Fond 72 fascicule 2 3 4.pdf

Rp/pl 5 à 6 7 à 9

limon sable

Rp 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 est en aénéral de l'ordre de 0,5 à 0,75, mais exceptionrdvn nellement, dans 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 deqré de serrage (donc de \f

-y

dépendent principalement du

) du sol :

Sable et graviers

Sable E ÏÏT

f •

E

"?'

12

35

10

40

moyennement serré

7 - 12

30

6 - 10

35

lâche

5 -

25

très serré

~

7

fonction de vf , avec dans les cas usuels

pf /^ fi—

.3. - Sols cohérents

Pp

pT

/

3

Cette r e l a t i o n semble bien v é r i f i é e , indépendamment de toute considération sur l ' é t a t de c o n s o l i d a t i o n .

59

E

varie en fonction de-la consolidation de l'arqile, suivant

le tableau ci-dessous (Ménard^

Argile

limon argileux

sous consolidé

6 -

normalement consolidé

8 - 12

8 - 10

12 - 15

10 - 14

16

14

léoèrement surconsolidé fortement surconsoiidé

8

5 -

8

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. Pp /arie généralement de 0,5 à 1,1, mais peut exceptionnellement. Rd dans l e cas de sol à c o n s i s t a n c e m o l l e , ê t r e de l ' o r d r e de 0 , 3 , ^—

Il

ne semble pas e x i s t e r de r e l a t i o n simple e n t r e pl e t c

s i l e s r é s u l t a t s expérimentaux ont permis d ' é t a b l i r l e s 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 l a d i s p e r s i o n des v a l e u r s e x p é r i m e n t a l e s de p a r t e t d ' a u t r e des v a l e u r s données par ces relations. pl - po <; 3 bars e n v i r o n . pl - po

> 3 bars e n v i r o n

: eu =

^ r'it^-

: eu =

pi

IF

no + 0,25

PD dépend surtout du type de pénêtromètre utilisé, puisque Cu suivant les dispositions de la pointe un peu de frottement latéral peut être mobilisé, avec une variation dans la fourchette 1 0 < : Rp •<: 20.

Rp Pénêtromètre à cône fixe Pénêtromètre électrique

10 10 - 12

Pénêtromètre G ou D17 Hollandais

14

Pénêtromètre à cône mobile

20

;

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Ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement

FOND. 72 CHAPITRE 3.6 Réalisation des essais de laboratoire sur échantillons intacts

LCPC

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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. - Technologie des appareilj et realualion pniiqur 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

2 3

12

LES ESSAIS DE COMPRESSIBILITE OL' ESSAIS ŒDOMETRIQUES

|5

.1. .2. .3. -

15 IS 17

3.6.3. -

.4. -

Principe de l'essai TechnologK de l'appareil - Réalisation pratique Interprétation dej resultxu a - courbe de consolidation b - courbe de compressibibté Pru des esxau cedométnque*

19

Page laissée blanche intentionnellement

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.

- 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 carottaae 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 la cohésion c et l'anqle de frottement interne déduire les sollicitations maximales auxquelles être soumis, sont des essais de résistance à la cipaux sont les suivants :

en général de déterminer "P des sols, en vue d'en ces derniers peuvent rupture. Les trois prin-

- 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 :

- 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
.2. - Technologie des appareils et réalisation pratique

fig : 1

Essai

de compression

simple

j

Rr

=

AP TTD2

- 5 fig : 2

Essai

de cisaillement

à

la

boite

bo ^p"

pif'ffs

CO'^''0''^tev

no'-r^oleï

1 33

po'*u*ev

E C h O n t , I I o 1-

t Do»'

ptoi-

courbe

i n i f i n i e q^o e

. >

*'«e

dp c ' W3 F liemenT

i!

r

d'o
"-nobile

tong*ntiell*i

SCHEMA

d«

lo

BOITE

d»

CISAILLEMENI

by

D E T E B M INATION

de

lo

COHESION

G H

de

L ANGL E - f

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 : 4 P

Rc

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

phase d'application des contraintes normales

phase de cisaillement

UU

rapide

rapide

eu

lent

rapide

CD

lent

lent

Pratiquement les phases non drainées ne sont possibles qu'avec des sols imperméables (argiles et certains limons).

- 7 -

f ig : 3 Essai

r^

tri axai

-tTj

p is'on pllu'e

IfioXiQ^le

\

^zî3n '^ ..:^ pif r fi O"!

30feu\e s

<5"s

r^afe

p'e^V(On

in f e r s t I f l e f

se

HEMA

Cf l l U l E

I R l A X I A LE

DROITE

INTglNS6QUE

-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 ).

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
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 ^ cisaillement.

impffsé pendant la phase de consolidation et la phase de

- (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)tgf', (figure 4 page 8 ) .

tangente au 3 cercles de Mohr limites.

10 fig : 5 Scissometrc

i

de

laboratoire

i

7 1

''

1

i

c

SCISSQMETRE —

C

•

l.C.P.C

•

o Rjjiorl

4r

Y

J

.- . 15

. ._

. . <*•

• V

1

08

- 06

04

1

02

,

20

<0

60

80

100

120

140

160

180

•

.

200

2 20

A ngl r

de

•

-

tortion

en

dCQrvt

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 e - Le pénétromètre de consistance

de 100 F.

(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.

14

fig : 7 Essai

de compressibilite

œdometre

pneumatique

à

l'œdometre

L.P.C

Application des charges Mesure

des déformations

Schéma

( Photo

du

L R.

d'Angers

moule

ocdometrique

15

3.6.3

- LES ESSAIS DE COMPRESSIBILITE OU ESSAIS ŒDOMETRIQUES Le but p r i n c i p a l de cet essai est de d é t e m i n e r au l a b o r a t o i r e les caractéristiques du sol nécessaires au calcul des tassements du sol en place sous le poids d'une charge ( f o n d a t i o n , remblai, e t c . . . ) . L'appar e i l u t i l i s é est l'oedomètre de Terzaghi. Cet appareil peut s e r v i r en outre à déterminer la perméabilité des sols en l ' u t i l i s a n t comme perméamètre à charae v a r i a b l e .

.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

16

Courbes

de

consolidaticxi

fig : 8 Construction

de Casagrandc

La courbe est tracée pour une valeur constante de la charge appliquée à 1'éprouvette.

A h = f (log

10000 log < ( t en mn )

Cv =0,197:

Consolidation sacondnire (CD )

I Ah ( mm) Nota ;

et

tgo

Uv = 50 ou 907o ( c

de Taylor

m mn )

w (Ah.)

