

Tableau II.1 .Valeurs du coefficient de portance kp .................................................................... 34

Tableau II.2 .Classification des sols ............................................................................................. 35

Tableau II.3 Dtermination des abaques ...................................................................................... 35

Tableau II.4 valeurs du facteur de portance Kc ........................................................................... 36

Tableau II.5 choix du coefficient et de qs max ........................................................................... 37

Tableau IV.1. Comparaison entre les mthodes explicites et implicites

(Candall [1981]) ........................................................................................................................... .81

Tableau IV.2.dformation des lments structuraux, dplacements et moments ........................ .95

Tableau IV.3.Rsultats concernant le sol dassise ....................................................................... .95

Tableau IV.4.Rsultats linterface sol-pieu ............................................................................... .96

Tableau IV.5. Rsultats obtenus pour linfluence de la rigidit dinterface ................................ .98

Tableau IV.6. Rsultats obtenus pour laugmentation de la cohsion dinterface ....................... .100

Tableau IV.7. Rsultats obtenus pour la diminution de la cohsion dinterface .......................... 100

Tableau IV.8. Rsultats obtenus pour laugmentation de langle de frottement dinterface ....... 102

Tableau IV.9. Rsultats obtenus pour la diminution de langle de frottement dinterface .......... 103

xiv

Listes des notations et indices

De : La hauteur dencastrement mcanique.

Qce : La charge critique de fluage

n : Vitesse de fluage

Qle : La charge limite conventionnelle

Qce : La charge critique de fluage conventionnelle

Qu : La charge limite qui correspond la rupture du sol

A : Section droite de la pointe du pieu

Qpu : La charge limite de pointe

Qsu : La charge limite de frottement latral

fp : Frottement latral positif

fn : Frottement ngatif

qs: Frottement latral unitaire

qu: La rsistance de pointe

ql : La force portante la rupture

pl : La force portante la rupture

Qui : La charge limite des pieux du groupe

Qgu : La charge limite globale

Ce : Le coefficient defficacit

Gsp : Pousses latrales

Sis : Tassement dun pieu isol

q0 : La pression verticale au repos du terrain au niveau de la base de la fondation aprs

construction

p0 : La pression horizontale du terrain au repos

Ple : La pression limite nette quivalente elle, est calcule par lexpression :

Dc : La profondeur critique

kp : Le facteur de portance

qp : La contrainte de pointe est donne par la formule

qce : Rsistance de pointe quivalente au pntromtre statique

12 : Coefficient dinfluence du pieu 2 sur le pieu 1

xv

: Composante du vecteur vitesse nodale.

: Le coefficient de frottement apparent

( ) : La contrainte de cisaillement

: Le coefficient de frottement rel

: Langle de frottement sol-pieu

Ut : Le dplacement tangentiel relatif

Un : Le dplacement normal relatif

: Contrainte normale

: La contrainte tangentielle

: La matrice de rgidit

:Le vecteur de force de liaison

: Contrainte au cycle de calcul prcdent

: Paramtre dcrouissage

X et Y : Les coordonnes dun point nodal dans un trac.

X (S),

Y (S) : Les coordonnes initiales dun point nodal.

X (e)

, Y (e)

: Les coordonnes finales.

V X, V Y : Gradient de contrainte dans la direction des x et y respectivement.

: La valeur initiale de la contrainte

S : La valeur finale de la contrainte.

L.C.PC : Laboratoire des Ponts et Chausses.

T.M.D.C.4 du P.A.N.S.N : Terminal Marchandises-Diverses et conteneurs 4 du Port

Atlantique de Nantes Saint-Nazaire (P.A.N.S.N)

L.E.M : Laboratoire Des Etudes Maritimes

Introduction gnrale

1

Introduction gnrale

Les ports sont des acteurs essentiels pour le dveloppement dun tat, dune rgion,

dune ville.

La ralisation damnagements portuaires (terminaux, quais, ducs dalbe) ncessite

souvent lutilisation des pieux.

Les pieux sont largement utiliss comme lments de fondation pour les structures situs

dans des zones de mauvaise portance. Et aussi dans les ouvrages portuaires. travers leurs

ancrages dans le sol, ils permettent dassurer la stabilit des structures.

Le comportement des pieux fait intervenir plusieurs paramtres notamment les proprits

du sol, les conditions de contact entre les pieux et le sol et enfin linteraction sol-pieux. Dans

ce contexte les tudes gotechniques revtent une importance capitale pour la durabilit et la

stabilit de ces ouvrages. Cependant dans une tude gotechnique la modlisation constitue

une tape importante pour la qualit des analyses de prvision du comportement du sol et des

ouvrages. Ainsi la modlisation de linteraction sol-pieux joue un rle majeur dans la

dfinition des conditions de stabilit de louvrage.

Lorsque lon considre linteraction de deux solides en contact avec des caractristiques

de dformabilit trs diffrentes, la rupture est souvent accompagne de la formation,

linterface dans le solide le plus dformable, dune zone de faible paisseur oriente dans la

direction de la surface de contact. Cette zone, appele interface sol-structure est le sige dune

importance localisation de la dformation.

Aujourdhui il existe plusieurs mthodes pour tudier cette interaction que ce soit

thorique telle que la mthode des lments finis, la mthode des diffrences finies, ou

exprimentale telle que les essais de laboratoire comme par exemple lessai de cisaillement,

ou mme numrique en utilisant des logiciels comme ROSA 2000, CESAR-LCPC,

FLAC2D..

Il est primordial davoir une connaissance de base solide des principes et thories pour

pouvoir utiliser ces logiciels dans les problmes pratiques.

Pour raliser lobjectif de ce travail qui consiste la modlisation de linteraction sol-

pieu sous ouvrage portuaire pour le cas du quai du port de Djen-Djen Jijel et la simulation

du comportement du sol et celui des pieux dans un milieu marin, nous avons opt pour la

mthode numrique avec le code de calcul FLAC2D

spcialis dans la rsolution des

problmes gotechniques et dont dispose notre laboratoire.

Pour atteindre lobjectif vis, le travail sera divis suivant le plan ci-dessous :

-Le chapitre I est tude bibliographique sur les ouvrages portuaires en donnant des exemples

dans le monde et en Algrie

2

- Le chapitre II traite lutilisation des pieux dans les ouvrages de gnie-civil, leurs modes

dexcutions dans les diffrents domaines, et les mthodes pour le calcul de la capacit

portante de ces pieux sous diffrents chargements.

- Le chapitre III est consacr aux diffrents types douvrages portuaires raliss sur pieux et

en particulier les quais sur pieux, ainsi que les efforts agissant sur ces ouvrages.

-Le chapitre IV consiste en une modlisation de linteraction du sol de fondation avec les

pieux sous ouvrages portuaires. Ce dernier chapitre est rparti en deux parties ; la premire

comporte une tude thorique dans laquelle on dfinit linteraction sol- structure et les

caractristiques qui dfinissent cette interface, les moyens et les essais pour la dterminer.

La 2me

partie cest la modlisation numrique de linteraction sol-pieux en utilisant le

code FLAC2D

qui est bas sur la mthode des diffrences finies. le choix de cette mthode est

motiv par la simplicit de son applicabilit pour les problmes de gotechniques, notamment

ltude de linteraction sol- structure, en faisant une modlisation du sol dassise de la

structure portuaire quai sur pieux dans un milieu marin en introduisant les donnes

ncessaires et relles de cette structure et le chargement statique qui lui est appliqu. On

affiche et on interprte les rsultats de la simulation du comportement du sol avec celui des

pieux.

Et aprs ltablissement de modle de rfrence on passe ltude paramtrique on faisant

varier les paramtres dinterface sol-pieux tel que : la cohsion dinterface, la cohsion

dinterface normale Cn et de cisaillement Cs, langle de frottement dinterface normale n et

de cisaillement s et la rigidit dinterface normale Kn et de cisaillement Ks. On visualise de

nouveau rsultats afin de dterminer linfluence de ces paramtres dans le comportement des

pieux et du sol de fondation.

Enfin nous terminons notre travail par une conclusion gnrale donnant une synthse de

notre recherche, et des recommandations pour des travaux futurs.

Chapitre I

Gnralits sur les ouvrages

portuaires

Chapitre I Gnralits sur les ouvrages portuaires

4

I. Historique

Le port d'Alexandrie en gypte, fut construit vers le IIIe sicle av. J.-C. : une digue,

l'Heptastade y est construite, afin de sparer le port en deux parties accessibles suivant la

provenance du vent. Le long de la Mditerrane, dautres ports ont suivi, il sagit des ports du

Pire Athnes et celui d'Ostie Rome, et galement les ports de Syracuse et celui de

Carthage. Les techniques de construction de l'poque utilisaient principalement des

enrochements locaux, ce qui ncessitait une abondante main d'uvre, mais offrait des

constructions extrmement durables. On peut galement noter l'utilisation de digues en arches

semi-circulaires par les Romains, permettant une meilleure rsistance aux vagues.

Les ports se dvelopprent rapidement sur le pourtour de la Mditerrane et

progressivement sur la faade Atlantique au fur et mesure de l'expansion du commerce. Les

ports italiens (Gnes, Venise...) prennent de l'importance ; les techniques, restent sensiblement

les mmes. Ce n'est qu'au XIXe sicle avec la rvolution industrielle que l'apparence des ports

change clairement : la spcialisation entre ports de commerce, de pche et militaires apparat

et le bton permet d'autres types de construction. Aux entrepts s'ajoutent les lignes de

chemin de fer et les grues. Les docks s'tendent et les professions se spcialisent ; le balisage

et l'assistance aux navires (par le remorquage par exemple) se dveloppent.

Au XXe sicle, la transformation est complte : les ports de commerce se spcialisent en

sous-ensembles et en terminaux ddis aux types de marchandises (vrac solide et liquide,

conteneurs, passagers) ; les engins grandissent (tels les portiques) afin de pouvoir charger les

navires grandissant sans cesse ; les cadences s'acclrent afin de rester dans la comptition,

mais les effectifs embauchs baissent drastiquement. Les ports de plaisance se dveloppent et

prolifrent le long des ctes des pays dvelopps par la cration de marinas parfois gantes.

Les derniers dveloppements incluent la construction d'immenses complexes portuaires

comme l'Europoort de Rotterdam.

II. Gnralits sur les ports

Un port est un endroit situ sur le littoral maritime, sur les berges dun lac ou sur un cours

deau et destin accueillir des bateaux et navires. Du point de vue conomique, cest un

tablissement destin la rception des navires en vue dassurer la continuit des transports

entre les voies maritimes, terrestres ou ferroviaires.

A cette fonction de jonction entre deux modes de transports, se greffent deux aspects du rle

des ports maritimes (Chapon J., 1975) :

- Rle industriel : le port peut comporter des installations destines traiter ou transformer les

matires premires importes ou exportes.

- Rle de march : transbordement dun moyen de transport terrestre un transport maritime

(et inversement) peut saccompagner doprations commerciales faisant du port un lieu de

march. Cette fonction ncessite de grands moyens de stockage et de conditionnement des

marchandises.