Courbe experimentéile ( 1) Droite a e g . p a r t i e rectiligne de(1) On en déduit oa : A h o

\

Droite a b c telle que d b r 1.15 de

e>y\ b

L'adonnée

du point C représente AhgQ

Ah = f (vTj") ^ (û^so)

X \S \

f

Cv = 0,848

u-L-^Jl. tgo A

\9 û h ^' Pour la construction

des

Le

de tassement

calcul

du temps

courbes , on utilise t en mn et s'effectue

généralerrent

:

les temps canespondx'!

fig : 9 Construction

tjQ

Ah en mm ; Cy est donc obtenu en avec Cy en

cm^/s

mm'/

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'éprouvette 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

P

^ v

2

'

'v _h_ ~r ^-4

. T .h . t

.facteur temps hauteur de l'éprouvette (celle-ci étant drainée sur ses 2 faces) 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„ = V

~ ^ ' ^ ^50

(0,197 = Trn . voir tableau § 5.2.4. p. 60)' ^

5U «

•

Ah 3 f ( Vl) Cy =

HO r

M i 8 ^ '90

(0,848 = TgQ „ voir tableau § 5.2.4. p. 60)

b - Courbe de compressibilité : e = f(loq
- 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

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

1' pour 0~ < iO bd.Y •s

Saole

ne - 3 OCJ

A r a i 1 e rai a e Arai le -oll

a

15 -

15G

1 -

10

Ce

%01 -- CIG Cl? - n,25 C,RG -

Ces caracteristioucs nrs;:'o:s à la suite des esscis oedométriques 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 (so'^s orqaniques)

et plus

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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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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FASCICULE 4 - CONCEPTION ET CHODC DU TYPE DE FONDATION

CHAPITRE 4.1 -

4.1.1. -

4.1.2

4.1.3

-

-

LES DONNEES DU PROBLEME

CONTRAINTES LIEES AU SITE

\

A. .2. .3. .4.

I 2 3 3

-

Site aquatique Site urbain - Nuisances, Encombrement, Délais Sites hétérogènes Sites soumis à des actions particulières

LE SOL

3

.1. .2. .3. -

4 4 4

Stratigraphie et homogénéité Pendage Conclusion

L'OUVRAGE

CHAPITRE 4.2 -

5

NOMENCLATURE DES FONDATIONS

4.2.1

-

CLASSIFICATION DES FONDATIONS

7

4.2.2

-

FONDATIONS SUPERFICIELLES

7

.1. -

7 7 8

4.2.3

-

Cas général de la semelle a - • Introduction, Caractéristiques communes b - Interaction appui - fondation c - Dispositions construciives - Largeur de la semelle. Epaisseur de la semelle en fonction de sa larjeur, Dispositions géométriques en coupe d - Sujétions d'exécution e - Vérifications à faire .2, - Semelle sur massif de béton non armé 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 a - Domame d'emploi - Talus de déblai. Talus de remblai, Portance insuffisante b - Dispositions constructives c - Sujétions d'exécution d - Vérification à faire

21 21 24 24 25

FONDATIONS PROFONDES

26

,1, -

26 26 27 28 28 29

Conception générale d'une fondation profonde a - Eventail des possibilités b - Interaction appui - fondation - Longueur de la semelle. Niveau de la semelle c - Dispositions constructives C] - Morphologie du pieu isolé c; - Disposition en plan C3 - Disposition en coupe - Choix de l'entr'axe. Nombre de files de pieux. Inclinaison, Largeur de la semelle de liaison C4 - La conception est limitée par des contraintes extérieures : précautions particulières d - Dimensionnement 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 a - Classification des fondations profondes b - Domaine d'emploi c - Prix

9 12 IS 16

31 40 42

47

4.2.4

4.2.5

-

-

OUVRAGES A FONDATION INTEGREE

52

.1. .2. .3. .4.

52 52 52 54

-

Cadres (Dossier PICF 67) Portiques (Dossier PIPO 66) Extension des cas types Remarques concernant les cadres et les portiques a - Remblaiement b - Esol

CAS PARTICULIERS

57

.1. - Caissons

57 58 58 59 60 61 61

1

.3. .4. .5. .6. .7.

-

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. .2. .3. .4.

62 62 64 67

4.3.3

-

4.3.4. -

-

Définition Commentaires Qualités du sol à rechercher Critères de rejet de b fondation superficielle

CHOIX DE LA SOLUTION DEFINITIVE

73

.1. .2. -

73 74

Restrictions dues à l'exécution Critères

CONCEPTION DES FONDATIONS EN SITE AFFOUILLABLE

77

.1. .2. .3. .4.

77 81 84 84

-

Fondations superficielles sur massif de gros béton Fondations profondes Fondations massives sur caissons Cas particuliers a - Cas des culées b - Cas des ouvrages hydrauliques en cadre fermé

ANNEXE

FICHES

DE

PIEUX

1 à IX

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^: eléme son t le site et le sol (contraintes et servitudes) et l'ouvraae (trace et structure). Nous les examinons successivement ci-dessous.

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 'encuête 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'affouillement 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.

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.

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 - L E

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.

.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 polluti'^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).

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 hyperstatiques d'une part, entre les grands et les petits ouvraoes d'autre part. Il est clair Q U P 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.

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 ouvragestypes 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).

Page laissée blanche intentionnellement

CHAPITRE

4.2

NOMENCLATURE DES FONDATIONS

A. 2.1 - CLASSIFICATIONS D E S F O N D A T I O N S 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.

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 liaisonnenent qui peut, dans le cas des culées, jouer le rôle de oarde-qrève.

Superstructure

Appui

IN.

IN

v/
N Semelle

ri

de liaison F

Fondation

profonde

superficielle

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 dossierpilote ?? ). 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

- 10 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'excentrement. (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 ' é p a i s s e u r moyenne, qui sont armées h o r i z o n t a l e ment,(avec é v e n t u e l l e m e n t quelques é t r i e r ^ ) , e n g é n é r a l :

- l e s semelles minces, mais r i g i d e s , qui sont armées e t des é t r i e r s . Les c o n d i t i o n s 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 )

fig.

comportent

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.

11 fig: 2 Semelle épaisse

peu

armée

tg e- :$ ± 2 ht> B - b

fig : 3 Semelle arme'e

1

— 1 '

b c

«—« =—r

:

:

7^

:'-— 1

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ht d'T

1—a

1

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•• '

v

°k ,

B

Condition de rigidité (répartition linéaire des contraintes sur le sol ) Condition de débord

, ht

:^

C

<

B - b 2

hi

12

- Lorsque l'on veut mobiliser terrain (par exemple sur pente, ou pour zontaux dus aux tabliers), il peut être maître-couple horizontal de la semelle,

une butée latérale sur le résister à des efforts horinécessaire d'augmenter le 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 palplanches 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

_ 13

-

fig : U Fondations superficielles en site aquatique Dispositions

a)

Les palplanches sont batardeau

récupérées, la sennelle

y

Épaisseur de

du

constructives

est coffrée P. H.E

rideau

à l'intérieur

(voir note page 19)

Note : On peut parfois couler le béton au contact

palplanches

du batardeau , un léger

rebattage est

alors nécessaire

décoller les palplanches du TN.

Niveau hors

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

du

affouillements

pour

béton

14 -

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.

- 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.