Sur le plan physique, le port permet aux navires de stationner labri de la houle et du vent,

pour :


5

- effectuer leurs oprations de transit (chargement et dchargement des marchandises,

embarquement ou dbarquement des voyageurs) ;

- effectuer leurs avitaillements (combustible ou carburant, eau, produits ncessaires la

vie de lquipage et des passagers) ;

- assurer leurs entretiens et leurs rparations ;

- tre construits ou dmolis.

Selon leurs activits et les types de bateaux accueillis, on distingue les ports de commerce, de

pche, de plaisance, et les ports militaires. Il est frquent qu'un mme port combine plusieurs

activits, mais elles sont souvent spares gographiquement dans des bassins diffrents.

1 Diffrents types de port

1.1. Les ports de commerce servent accueillir les navires de commerce : ceci inclut le trafic

de passagers sur les ferries et les paquebots et le transport de marchandises pour les navires

cargo. Les marchandises peuvent tre liquides (ptroliers, chimiquiers) et ncessiter des

rservoirs et tuyauteries ddies ; ou solides, en vrac (vraquiers, ncessitant des silos ou des

espaces de stockage) ou emballes : cargos mixtes ayant besoin d'entrepts et de grues, ou les

porte-conteneurs avec les grands espaces de stockage associs. Un port de commerce inclut

aussi des liaisons routires et ferroviaires, voire fluviales, avec la terre ; diffrentes darses et

terminaux spcialiss ; des bassins pour les navires de services associs ; selon les cas, des

bassins ddis la rparation, un dispositif de sparation du trafic...

Fig. I.1. Port dAlger


6

1.2. Les ports de pche sont les plus nombreux dans le monde. Leurs dimensions sont plus

rduites et varient selon les bateaux accueillis : les chalutiers de haute mer partant pour

plusieurs semaines auront besoin de plus d'espace de quai en revenant dcharger leur

cargaison, tandis que les petits bateaux de pche partant la journe auront besoin de pouvoir

dcharger rapidement pour la crie. L'infrastructure est plus simple que pour un port de

commerce : quelques quais ou pontons, une station de ravitaillement, et un moyen de vendre

le produit de la pche (march proximit), et ventuellement de le traiter avant la vente si

cela n'a pas t fait sur le bateau.

1.3. Les ports de plaisance accueillent les bateaux de plaisance, de loisir et de comptition,

voile et moteur. La plupart des bateaux sont de petite taille (infrieur 20 m), et les places

de port sont standardises grce des pontons et des cat-ways ; diffrentes techniques

d'amarrage sont utilises selon les endroits. On y trouve une capitainerie, diffrents services

d'avitaillement, de mise au sec et de rparation, une pompe carburant, et divers services pour

les quipages. Ces ports sont souvent situs prs du centre des villes pour des raisons

touristiques et pratiques (facilit d'accs et d'avitaillement).

Fig. I.2. Port de Dellys

Fig. I.3. Port de Sidi Fredj


7

1.4. Les ports militaires (ou, bases navales) accueillent les navires de guerre. Certains ports

sont ouverts (Portsmouth), mais d'autres, notamment les bases de sous-marins, sont ferms et

interdits au public pour des raisons de scurit. Un port militaire peut inclure un arsenal, une

cole navale, un chantier de rparation, des moyens de ravitaillement, de logement et

d'entranement pour les quipages. Certains navires militaires, notamment les patrouilleurs,

peuvent tre bass dans d'autres types de ports.

II.2. Implantation dun port

2.1. Ports tablis dans les rades abrites ; ce sont essentiellement :

- Des ports militaires,

- Des ports pour le trafic des hydrocarbures tablis sur sea-lines (cest une

canalisation sous-marine pose demeure sur le fond de la mer) ou sur tourelle

isole

- Des postes minraliers

- Des postes passagers ou marchandises diverses avec transbordement sur engins

flottants.

2.2. Ports extrieurs : Ils sont tablis sur le littoral et sont gagns sur les eaux, ou creuss

dans les terres.

2.3. Ports intrieures : Ils sont tablis sur les fleuves ou rivires, relis au littoral par un

canal maritime, ou tablis sur des lagunes et tangs en communication avec la mer. Ils

peuvent dailleurs comporter un avant port extrieur.

2.4. Ports au large : En dehors des installations spcialises pour lexploitation, le

chargement ou le dchargement des hydrocarbures on peut crer de vritables ports ilots

dtachs de rivage, comportant des postes protgs. Ces infrastructures peuvent avoir une

vocation complmentaire de stockage ou daccueil dusine polluantes.

3. Schma de principe d'un port maritime

Pour entrer dans le port, ou en sortir, le navire emprunte un chenal balis (A), aid dans sa

circulation par le radar du VTS (Visual Trafic System) et par les feux d'alignement [38].

L'avant-port (D) est protg de la houle par des digues (C). Le navire peut y

effectuer des manuvres "d'vitage" (c'est -dire tourn sur lui-mme de 180), de faon

pouvoir tre amarr son poste d'oprations cap vers la sortie (ce qui facilite grandement

l'abandon du poste en cas de ncessit).

Les postes d'accostage (conus sous forme de quais, d'appontements ou de ducs

d'Albe) sont tablis en bordure : de bassins de mare (E) en liaison directe avec l'avant-port

ou de bassins flot (F) relis l'avant-port par une cluse maritime Les postes sont desservis

par des voies de transport intrieures (routes, rails, voies navigables (G, H, I) et quips de

terre-pleins permettant le stockage des cargaisons.