16 -

Semelle sur massif de béton non armé

a - Domaine d'emploi Les massifs de béton non armé dont il s'agit dations explicitement prévues au projet et non pas des cours d'exécution comme les remplissages des purges ou propreté" dont l'épaisseur est augmentée pour chercher le bon terrain de fondation.

ici sont des fonpalliatifs en les "bétons de plus bas que prévu

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 batardement 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

- 17 fig: 5 Appuis sur

massifs

de

béton

Remblai argileux

250 Remblai

de

sables et qraviers argileux

^00

Sable

limoneux

6.00

Sables et

Echelle:

graviers

1/100

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- 18 - 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

_ 19 _

fig:6 Fondations superficielles en site aquatique Dispositions constructives

a)

Sol imperméable P. H.E

^

Alluvions

Sol

porteur

Rideau de palplanches

Note ; La cote d'arasé haute des tjatardeaux , ici indiquée schématiquement P. H.E , sera déterminée en fonction des régimes de la rivière et de l'époque d'exécution des fondations.

imperméable

b)

Sol

perméable P. H.E

Sol porteur perméable

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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- 20 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 batardeau en palplanches. Lorsqu'il y a impossibilité d'utiliser des palplanches (problèmes de battage, de profondeur à atteindre, de stabilité du batardeau, e t c . . ) 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 repiquaae de la partie supérieure du bouchon de béton immeraé).

- 21 -

.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
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).

- 22

Fig: 7 Fondations en

en

tête

avec

de

tête

tête

tabs

de

de talus

de

déblai

remblai

traitée

i^Mm^s^>^^,-^i^<^^-^j^^-^^^^?w<^^^^ mmwmFondation

à

un

niveau

intermédiaire

- 23 - 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 luimême. - 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'accommode (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 ) .

- 24 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 vient s'appuyer. C'est donc un problème et de bon compactage, avec déblai de la terrain naturel (terre végétale, couche voquer des tassements.

lequel la fondation superficielle de bonne exécution du terrassement' couche superficielle altérée du remaniée) qui risquerait de pro-

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.

25

d - Vérificationsà

faire

Outre la portance du remblai lui-même, qui sera généralement bien s u f f i s a n t e pour les f a i b l e s réactions des appuis extrêmes des ouvrages considérés, i l faut se préoccuper des soulèvements d'appui éventuels sous système de charges particulièrement défavorable. Le problème se pose pour le t a b l i e r seul au niveau de l ' a p p a r e i l d'appui (sauf cas exceptionnels c e l u 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 r ê t e du talus est aussi primordial et c'est l u i qui i n c i t e r a souvent à prévoir une protection renforcée par perreyage ou une s t a b i l i s a t i o n au ciment ou à la chaux, a f i n d ' é v i t e r une érosion régressive qui pourr a i t venir entamer le remblai sous l a semelle. Les tassements du remblai u l t é r i e u r s à la construction de l'ouvrage devront être évalués et on fera bien de f a i r e des nivellements soignés jusqu'à s t a b i l i s a t i o n 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 r e l a t i v e de la réaction d'appui et du poids du remblai.

Page laissée blanche intentionnellement

26

4.2.3 - F O N D A T I O N S

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 appréciation ils sont mis à une annexe existant sur

présentation des types de fondations profondes, avec de leurs avantages et inconvénients suivant les cas où en oeuvre est faite au deuxième paragraphe, avec renvoi comportant des précisions techniques sur différents modèles 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 .

- 27 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 (( (I ('

II apparaît que l'on a généralement intérêt à prévoir des semelles de liaison les plus hautes possible sous réserve des conditions énoncées ci-dessus. Concrètement, et dans les différents cas, nous discutons 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 ;

28 - 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.

- 29 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, cidessous. . 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.

-30 -

fig : 8 Dispositions en plan de fondations d'ouvrages

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- 31 Développons un peu ce dernier point : suivant q u ' i l s ' a g i r a d'une p i l e intermédiaire ou d'une culée, en fonction de la hauteur du remblai éventuel, des e f f o r t s parasites et de la nature de l ' a p p a r e i l d ' a p p u i , l ' e f f o r t prépondérant sera s o i t une action du t a b l i e r , s o i t la poussée horizontale du sol et du remblai. On s'attachera à diminuer l ' i n c i d e n c e de cette dernière en implantant les pieux en "chenaux" p a r a l l è l e s à la brèche et non pas en quinconce ou suivant l ' a x e b i a i s du franchissement, ( f i g . 8 ) . Les poussées l a t é r a l e s de sols sur les pieux ou puits (cas des pieux de culée traversant une couche de sol f l u a n t chargé par un remblai v o i r à ce sujet le § 5.3.2 p. 50 ) i n f l u e n t sur les dispositions en plan par l ' i n c i d e n c e 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 i n f é r i e u r e ou égale à 3 diamètres de pieux ou 4 épaisseurs de b a r r e t t e s , on comptera la poussée sur la surface, sans défalcation des vides. Lorsque cette distance sera supérieure à 3 diamètresou 4 épaisseurs, on comptera la poussée sur une surface double de c e l l e du maîtrecouple 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 tiendra 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 p a r a f o u i l l e 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 - Disposition en coupe : c.,, •- Choix de l ' e n t r ' a x e . Un espacement trop grand entre les pieux a une f o r t e 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 r a 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 é r i g e r trop hâtivement en règles absolues des dispositions 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

34 fig : 10

Différentes

possibilités

en coupe

en plan

o.^~)0 o o o. >o

o o o o o o 0 o o o o o

0

Q- — •

o o o 0

— •

à éviter le plus souvent

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r^

\^

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.

o o o o

- 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 plusvalue 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 ^ - si 0 < 0,80 m.

1,20 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 à 10 % (12°). et de 2 % par % d'inclinaison de 10 % à 30 % (18°). Soit 50 % de plus-value pour 18° d'inclinaison. 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