8

Lorsque l'agitation due la houle n'est pas trop forte, les navires transportant des cargaisons

liquides ou en vrac peuvent tre reus des postes non protgs (B). Ils chargent ou

dchargent leur cargaison par des tuyaux flexibles relis un point d'ancrage (B) constitu

d'une boue ancre sur le fond par des chanes. La liaison entre ce point et les installations de

stockage tablis terre s'effectue par des canalisations fixes poses sur le fond marin.

Fig. I.4. Ports maritimes : schma de principe

4. Exemples de ports maritimes

4.1. Dans le monde

a. Le port de Shanghai : Shanghai, premier port mondial, en 2006 en dpassant les

500 millions de tonnes de trafic (561 en 2007). La premire voie maritime au

monde, qui dispose de nombreux ports majeurs, en Chine mais aussi au Japon, en

Core du sud, Singapour et Taiwan.

Fig. I.6. Port de Shanghai


9

b. Le port de Rotterdam : Le port de Rotterdam, principal port europen et un des

trois principaux ports mondiaux depuis plus de 30 ans (1er port mondial de 1962

1986), est la vritable porte d'entre de l'Europe. Le complexe portuaire de

Rotterdam, sur plus de 30 km de quais, est un port polyvalent qui assure la majeure

partie des importations et des exportations de lUE.

Fig. I.7 Port de Rotterdam

4.2. Exemples en Algrie

a. Port de Bejaia

Le port de Bejaia est un port mixte (port ptrolier, commercial et un quai pcheur). La

situation gographique du Port de Bejaia offre des commodits exceptionnelles:

Il se trouve quelques minutes seulement d'un Aroport international (5 Km). La gare

ferroviaire est localise dans le mme site que le Port, ce qui offre, entre autres, des facilits

en matire de transfert de marchandises de toute nature vers d'autres destinations. Le port de

Bejaia prsente 2.8 Km de quai avec une capacit de production de 2 800 T/an en matire de

pche et 10 985 920 T/an pour le commerce.

Fig. I.8. Port de BEJAIA


10

b. Port de Jen Jen (Jijel)

Le port de Djen-Djen est situ 10 Km lest de Jijel, lembouchure de 1Oued Djen-Djen

dont il porte le nom. Cest une infrastructure portuaire moderne de cration rcente (1985-

1991) avec 2 Km de quai extensibles 4 ou 5 Km et des profondeurs variant de 10.5 20 m.

Fig. I.9. Port de Djen-Djen (Jijel)

III. Patrimoine des infrastructures portuaires en Algrie

Linfrastructure portuaire en Algrie est constitue de 40 ports, dont:

11 ports mixtes (pche, commerce, hydrocarbures)

02 ports spcialiss en hydrocarbures (Skikda, Arzew);

26ports et abris de pche (dont 06 lintrieur des ports de commerce);

01 port de plaisance (Sidi fredj).

Actuellement il y a des projets en cours de ralisation ou de rnovation :

05 ports de pche en cours de construction (El Kala, El Marsa, Salamandre, Marsa

Ben Mhidi, Tigzirt) ;

11 Protections des rivages ;

Confortement, rempitement, et renforcement douvrages portuaires au niveau des

ports dAlger, dArzew, de Skikda et de Tns ;

Amnagement portuaire de pche lintrieur des ports de Bjaa et Annaba

Protection du port de Bouzedjar contre lensablement et le revtement du port de

pche de Ziama Mansouriah ;

Dragage de la passe dentre du port de pche de Boudis.


11

Fig. I.10 Carte des ports algriens

IV. Types douvrages portuaires

Les principaux types douvrages maritimes sont les ouvrages poids : ouvrages dont la stabilit

est assure par leur poids grce au frottement quil mobilise au niveau de linterface entre sa

fondation et le sol. Do limportance que revt pour ce type douvrage la vrification de

ltat-limite de glissement.

On se limite ici deux types d'ouvrages portuaires : les digues et les ouvrages daccostage et

damarrage (quai, appontement, duc dalbe). Ces ouvrages sont dcrits dans divers

documents : Chapon (1982, 1984), Bruun (1976) etc. Les ouvrages franais (principalement)

font lobjet de deux catalogues : le Catalogue des quais (STCPMVN, 1992) et le

Catalogue des digues (STCPMVN, 1981).

1. Les digues

1.1. Gnralits sur les digues

On rencontre gnralement trois types de digues: les digues talus, verticales ou mixtes

(Corfdir A, 2002).


12

a- Les digues talus

Elles sont constitues d'un massif (pierre ou bton) remontant la surface et, au-dessus de ce

massif, difice en maonnerie prvenant les fortes houles.

Fig. I.11 .Schma d'une digue talus

Le problme de ces talus en enrochements rsident dans la double action de l'eau: lors de la

monte des eaux, des surpressions dues des ondes lastiques cres par l'impact des

particules sur les parois endommagent le massif. Lors de la descente des eaux, l'coulement

vers l'extrieur s'ajoute la pesanteur et peut faire glisser les blocs. Toutes ces structures

rsistent principalement par leur poids aux sollicitations horizontales.

b- Les digues verticales

Les digues verticales connaissent aussi un certain nombre de variantes. Elles peuvent tre

ralises :

en maonnerie ou ventuellement en blocs de bton superposs ;

en caissons paralllpipdiques.

Diverses autres possibilits ont t explores : caissons cylindriques (Tanimoto et

Takahashi, 1994), caissons type Jarlan pour des ouvrages de protection ou pour des

ouvrages mixtes de protection et daccostage comme Roscoff en 1971 (STCPMVN,

1981) ou trs rcemment au port de La Condamine Monaco.

Compte tenu du volume important de ce type de digue ncessaire leur stabilit dans un

contexte de grande houle, elles ne sont utilises que pour des houles n'excdant pas 6 7m.