- 36 appareils ne présentent que t r o i s p o s s i b i l i t é s d ' i n c l i n a i s o n f i x e : v e r t i c a l , 6 ° , 12° ; D'autres appareils admettent une i n c l i n a i s o n 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 r e s i l importe de s'assurer que l ' e n t r e p r i s e a le matériel adapté aux i n c l i n a i s o n s à r é a l i s e r . En f a i t on essaye de n ' i n c l i n e r les puits (diamètre supérieur à 80 cm) que quand on ne peut pas reprendre les e f f o r t s horizontaux en f l e x i o n et souvent on aura avantage à passer aux b a r r e t t e s , à condition que les t e r r a i n s s'y prêtent. En ce qui concerne les pieux, jusqu'à 60 cm on les i n c l i n e couramment : pour les pieux battus, cela ne pose évidemment presque aucun problème supplémentaire ; pour les pieux f o r é s , la caqe d ' a r matures reste encore d'un poids raisonnable, t e l qu'on puisse la q l i s s e r dans l'excavation sans trop de d i f f i c u l t é s . Entre les diamètres 60 et 80 cm on i n c l i n e ou pas suivant les caractéristiques du p r o j e t , notamment l a valeur du rapport des e f f o r t s horizontaux aux e f f o r t s verticaux. On notera que l ' o n ne p r é v o i t , au moins au stade de l'Avant Projet D é t a i l l é , que des pieux verticaux pour les fondations de l a plupart des ouvrages d ' a r t courants : Ces ouvrages d ' a r t comportent en général des p i l e s - c u l é e s , donc sans mur de f r o n t , qui ne sont soumises qu'à de f a i b l e s e f f o r t s horizontaux dus aux remblais ; e t , d'autre p a r t , les e f f o r t s horizontaux appliqués à leurs p i l e s sont assez modérés pour être r e p r i s par la réaction horizontale du t e r r a i n sur les semelles. I l en sera de même pour les culées creuses, pour lesquelles des pieux ou puits verticaux s u f f i r o n 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 i n c l i n é s , ( f i g . U ) On v o i t sur les schémas que l'on a u r a i t en principe i n t é r ê t à i n c l i n e r la f i l e de l'avant pour recentrer la résultante ; mais on en sera quelquefois empêché en s i t e aquatique s ' i l faut prévoir un p a r a f o u i l l e . La tête des pieux i n c l i n é s se trouvera alors relativement en a r r i è r e dans la semelle et i l faudra dimensionner la f i l e v e r t i c a l e a r r i è r e aux charges vert i c a l e s 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 ' i n c l i n a i s o n de pieux de certains types présente des sujétions et inconvénients qui font que la décision d ' i n c l i n e r ne sera nullement automatique. Lorsque le niveau d'appui sera très profond, donc les e f f o r t s horizontaux et leur moment très importants, on trouvera souvent avantage à constituer des culées légères sur barrettes de parois moulées formant mur de f r o n t et contreforts transversaux. Une t e l l e d i s p o s i t i o n é v i t e d ' a v o i r à prévoir une semelle de r é p a r t i t i o n (sauf si e l l e est nécessaire, par exemple en s i t e aquatique pour constituer un quai bas ou un chemin de halage et de service) donc diminue fortement les charges v e r t i c a l e s . Une b a r r e t t e en c o n t r e f o r t r é s i s t e bien mieux à la r o t a t i o n dans son plan qu'une rangée de pieux p u i s q u ' e l l e a une surface l a t é r a l e importante. Une t e l l e s t r u c t u r e est plus "massive" qu'un simple appui sur pieux : e l l e ne nécessitera pas, en qénéral, de p a r a f o u i l l e ni de protection spéciale contre les chocs de bateaux.

- 37

f i g : 11 Culées

remblaye'es

En site terrestre

En site aquatique 2>

PIEUX on peut incliner certains pieux de la file avant.

on ne peut pas toujours incliner certains pieux de la file avant. La file arrière est surabondante. fig. 12

Reprise

des efforts

Elles permettent d'éviter le parafouille définitif en palplanches et résistent bien aux efforts de poussée dans leur plan.

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.

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 d o i t s a 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.

-39-

fig

Semelle

de

13

liaison

Lïsi^

Dans

l'exemple

propos
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

- 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.

fig : U Appui intermédiaire

Culée Bon

Cette disposition ( pieux inclinés vers

Remblai

l'arrière ), absurde mécaniquement,

effectué

Mauvais

à l'avance

Remblai

non

effectué

à l'avance

Éviter de prévoir une inclinaison

( A à 5 m )

ne devrait jamais être proposée

trop forte

pour les pieux si

par personne .

le remblai est de forte épaisseur pour éviter les flexions parasites Appui

de rive

T.N.

I

4^

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 trèrcomplexe ; 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 ellemême 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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- 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 Marseille : appui sur un seul puits de 1,80 de diamètre). La méthode de calcul repose sur les hypothèses suivantes : la semelle de l i a i s o n est infiniment r i n i d e les pieux se déforment élastiquement sous les charges axiales le sol est élastique sous s o l l i c i t a t i o n s horizontales les têtes de pieux sont, au choix, s o i t encastrées (cas général), soit articulées. d,2 - Types de s o l l i c i t a t i o n s

( ; '

On v o i t que l ' a l t e r n a t i v e est entre l ' i n c l i n a i s o n 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 ' e x é c u t i o n 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 a c t i f s importants, par exemple poussée des t e r r e s ) , pour t r a i n t e s maximales en f l e x i o n composée, pour s ' a f f r a n c h i r t o i r e à la butée du t e r r a i n , ou en raison des risques de la q u a l i t é plus incertaine de la résistance des pieux en compressionn on est conduit à i n c l i n e r certains pieux ou

efforts inclinés l i m i t e r les cond'un appel aléadéplacement et de f l e x i o n qu'en puits.

- Efforts verticaux 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 caractéristiques du sol et de la aéométrie de l ' a p p u i . Les deux premières solutions du paraaraphe ci-dessus conviennent (pieux chargés suivant leurs axes), la seconde, fondation hyperstatique, n'étant employée que si la première conduit en raison de l'importance des descentes de charqes à des pieux de trop nros diamètre u n i t a i r e ; Notamment i l est en général préférable de proportionner le diamètre des pieux à la t a i l l e de l'ouvrage. - E f f o r t s horizontaux f a i b l e s (2) : Les pieux de p e t i t diamètre (0 60 cm) devront être i n c l i n é s en tant que de besoin. Les fondation à base de t e l s 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 p u i t s , certains seront i n c l i n é s ou non en fonction de leur diamètre, et des déplacements r e l a t i f s admissibles entre t a b l i e r et appui. - E f f o r t s horizontaux f o 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 i n c l i n é s ; 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 t e r r a i n se prête à leur exécution. Notes : (1) : peuvent f a i r e exception certains pieux constitués d'un p r o 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 d o i t se f a i r e en considérant surtout l ' i n c l i n a i s o n maximale de la r é s u l t a n t e , mais a u s s i , 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 c e l l e s - c i sont très importantes.

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 longueur, tif Sol

] 1 { J

force portante d'un pieu.

nombre, ) inclinaison / " ^

Définition de la charge nominale (première approximation du nombre de pieux sous les efforts verticaux seuls^

, *" ^ '^ ^^1

c^ n /j• \ ^^^^^^^1 (dimensions)

Implantation du groupe géométrie en coupe.

Semelle^ ) ^°^^^ Type / -^ ^°'" an e _^ nombre^ —*• semelleo ^ \ du groupe 2 So de pieux Affouille- ) ments. / —*• nappe. ) Semelle^ ] ^ recé page f

recépage (cote de la semelle). nombre. simëTT^ '^

2

>• longueur^ "\ I '

Longueur^ \ ^ , V- -2 ( —lonqueur, inclinaison ) • •3

1 I J

Charge admissible. ^

Cote de la semelle. (nombre de pieux nécessaires P°'^^ tenir compte des efforts parasites ou horizontaux). Ajustement définitif. (longueur des pieux i ,? , > ^ 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.

- 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.

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 r è g l e G é n é r a l e , s ' i l e s t p o s s i b l e d ' a t t e i n d r e une couche p o r teuse à f a i b l e p r o f o n d e u r (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 p o i n t e ; les p e t i t s ' pieux o r é f a b r i q u é s b a t t u s avec un m a t é r i e l peu coûteux sont souvent avantageux ; à p r o f o n d e u r moyenne (10 - 15 m) on c o n s e i l l e d ' e n v i s a g e r s o i t des pieux exécutés en place de "diamètre moyen feu moins 1/20 de l a 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 l e c h e v ê t r e (mais i l f a u t a l o r s augmenter l e d i a m è t r e ) , s o i t des pieux p r é f a b r i q u é s b a t t u s ( d i a m è t r e e n v i r o n 1/30 à 1/35 de l a longueur)5 l o r s q u e l e nombre de pieux n é c e s s a i r e e s t de t o u t e s façons n o t a b l e ce qui peut a l o r s j u s t i f i e r un m a t é r i e l de b a t t a g e p u i s s a n t e t c o û t e u x ; à grande p r o f o n d e u r ( s u p é r i e u r e à 15 m), les pieux t r a v a i l l e r o n t en p o i n t e e t au f r o t t e m e n 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 e u r donner un diamètre p l u t ô t f a i b l e , mais on e s t 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 p a r a s i t e s i m p o r t a n 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 r è g l e de 1/2C de l a lonoueur s u b s i s t a n t en première approx i m a t i o n 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 s u r face l a t é r a l e i m p o r t a n t e (60 à 80 cm;;mais un minimum de diamètre e s t à conserver pour q u ' i l s ne s ' é c r a s e n t pas sous l ' e f f e t du f r o t t e m e n t n é g a t i f . Dans ce c a s , s ' i l s sont de grande longueur , l e u r charge nominale sera r e l a tivement élevée ; i l s c o n s t i t u e r o n t un groupe pas t r o p 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 i a m è t r e s ) qui p e r m e t t r a une m o b i l i s a t i o n o p t i m a l e du f r o t t e m e n t l a t é r a l . Si on v o u l a i t les f a i r e c o u r t s (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 i m p o r t a n t comportant une semelle imposante e t s u s c e p t i b l e de tassements ! i o t a b l e s . 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 o u j o u r s i n t é r ê t à r e c h e r c h e r une augmentation de f o r c e p o r t a n t e par un allongement p l u t ô t aue par une augmentation du d i a mètre.

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

Pieux exécutés en place Refoulement du terrain.

Refouleirent du terrain.

Tube récupérable

Tube perdu

Excavation du terrain, avec ou sans boue bentonitique. Sans tubage

Tubage récupéré ou Gaine définitive.

48 Parmi les pieux (et puits) exécutés en place, on distingue principalement : - les pieux forés - le forage s'effectue à l ' a i d e de t a r i è r e s 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 l a i r e et exceptionnellement à l ' a i r l i b r e par p u i s a t i e r s - les pieux battus moulés exécutés à l ' a i d e d'un tube de t r a v a 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 b a r r e t t e s 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 principales caractér i s t i q u e s des marques ou procédés d'exécution les plus couramment u t i l i s é e s en fondation profonde d'ouvrages d ' a r t . b - Domaine d'emploi Etant donné que l ' o n trouvera dans les fiches monographiques l ' e s s e n t i e l de ce qui distingue les d i f f é r e n t s types de pieux, puits et barrettes ( v o i r p r i x page 49) nous n'y revenons pas. Les sujétions ou caract é r i s t i q u e s à prendre en compte en plus- sont le b r u i t , l'encombrement, la rap i d i t é d'exécution, la plate-^orme de t r a v a i l . Mais, sauf les cas, rares, d ' i m p o s s i b i l i t é , ce sera le p r i x de 1'ensemble de la fondation, y compris la semelle de l i a i s o n , qui permettra de c h o i s i r en dernier recours. Les pieux en acier sont chers, mais f a c i l e s de mise en oeuvre et suppriment la plupart des aléas et des sujétions ( b r u i t , v i b r a t i o n 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 mobilisent peu de frottement l a t é r a l u n i t a i r e , mais sur une assez f o r t e surface développée ( p r o f i l é s H par exemple). I l s sont favorables, surtout enduits de bitume, lorsque se posent des problèmes de frottement n é g a t i f s . Les pieux forés moulés sont sauvent douteux en p o i n t e , mais les méthodes variées de forage et de trépannage permettent de passer presque part o u t . (Néanmoins on n'oubliera pas que le trépannage est toujours un supplément de coût, apparaissant mal, ou sous-estimé, dans les o f f r e s ) . I l s sont plus chers au mètre cube de béton en place que les pieux battus préfabriqués (compte tenu de la différence de taux de t r a v a i l admissible), surtout s ' i l s sont chemisés. Leur exécution devra être particulièrement soignée et f a i r e souvent l ' o b j e t de contrôles a p o s t e r i o r i ( a u s c u l t a t i o n , c a r o t t a g e s . . . ) . Les pieux battus préfabriqués sont à recommander si les e f f o r t s parasites ne sont pas trop importants :'t si les charges appliquées sont également f a i b l e s , (à cause de leur élancement), lorsque l ' o h a des doutes sur les p o s s i b i l i t é s d'un bétonnaqe correct en place, ( a g r e s s i v i t é ou mouvement des eaux, perméabilité des s o l s , existence de cavités) mais nécessitent une bonne connaissance du t e r r a i n , car l ' a d a p t a t i o a de la longueur est

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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 bétonnage 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 ' i n d i c a t i o n s plus précises, et au stade de l'Avant Projet D é t a i l l é , on pourra t a b l e r sur les p r i x suivants (Hors taxes, et correspondant à un indice de référence par rapport au niveau des p r i x de béton armé du document-type EST 67, de I / I = 1,30). Pieux battus préfabriqués : 650 F/m3

40 x 40 de très f a i b l e 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.

I

50 Problème

Schéma

A éviter

A

A préconiser

Observation

1

Conditions de travail

• Frottement négatif

surtout cas des culées ou des piles culées.

Pieux ou puits à paroi ruqueuse

Pieux et puits à paroi lisse. Chemise enduite de bitume. Pieux à bulbe.

Effectuer les remblais d'accès à l'avance. 1 Etude spécifiqu 'W (tassement) Essai statique, jk

Poussées horizontales

cas des culées ou des pilesculées.

Pieux et puits non armés ou peu armés ou plus qéné^ralement, fraoiles à la flexion, lîntr'axe inférieur à 3 diamètres.

Pieux métal ligues Pieux préfabriqués en béton armé. Puits forés armés Prévoir pieux et puits inclinés.

Surcharge ultérieure par des remblais.

Site urbain en particulier.

Construire saris se préoccuper des fondations existantes.

Mise en place progressive des remblais. Ecrans de palplanches ancrés.

Effectuer les remblais à l'a- ^ vance. • Etude spécifiqu •* Vérifier la s é d 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

Efforts horizontaux prépondérants (rare).

Cas de pylônes ou de portiques de signalisation

Pieux et puits non armés lîntr'axe inférieur à 3 diamètres.

Pieux métalliques Pieux inclinés Pieux pouvant travailler à la traction.