Nanmoins, et contrairement aux digues talus, leur volume varie peu avec la profondeur et

elles peuvent donc tre intressantes pour des digues en eaux profondes.


13

Fig. I.12 .Schma d'une digue verticale

c- Les digues mixtes

Lorsque les profondeurs sont importantes, la digue est souvent de type mixte : la partie

infrieure est constitue sous forme d'un ouvrage talus, surmont par un ouvrage de type

vertical. Les dimensions et la structure de l'ouvrage vertical doivent tre suffisantes pour

rsister aux efforts des vagues dferlantes.

Des procds utilisant des caissons en bton, dont la paroi extrieure est perfore, permettent

une meilleure absorption du choc des lames qu'une paroi pleine (Brevet JARLAND).

La consommation en enrochements naturels est moindre que pour un ouvrage talus de mme

hauteur, la consommation de bton est galement moindre que pour un ouvrage de type

vertical de hauteur suffisante pour viter le dferlement.

Fig. I.13 .Schma d'une digue mixte


14

1.2. Exemples de digue dans le monde

a- Digue du Large. Grande rade de Cherbourg(Manche). France (1853)

Cette digue, longue de 3700 m et haute de 13m dlimite la plus grande rade artificielle du

monde. Elle fut complte, louest par la digue de Querqueville, lest par la digue de

Collignon.

Fig. I.14. Digue du Large. Grande rade de Cherbourg

b- Digue du terminal ptrolier dAntifer. Port du Havre (Seine Maritime)

La Digue Maurice Thieullent mesure 3512 m de long et 35 m de hauteur. Elle comporte :

- une assise gnrale en galets de 10 m environ dpaisseur,

- une assise du noyau de la digue, de 5 m dpaisseur, compose de tout-venant,

- le noyau, de 14,5 m de hauteur, en matriaux tout venant et matriaux silico-calcaires,

- les protections des talus, rgls 4/3, en silico-calcaires puis en enrochements durs, protgs

de la mer par des blocs cubiques en bton de 12 t ct port, 24 t ct mer, et jusqu 30 t au

musoir,

- la plateforme routire de 12,8 m de large protge par un mur ct mer.

Fig. I.15. Digue du terminal ptrolier dAntife

2. Les ouvrages d'accostage et d'amarrage


15

Pendant leurs escales, les navires doivent pouvoir stationner en toute scurit dans le port,

l'abri de l'agitation de la houle : ils peuvent tre simplement "mouills" sur leurs ancres ou sur

des coffres d'amarrage. S'ils doivent transborder leurs cargaisons, la manutention est faite au

moyen de leurs engins de bord ou par des grues flottantes.

Ils sont de prfrence accosts et amarrs leur poste d'opration, ce qui permet de prendre

ou de dposer les cargaisons directement terre, sans ncessiter un transbordement par un

moyen flottant. Parmi ces ouvrages on peut citer les quais, les appontements, les ducs dalbe

a. les quais, qui outre l'amarrage et l'accostage des navires, assurent une liaison

directe entre le navire et les infrastructures terrestres du port.

Fig. I.16 quai

L'ouvrage assure une liaison directe entre le navire et la terre. Il doit rsister :

- aux efforts horizontaux d'accostage et d'amarrage et la pousse des remblais.

- aux efforts verticaux dus aux poids propres de louvrage, des engins de manutention et des

charges sur le terre-plein

Il existe plusieurs types de quai suivant leurs conditions de mise en uvre et de possibilit

d'excution. Certains sont fonds en surface en fonction des conditions gotechniques du site

et d'autre en profondeur.

a.1. Ouvrages d'accostage sur sol de bonne portance

Lorsque le sol de fondation offre une bonne rsistance (sols rocheux, galets, sable compact),

les quais sont raliss sous forme d'ouvrages massifs capables de rsister aux efforts

horizontaux (vers la terre, causs par l'accostage et l'amarrage des navires) et aux efforts

verticaux dus leur poids propre.


16

a.1.1. Quai en bloc de bton

Le mur des quais peut tre constitu en bloc de bton, prfabriqus, empils les uns sur les

autres. L'empilage peut s'effectuer aussi par assises imbriques ou par piles juxtaposes, Ces

assises imbriques permettent d'assurer une meilleure rpartition des efforts locaux provenant

d'un tassement de la fondation, d'une pousse plus forte, ou de la raction des amarres. Mais il

faut noter que les piles juxtaposes permettent une reprise assez facile de l'ouvrage en cas de

dsordres limits : les piles produisent un tassement pralable sous chacune d'elles et peuvent

ensuite tre reprise en position dfinitive. Cette disposition parait tre prfre pour les

ouvrages de grande hauteur, d'autant plus que le tassement peut tre acclr par une charge

temporaire de chaque pile au moyen de blocs, Les blocs sont le plus souvent de forme

paralllpipdique. Ces ouvrages sont toujours raliss en site nautique.

Fig. I.17. Quai en bloc de bton

a.1.2. Quais en caissons chous ou havs

Les caissons peuvent tre prfabriqus partiellement ou totalement dans une forme de radoub

ou une cale de travaux. Ils sont utiliss pour constituer des quais continus ou des ouvrages

appuis discontinus et peuvent assurer le rle de soutien des terres dans le cas des ouvrages

continus. Ils sont en bton arm, ou prcontraint.

Lutilisation des caissons chous ou havs quen site terrestre du fait de la rduction de la

hauteur draguer ou haver. Cette technique est comptitive que pour les quais de grandes

hauteurs (environ 20 m et plus surtout en bassin marnant) et pour des quais de grandes

longueurs.