Etude particulière.

Grand qlissement

Proximité d'un trou profond.

Annraver le risque de Glissement (surcharge, raidissement du profil). Compter sur un appui sur le terrain dans le sens défavorable.

Reculer 1 'appui Culée creuse ou travée d'accès Pieux fortement inclinés ou de gros diamètre, parois moulées.

Ne pas compter • sur la résistancP au cisaillement de pieux ou de • palplanches. || Contrôler la va leur et la d i s s i ^ pation des pres-M sions intersti- " tielles. Suivre le tasse-jÉ

m

1

ment. B

|

M

1

Cond itions de bonne exé cution

Terrains boulants

Cas des sols pulvérulents saturés.

Pieux ou puits forés sans tubage.

Pieux préfabriqués battus ou mixtes, si le sol est lâche Pieux forés tubes

Eviter même d a n s j certains cas Tes pieux forés à la|^ bentonite. •

Hétérogénéité de la couche porteuse

Cas de certains calcaires; c'est surtout la variation de la cote du bedrock.

Pieux préfabriqués battus (si 1 ' hétérogénéi té est très importante) .

pact.

Hétérogénéité à

Pieux ou puits exécutés en place ou mixtes.

à l'aide des p é n B tromètres dynamique et statique.•

m

I ^ j • Problème

- 51 Schéma

A éviter

A préconiser

Observation

.m

Cas de couches intermédiaires de grande compacité (sable) ou présence de blocs.

Pieux préfabriqués battus Plan de pilotage mal adapté (pieux trop serrés).

Pieux exécutés en place battus sans refoulement du sol (tube. H) Pieux et puits forés.

Se décèle à partir des essais in situ; peut se produire dans le cas de pieux trop rapprochés.

; ftuche porteu: m avec un ' pendage.

Cas de bedrock rocheux ••rréoul ier

Pieux préfabriqués battus.

Pieux ou puits exécutés en place avec trépannage.

Contrôle de la base des pieux. vérifier si 1'encastrement est correct.

Cas des sols cohérents sensibles.

Pieux ou puits forés non chemisés. Entr'axe trop faible. Petit diamètre.

Puits forés chemisés . Pieux préfabriqués battus (béton armé ou métal) : Entr'axe supérieur à 30.

Risque d'interaction entre pieux Contrôle de chantier.

Pieux ou puits forés non chemisés Entr'axe trop faible.

chemises métalliques Prévoir des injections Contrôle des courbes de bétonnage. Surdimensionner semelles pour permettre une adaptation des efforts

Doit se déceler au cours de 1'étude géotechnique Sismique - réfraction. C'est un problème spécifique suivant 1'étendue du phénomène.

•isque de M u x refus ^r •1

1

1 : juches inter; Bdiai res très : iimpressibles.

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" 1 cai re Karstique • pse

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Act ion permanente de —

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• rculation P e a u importante .

1 • foui 1 lements

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1 V

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Cas des ouvrages franchissant des cours d'eau.

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-

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'eau

- •

Ciment Portland ou pieux métalliques, non protégés.

Ciments spéciaux Ciment à 1 a mer Ciment CLK Etude spéciale

Pieux ou puits forés à 1'eau exécutés en place sans gaine Epui sements.

Pieux préfabriqués battus ou forés et chemisés.

Mesurer les circulations d'eau avec un micromoulinet pour savoir s'il faut gainer ou pas.

Pieux ou puits non chemisés Pieux de faible diamètre Pieux peu armés.

Puits fortement armés. Chemisage épais et protection par rideau de palplanches.

Etude spécifique (fixation de la profondeur maximaie d'affoui 11ement).

(cas des pollutions industrielles).

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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).

53 Fig . 15

Principe du

PI.C.F

Principe du

77/////////////////7.^

PI PO

sur

dessin

de

pieux principe

isostat

'/////rr//T77/77777.

^

P.I.PO.

Dessin

M

\ziâM

de principe

- 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 visà-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 à prendre en compte dans "les bordereaux électroniques PI-CF et PI-PO, ainsi que palées des passages supérieurs courants

déformation différé du sol (ESOL) de données des programmes de calcul PP (qui dimensionne les piles et autoroutiers).

Ces proarammes de calcul font intervenir le module d'élasticité différé ESOL qui est issu de la formule simplifiée :

ESOL où W P R

est le tassement 1 a pression appliquée 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 :

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 c o e f f i c i e n t s de forme A et A - s o i t : j . l 4 i - x R o x (

X ^ x ^ j f . ^

X X3XR

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 ^ "4 Ro

u

Ep

,2R + 0,30,^ ^ W^—^ '

. ,,

,2R + 0,30,^

... r Ep considère que Ec = -^

on a :

T-, -

avec Ep Ro a

module pressiométrique moyen de la couche porteuse rayon de référence égal à 0,16 m coefficient de structure sable et graviers

a =

limons, a r g i l e s sabl euses et sables argileux

ûc =

argiles normalement consolidées

a=

terrains surconsolidés

1

3" 1 7

2 3. « = 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.

Il n'est pas recommandé d'évaluer ESOL à partir de l'essai oedométrique. 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.

- 56 Calcul à

du

partir

module de réaction du

module

(d'après

Terzaghi

du sol

pressiometnque et

K Er

Peck)

2R +0,3 4R

4oi R,

3,Bn

3,00

\

2 50

\ \ \ \

\

7,00

\ \

\

\

1,50

\ \ \

'<-'^2

\

100

\ \

y

- < - 0,5

-<^s

0.50

, -< = 1

•

0^0 R

1.00

2j)0

1.50

1 largeur rayon ou —-

de

la semelle

Ro= 0,16 m -< = coefficient Ep = module

de structure pressiométrique

K = module de réaction du sol

2.40

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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 massifs creux en béton armé ou m é t a l l i q u e s comportant une ou p l u s i e u r s a l v é o l e s i n t é r i e u r e s , e t d e s t i n é s à c o n s t i t u e r une f o n d a t i o n sous 1'eau.

On peut les m e t t r e 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 p o r t i q u e s (ce d e r n i e r cas é t a n t bien e n tendu r a r e et l i é à des caissons de t r è s p e t i t e s d i m e n s i o n s ) . I l s peuvent ê t r e s o i t échoués d i r e c t e m e n t 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 u s q u ' a u niveau d'appui c h o i s i . I l r e s t e q u ' u n de l e u r s avantages par r a p p o r t aux s o l u t i o n s c o n c u r r e n t e s e s t 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 ' e a u .

On se r e p o r t e r a au c n a p i t r e XX\/I'T du tome 3 des Procédés Généraux de C o n s t r u c t i o n ( ? . GALABRU) pour les di spos""i t i o n s techniques et les p o s s i b i l i t é s du havaqe, e t au c h a p i t r e XXXI pour t o u t ce qui concerne l ' a i r c o m p r 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 l e calage en plan que l ' i n c e r t i tude sur l a cote exacte à l a q u e l l e l e 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 r e n c o n t r e i n o p i n é e de p o i n t s durs en cours de havage, s u r t o u t à V grande p r o f o n d e u r ) e t les r i s q u e s de déversement à l a descente ; pour l e s caissons à l a i r comprime, les cadences de terrassement e t l e passage à l ' a i r comprimé lui-même, que t o u t l e monde espère bien é v i t e r , mais qui se r é v è l e souvent i n é l u c t a o l e .

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.

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) D U 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, e t c . . ) même définitives. .3. - Injection des sols

Une monoaraphie détaillée devant être insérée dans le futur niveau 3 du HUide de Chantier (OGOA 7 0 ) , 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.

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'hydrogéoloqique (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 :

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.

- 61 -

6. - VibroflOttation

'o'jr memoi re.

7. - Pilonnage intensif

^our memoire.

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62

CHAPITRE

4.3

NIVEAU D APPUI ET TYPE DE FONDATION

l,.2A

- PROCESSUS

D U 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 visà-vis d'une solution sur pieux.

A.3.2 - N I V E A U

D'APPUI

.1. - Définition

(, (; (; (' NOTE

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. (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.

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.

- 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.

65 Pieu ancre dans une couche la cote 10. (arbitrairement )

eu a n c r e dans une couche à la cote 10 avec couche de qualité moyenne entre 5 et 13

30

'

.-

20

Pieu flottant Sol homogène ou pseudo-homogène

Massif, Caisson

Semelle superficielle

10

B = 1,5 à 2m

étroite >

B=3àAm

semelles

nnoyennement large

1.5 H

1

(

1

1

1

1

1

H

1-

1

1

10

1

1 1 15

h

H

1—h

20

D (mètres)

Force portante

fig : 16

D

est

sous le

Les

la

profondeur

sol

courbes

pouvoir

admissible

m i n i m u m à rechercher à chaque

profondeur , en fonction du type de fondation

du

niveau

d'appui

( côté

de

la

pointe

des

pieux

ou

de la

base

des semelles )

fini

représentent

se fonder

sur

la

semelle

valeur

minimale

( de largeur

de la force

portante

donnée ) ou sur pieux

à rechercher

à

la profondeur

( travaillant

à

50 bzirs )

D

pour

- 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.

Pression admissible minimale

Type de fondation compatible

0 < D < 3 m

En surface

2 bars

"superficielle"

5 < D < 10 m

Profondeur moyenne

5 bars 25 bars

"intermédiaire" "profonde"

15 bars D > 15 m

Grande profondeur

"profonde flottante" "profonde ancrée"

30 bars

PAS DE COUCHE TROP COMPRESSIBLE SOUS-JACENTE PROCHE

- 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 s i i i l

RôppeiCiis néan:. "'ns q,e ';a concurrence fondation profond" - fondation superf'c'el'e souffre de l'Hee que l'une est le fait des spécia"" istes et l'autre, àppâre:?,rrent toute simple, est l'affaire des entrepreneurs généraux de génie c n i l . Il n'en est évidemment pas ainsi, mais cette idée erronée aboutit n de.x excès ; soit rejet sans raison de la fondation superficielle, juaéetrop peu technique, soit, 'orsqu'on en construit, indigence de la reconnaissance 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,... . ).

Si le bon terrain est: En surface

A profondeur moyenne

Conditions du site et de 1'ouvrane

Fondations conseillées

Observations

Pas de risque d'affouillements

SE^'ELLE

Risque d ' affoui 1lement

SEMELLE sur massif de Niveau d'appui sous la gros béton, avec éven- cote des affoui1lements tuellement parafouil- maximaux : le . Protéger par un rideau parafouille autostable descendu au-dessous de la cote des affoui1lements maximaux . Descendre plus bas.

Pas de risque d'affoui11ements

SEMELLE descendue au bon terrain si pas de venues d'eau excessives. •

SEMELLE en surface sur massif de gros béton non armé coffré

Niveau d'appui au-dessus de la nappe, si possible

en 00

Indifféremment, selon le prix de revient.

PIEUX courts. Risque d'affoui11ements

SEMELLE dans BATAPDEAU 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.

Suivant la cote et la virulence des affoui11ements.

".'• le bc" cerra'n est:

" nrande profondejr

Conditions du site et de 1'ouvrane Efforts horizontaux notables.

Fondations conseillées

Observations

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 batardeau de palplanches ou parois moulées

Grands ouvranes seulement.

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. Efforts horizontaux faibles.

PIEUX OU PUITS verticaux Pas de terre à retenir: piles-colonnes (petits ouvranes seulement)

Inexistant

Pieux flottants Sen-!elles de surface très larnes après charaement artificiel, avec ou sans drainaae.

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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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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 graphique 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.

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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 eux po^r des longueurs différentes), puisque le frottement latéral n'est pas sujet à saturation avec la profondeur.

Critères

Comnortemont "iécanicj.,9

'oinçor.pement

Méthode utilisée

à partir des caractéristiques mesurées en laboratoire (drainées ou non drainées) et in situ (scissomètre). à partir de la pression limite pressiométrique.

Observations

Les mauvais prélèvements conduisent en général à être exagérément pessimiste sur la résistance du terrain. Une mise en oeuvre peu soignée sous-évalue en qénéral 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 excessi ''s.

calculés à partir des caractcr-i stiques oedométriq.: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.

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70

X c~> t—I

-H

m Difficultés d'exécution.

Divers

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.

Influence sjr fondations existantes. '*^^ou'"'le"'ents Terrassements ultérieurs Fondations pas assez iT^assiveS(chocs de bateaux, résistance aux efforts horizontaux dûs

On n'oubliera pas que si on rejette la fondation superficielle, les pieux poseront peut-être aussi des problèmes d'exécution.

70 fn 00

t.

Existence de fondations S'jr pie^x au voisi naqe.

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

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.

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 indiq'.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.

A l'exécution, le sol du fond de fouille paraît être de mauva^'se qualité.

Dans ce cas

Nota

iJtilisation de méthodes inprècises pai" exemple : mauvais prélèvements, mauvaise mise

- Faire un examen d'homoq énéité de la surface du fond de fouille, chercher à identifier le terrain quaiitativement par rapport aux coupes établies lors des sondages (voir nota). E ventuellement, en particulier si 1 'on pense se trouve r dans étage supérieur à celui prévu, reconnaître un p eu plus bas (barre à mine, fouille locale). - Ne pas retarder le coul age du béton de propreté (dégradation des sols e xposés aux intempéries, e t c . . ) - Avertir le responsable de l'étude de sol afin de lui demander des explicatio ns et envisager des essais in situ complémentai res. attention aux appréciations subj ectives basées sur la couleur, la finesse du matériau, e t c . . q ui , en général, n'ont que peu de rapport avec les qua"iités méc aniques.

cf. tableau précédent.