17

Fig. I.18.Quai en caissons en bton

a. 2. Ouvrages d'accostage sur sol de faible portance

a. 2. 1. Quai en rideau de palplanches

Les quais constitus par un rideau de palplanches mtalliques ancr sur un rideau arrire, sont

utiliss lorsque le terrain naturel offre une portance insuffisante pour supporter un ouvrage

massif, mais possde des caractristiques gotechniques permettant d'offrir une bute au pied

du rideau (ct bassin) capable d'quilibrer la pousse du remblai. C'est le cas des sols

sableux, de marnes ou d'argiles suffisamment compactes.

Fig. I.19. Quai en rideau de palplanches


18

a. 2. 2. Les quais sur pieux

Les quais constitus par une plate-forme en bton arm supporte par des pieux (ou piles) en

bton ou en acier, sont utiliss quand le terrain naturel est constitu d'une couche de mauvaise

qualit sous laquelle existe une couche de terrain de portance suffisante une profondeur pas

trop importante. Des pieux inclins et la bute offerte par la partie suprieure du remblai

permettent de mobiliser une force horizontale suffisante pour quilibrer l'effort engendr par

l'accostage et l'amarrage des navires.

Fig. I.20. Quai sur pieux

a. 2. 4. Quai mixte

Le quai "danois" est constitu dun rideau de palplanches et d'une plate-forme en bton arm

fonde sur des pieux en bton ou en acier. La rsistance aux efforts d'accostage est assure par

la pousse du remblai contre le rideau et, ventuellement, par la raction horizontale de pieux

inclins. Les efforts verticaux sont quilibrs par les ractions verticales des pieux qui

supportent la plate-forme et, ventuellement, des tubes mtalliques insrs dans le rideau de

palplanches. Ces quais sont indiqus quand le sol de fondation est de qualit moyenne et qu'il

existe une couche de terrain de bonne rsistance une profondeur raisonnable.

Fig. I.21. Quai mixte


19

b. les appontements sont des ouvrages permettant l'accueil et le stationnement des

navires mais n'assurant pas une liaison directe avec les parties terrestres (o se trouvent les

installations de stockage des cargaisons). Ils peuvent cependant servir l'approche ou au

dpt des marchandises.

Fig. I.22. les appontements L'ouvrage n'assure pas une liaison directe entre le navire et la terre. Il doit rsister :

- aux efforts horizontaux d'accostage (1) d'amarrage (2) mais n'a pas retenir des

remblais - aux efforts verticaux de son poids propre et de celui des engins de manutention

(3+4) des ventuelles cargaisons dposes (5).

c. les ducs d'Albe qui sont des ouvrages ponctuels permettant l'accostage (1) et/ou

l'amarrage (2) des navires. Ils ne disposent pas de plate-forme sur laquelle peuvent tre

dposes les marchandises ou tre installs des engins de manutention.

Fig. I.23. les ducs d'Albe

3. Equipements pour les ouvrages daccostage et d'amarrage

A l'accostage, le navire drive avec une vitesse de 10 15 cm/sec. Compte tenu de sa

masse importante, il impose l'ouvrage un effort horizontal qui peut dpasser la centaine de

tonnes. Une dfense dformable permet d'absorber une partie de l'nergie d'accostage. Sous

l'effet du vent et des courants ventuels, l'effort d'amarrage peut atteindre la centaine de

tonnes.


20

Fig. I.24. Equipements pour les ouvrages daccostage et d'amarrage

V. Dsordres sur les matriaux dus au milieu environnant pour les ouvrages

portuaires

Structures portuaires : celles situes en bord de mer souffrent de lagression due aux

chlorures. Lintensit de la corrosion est lie lagressivit du milieu (zone de marnage,

dclaboussures, dembruns). Des dfauts denrobage ou de qualit du bton sont alors

immdiatement mis en vidence.

Fig. I.25. Quai en zone de marnage Fig. I.26. Pile en zone de marnage

L'altration des matriaux provient essentiellement de la prsence des sels dissous dans l'eau

de mer et le cas chant dans les matriaux du sol et des remblais ; lacidit, sensible dans les

zones portuaires industrielles, contribue galement laltration (COMBRIAU .O . 2002).

1. L'altration des btons

Le bton est sensible aux agents chimiques contenus dans l'eau de mer : sulfates, chlorures,

gaz carbonique. Ces dsordres sont les fissurations (faenage) soulignes par des traces

blanchtres provoques par le gonflement des produits de raction de la pte de ciment sous

l'action des sulfates et des chlorures.


21

2. Corrosion des armatures du bton

Indpendamment de l'aspect physico-chimique, deux facteurs favorisent la corrosion : la

qualit du bton, et l'paisseur de recouvrement des armatures en place. vis vis de la

corrosion.

3. Corrosion organique et hydrocarbures

La corrosion organique se manifeste au niveau des boues et des vases qui se dposent en fond

de bassins et conduit une attaque acide des btons, avec consommation de la chaux libre.

4. L'rosion

Les causes potentielles d'rosion sont varies et proviennent de l'coulement rapide des eaux

ou des courants tourbillonnaires dans certaines parties de l'ouvrage le plus souvent associs au

contact avec des corps en suspension dans l'eau ou flottants, et du choc des navires.

L'rosion se poursuit par l'apparition d'clats de bton, puis l'limination de la pte du ciment,

et la mise nu des granulats par dpart des matriaux fins ; la fissuration apparat ensuite en

liaison avec la prsence des armatures, dont lenrobage se trouve alors rduit.

VI. Les moyens techniques de la surveillance et de l'auscultation

La surveillance d'un ouvrage est une opration courante et obligatoire qui a pour but d'assurer

sa prennit en permettant de dtecter ou mieux, de prvenir, les anomalies ou dsordres qui

pourraient se manifester.

L'auscultation de l'ouvrage ou d'une partie de l'ouvrage est une opration particulire qui est

en principe ncessaire dans certaines situations (COMBRIAU .O . 2002); c'est le cas en

particulier :

Dune modification significative des charges de service est demande ou si une modification

de l'environnement de l'ouvrage doit tre ralise, ou si des dformations plus importantes,

voire des dsordres, se manifestent dans les parties visibles de l'ouvrage et sont susceptibles

d'en compromettre l'usage.

Parmi ces moyens techniques de la surveillance et de l'auscultation on peut citer :

Distancemtre fil invar, le fissuromtre vernier, inclinomtre vertical, nivelle vis

micromtrique, pizomtre ouvert, sonde de pression interstitielle, capteur de pression totale

des terres, capteur de force de type gltzl, les centrales dacquisition.

Conclusion

Les ouvrages en site maritime sont spcifiques pour plusieurs raisons. Leur spcificit est

d'abord lie la varit des types de structure. Ensuite, la ralisation de ces ouvrages est

soumise des contraintes de mise en uvre particulires. Enfin, ces ouvrages sont exposs

un environnement qui cumule souvent les facteurs favorisant la dtrioration du bton et de

l'acier qu'il peut contenir.

Le diagnostic doit donc permettre de dcouvrir la cause et l'origine des dommages constats,

les traiter pour prvenir de nouveaux dommages.

Chapitre II

Etude de lutilisation des pieux dans les ouvrages du gnie

civil

Chapitre II Etude de lutilisation des pieux dans les ouvrages du gnie civil

23

Introduction

Lors de la ralisation dun ouvrage, lingnieur doit respecter les contraintes engendres par la

superstructure (cest--dire une limitation des dplacements, via le chevtre) et les lments

de fondations. Dans le cas de fondation profonde, le sol ragit aux sollicitations produites par

les pieux:

- soit par frottement axial, auquel cas on se proccupe de connatre la limite de

glissement sol pieu,

- soit par des ractions transversales de type pousse-bute .

Le comportement du sol est trs complexe ; de plus, son htrognit et ses modifications

dans le temps (diffrences entre les proprits court et long terme) le compliquent

davantage. Il est de ce fait difficile dapprhender le comportement des pieux isols ou en

groupe, de dfinir les facteurs influenant leur comportement et lampleur de leur contribution

dans un phnomne donn

I. Gnralits sur les pieux

En raison de nombreuses contraintes d'origine naturelle ou artificielle, les constructions sont

ralises sur des sols de plus en plus mdiocres et contigus des ouvrages existants. Afin dy

pallier, de nouvelles techniques de renforcement et d'amlioration des sols se sont

dveloppes ces dernires annes, dont les pieux

1. Dfinitions

Pieu lment de fondation profonde lanc qui est fait d'un matriau ou d'une

combinaison de matriaux tels que le bois, l'acier et le bton et qui est prfabriqu et mis en

place par battage, vrinage ou vissage. ("Pile")

Les pieux sont, d'aprs le D.T.U., des fondations profondes creuses mcaniquement, prenant

appui sur un sol situ une profondeur pouvant aller de 6 20 m, voire plus.

La section la plus courante d'un pieu est le cercle. Les diamtres peuvent varier de 0,10 1.60

m, voire plus.

Les autres sections possibles des pieux sont des carrs et des polygones (exemple : pieux

prfabriqus), et des rectangles (exemple : les barrettes).

Dun point de vue mcanique on distingue la longueur D du pieu de la hauteur dencastrement

mcanique De.

Cette valeur de De tient compte du fait que les caractristiques mcaniques de la couche

dancrage sont nettement suprieures celles des sols de couverture traverss par le pieu (Fig. II.1)


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Fig. II.1. Dfinitions de la hauteur dencastrement gomtrique D et mcanique De

2. Dtermination du niveau d'assise de la fondation profonde

Le niveau d'assise des pieux ou parois satisfait aux conditions suivantes :

La contrainte en base de la fondation ne peut tre suprieure la portance utile du sol.

La valeur de refus, dans le cas de pieux battus, reste infrieure celle calcule sur la base

des indications sur le type de pieu et du matriel de battage mis en uvre.

le refus est calcul suivant les formules reprises ci-aprs, qui sont directement fonction des

caractristiques du matriel de battage l'aide d'un mouton en chute libre.

3. modes dexcution des pieux

On peut donc retenir des diffrents modes d'excution des pieux qu'il existe trois tapes :

3. 1 - ralisation du trou

- soit en comprimant le sol en battant un pieu prfabriqu ou un tube obtur en partie basse,

- soit en forant :

- avec des bennes preneuses, des bennes rotatives ou des tarires dans les sols meubles,

- avec des trpans pour briser les sols durs puis des soupapes.

Il y aura blindage lors du forage si le sol a tendance s'bouler et si l'appareil de forage utilis

ne retient pas le sol lors du coulage du bton. Les blindages peuvent tre : de la boue

bentonitique ou un tube non obtur enfonc.

3. 2. Emploi de chemise

On utilise un tubage perdu appel chemise pour rduire le frottement ngatif, et liminer les

problmes d'eau ou de vides.

3. 3. Mise en uvre des pieux

Il existe de nombreux modes d'excution des pieux :

les pieux faonns l'avance

les pieux prfabriqus en bton arm : Les pieux en bton arm sont enfoncs dans

le sol par battage au moyen dun mouton diesel ou par vibrofonage.

Couche de sol mdiocre

Couche de sol d'ancrage


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4. choix du type de pieu

Ainsi le choix du type de pieu dpend:

De la nature des couches rencontres dans le terrain, De la prsence de la nappe phratique ou de cavits souterraines, Des charges reprendre, De lenvironnement du chantier, Du cot dexcution, Et du matriel et de la technicit de lentreprise

5. Principaux types de pieux

5.1. Classification suivant la transmission des charges au sol et le mode de travail du

pieu (Plumelle C. 2003)

On distinguera essentiellement :

Les pieux colonnes : ils sont fichs dans une couche rsistante et travaillant en pointe.

Les pieux flottants : ils sont placs dans les sols homognes et des caractristiques

mcaniques constantes. Ces pieux transmettent essentiellement leur charge par

frottement latral.

Les pieux flottants la base : sont des pieux travaillant la fois en pointe et au

frottement latral dans une ou plusieurs couches et caractristiques gotechniques

convenables.

Fig. II.2.Classification suivant la transmission des charges au sol et le mode de travail du

pieu

5.2. Classification avec ou sans refoulement du sol

On distingue deux grands groupes de pieux : les pieux mis en uvre avec refoulement du sol

et les pieux raliss par excavation du sol. Dans le premier groupe, on peut citer les pieux

battus et dans le second les pieux fors.


26

5.2. a. Pieux refoulant le sol la mise en place

Les principaux types de pieux actuels entrant dans ce groupe sont les suivants :

Fig. II.3. Les types des pieux suivant la mise en place dans le sol

a. 1. Pieux battus

Ce sont des pieux soit faonns lavance, soit tube battu excuts en place. Pour les

premiers il sagit essentiellement de pieux en mtal et de pieux prfabriqus en bton arm,

pour les seconds de pieux battus mouls.

a. 1.1. Les pieux battus en acier

Lacier peut avoir plusieurs formes. En effet, la place de troncs darbres, on commena par

battre des tubes puis ensuite des fers en I, en H ou mme des caissons constitus de plusieurs

palplanches.

Lintrt de lacier est que si le premier lment nest pas suffisamment long parce que le

refus nest pas atteint quand il est compltement enfonc, il est relativement facile den

raccorder un autre au prcdent.

Fig. II.4. Battage de profils Fig. II.5. Exemple de raccordement de fers

en battus


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a. 1. 2. Les pieux battus en bton (pieux Hercules)

Le premier avantage de ces pieux tait de pouvoir les couler sur place et dviter ainsi des

transports coteux et difficiles dlments longs sur les routes.

Leur inconvnient tait quil tait difficile de les rabouter en cas de besoin. Des solutions

furent trouves et brevetes selon la faon de raccorder les lments entre eux.

Fig. II.6. Pieux Hercules

a. 1. 3. Pieux battus en fonte ductile

Les pieux en fonte ductile constituent une nouvelle alternative technique et conomique aux

solutions conventionnelles de fondations profondes.

Supportant des charges de service jusqu 1400 KN, les pieux en fonte ductile sont appropris

presque tous les types de projet et de sol.

a. 1. 4. Pieux en bois

Les pieux en bois peuvent comporter ou non une tte en acier forg. La tte de ces pieux

battus tait en gnral assez abme par le battage et il fallait la recper avant de linclure dans

une longrine ou un radier. Dans le cas des pieux en bois battus sous leau, il est trs important

que la tte ne soit plus en contact avec lair sous peine de pourrir.

.

Fig. II.7. Exemple d'utilisation pour consolider le remblai d'une route


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a. 1. 5. Pieu en mtal battu

Ces pieux, entirement mtalliques, constitus dacier E 24-2 ou similaire avec addition

ventuelle de cuivre (0,2 0,5 %), sont fichs dans le sol par battage. Leurs sections sont

donnes dans la figure suivante (figure. II.8)

Fig. II.8.Profils mtalliques battus

5.2. b. Pieux ne refoulant pas le sol la mise en place

b. 1. Pieux fors simples :

1 Mise en fiche, rglage, prforage.

2 Mise en place de la virole.

3 Forage la tarire.

4 Ancrage au carottier selon terrains.

5 Mise en place darmatures partielles ou

totales. Btonnage au tube plongeur sans

prsence deau.

6 Contrle de larase bton.

Fig. II.9. Pieux fors simples

b. 2. Pieux fors tubs :

Fig. II.10. Pieux fors tubs


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Le matriel comporte un chevalement et un ensemble de treuils chute libre pour la mise en

uvre des outils de forage. Les diamtres varient de 40 cm 60 cm. Les outils de forage

peuvent tre la benne circulaire, la soupape dans les terrains mous et le trpan dans les terrains

durs.

Cette photo montre la mise en place du tubage grce au treuil.

Fig. II.11 .Pieu for tub (daprs doc. tudes et Travaux de Fondation)

5. b. 3. Pieux vibro-fors :

1 Mise en fiche, rglage, prforage.

2 - Vibrofonage du tubage de travail.

3 Forage et extraction des terres avec une

tarire.

4 Mise en place darmatures partielles ou

totales.

5 Btonnage au tube plongeur.

6 Extraction du tube de travail.

Fig. II.12.Pieux vibro-fors

5. b. 4. Pieux fors la tarire creuse

Cette mthode est trs conomique et trs utilise. L'excution est trs rapide. Mais il faut que

la nature du sol sy prte. En effet tout sol dur ne peut pas tre travers.

La longueur de la tarire doit tre gale la hauteur du pieu. La longueur darmatures est

limite car elle est mise en place aprs btonnage.


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1 Mise en fiche et rglage des

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