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- 73 -

4.3.3 - CHOIX

D E L A 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 et sur les délais.

sur la qualité de l'exécution

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 hydraulique 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 luimême, 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, e t c . . ) 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

75

facteurs : d'une part le comportement p r é v i s i b l e de la fondation et d'autre p a r t i e s d i f f i c u l t é s envisageables à l'exécution qui entraîneront un s u r c r o î t de doutes sur la q u a l i t é de la r é a l i s a t i o n (et sa pérennité, entre a u t r e s ) . 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 soluble 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

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 r c u l a t i o n s p r o v i s o i r e s , coût pour l ' u s a g e r , . . . ) on devra se préoccuper dès le début de l ' i n c i d e n c e d'un retard éventuel e t , quelquefois, c h o i s i r en conséquence le type de fondation ou l e mode d'exécution. Le coût pourra être repéré objectivement grâce à des estimations comparatives avec usage de p r i x composés. L'incidence d'un retard pourra dans certains cas être t i r é e de l'étude de r e n t a b i l i t é de l ' o p é r a t i o n e n t i è r e , En revanche la sécurité inhérente à chaque s o l u t i o n et les aléas possibles à l'exécution ne pourront en général être c h i f f r é s et devront f a i r e l ' o b j e t d'un jugement s u b j e c t i f .

Page laissée blanche intentionnellement

- 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.

78

fig:18

fig: 17

fond du lit après affouillement

général •.-?•: ; o •A:''*i

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Affouillement

local

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à

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local

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présence

de la

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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 étanches 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 e t c . . ) . ' 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.

on

fig : 19 Batardeau sur fond

rocheux ( Pont de Bénodet )

Demi-gabarit pour mise en place des tubes-guides

Immersion du demi-gabarit et des tubes-guides

Base du tube-guide scellé au départ du béton

Mise en place d'une

Ossature du batardeau terminé

Mise en place des

( Photos du service

des publications du L.C.P.C

demi-ceinture

palplanches

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 autostable, 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, batardeaux profonds et très étayés...), et des difficultés d'exécution notables.

82

fig: 20

Affouillements

autour

d'une

pile sur pieux

cotê~gu~lônd du lit avant attouillement

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 affouillements, 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'affoui1lement) 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 - P i e u x _ f l o t t a n t § . 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.

- 85 -

fig^21 Parafouille

devant une

culée

wrn^m^

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Dessin

de

V

principe

La culée n'est pas a l'échelle

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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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 e x h a u s t i f s , ce qui a u r a 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 évoluti fs. La présentation, volontairement ramassée, permet de préciser l e s . principaux avantanes et inconvénients qénéraux de chaque type. Evidemment le Maître d'Oeuvre devra f a i r e 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.

II

PIEUX PREFABRIQUES EN BETON ARME MIS EN ŒUVRE PAR REFOULEMENT DU TERRAIN

Avantages

Caractéri stiques Section

carrée ou circulaire 'le plus souvent), hexaaonale ou octoaonale (rarement;. - Longueur 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 60 80 oars ciment : - on doit tenir compte de 1' aaressi vi té des eaux. - le surdosage entraîne une fraai1i té plus grande au battane. - l'emploi de ciments de nature aiTférents 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.dinales doivent autant que possible être d'une seule lonaueur.

courbe de battage béton et armatures soignés et contrôlaolss oas de risques de délavaqe par l'écoulemen de 1 a nappe. réal isation de pieux inclinés jusq'j'à 25 (éventuellement 30") poss ioilité de mise en oeuvre partielle par 1 an;age. dime nsion des pieux assez petits pour avoi des semelles économiques, taux de travail supérieur à celui des pieu coul es en place, poss 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

I I I I I I I I I

F

I

III

PIEUX , PUITS FORES EXECUTES EN PLACE

Caractéri stiques

Section circulaire : possibilité d'atteinare 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).

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I

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.

I I

Avantages - 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 trépannaae. - 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 . I n c o n v é n i e n t s ou

difficultés

Problèmes et a léas de oétonnage convenance de la plasticTté du béton prêt à 1'emploi après transpor t, délavage, ocl^^tion, discontinuités de oétonnaqe...). Aléas croissan ts à mesure que le diamètre est plus qrand ( d i f f i c u l t é ce curage en pied, durée du Détonnaqe, lourdeur des cages d'arma tu res. . . ). Difficulté d'à rmer fortement, Risque de mauv ai s enrobage des armatures Danqer de mauv aise qualité de la boue d'où éton et éooulements. pol I ut ion du b Béton peu comp act (et taux de travail limite) si coulage sous 1'eau. Chemisaqe néce ssaire si cavités importantes. Saleté du chan tier (bentoni te).

IV CAS PARTICULIER DES BARRETTES ET PAROIS

Outillage de

Outillage

MOULEES

de bétonnage

perforation

( d'après un document

Caractéristiques Combinaison de sections circulaires ou oblongues, épaisseur : 0 ,60 à 1,20 m (1,50 exceptionnellement ) longueur ; passes dt i,8C à 2,20. Profondeur : jusqu'à 40 - 50 m Forage sous Doue avec ta rière, hammergrab, trépan... Mise en place préalable de murettes-guiaes qui assurent le guidage et une surcharge de boue (au moins 1 m au-de ssus de la nappe). contrainte moyenne admis sible du béton : 5C oars en nénéral. contrainte maximale admi ssible du béton : 8G bars environ caqes d'armatures ou pas (formes autostablés) mais fers en atten te en partie supérieure. Darrettes ; environ 40 k g/m3 à 50 kq/m3 (zone fléchie) parois moulées servant d e soutènement : environ 50 kg/m2 de paro i, soit 80 kG/m3 de béton.

Soléta iche

Avantages 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 nage - Aléas croissants à mesure q ue la longue des plots est plus grande ( durée du bét nage, lourdeur de la cage d 'armature, I viations à la verticalité.. •) - Problème des joints entre p lots - Risque de mauvais enrobage des armature - Danger de mauvaise qualité de la boue - Frottement latéral assez fa i b 1 e ( ma i s en général compensé par la gra nde surface) - ^ertes de boue et éboulemen t si cavités importantes. - Exécution le plus souvent i mpossible da les remblais frais ou les s ois grenus propres. - Saleté du chantier (station de boue).

I

PIEUX EXECUTES EN PLACE MIS EN ŒUVRE PAR REFOULEMENT DU TERRAIN

Caractéri stiques

I :

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 auqmentée 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.

Avantanes courbe de battaqe ni entures adaptation de lonqueur facile ni pertes. bases élargies facilement réalisables par damaqe du béton à la remontée du tube mai s la forme en est incontrôlable. pas d'aire de préfabrication • frottement latéral élevé béton réalisé à sec, comoact. 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 aqressi 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.

VI PIEUX

METALLIQUES

Pieu façonné à l'avance ou pieu nnixte, palpieu

bcton

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WM.-.WfS^Km

Sable

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terrain comprime

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P^ Caractéristiques Sections : Circulaire (pieu tube) ou conique carrée (2 profilés IJ) polygonale quelconque (palplanches 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°.

tube ouvert

sabots

Avantaaes 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 rigidifier. Inconvénients risques de c o r r o s i o n , remèdes : protectio] cathodique, m é t a l ! i s a t i o n , p e i n t u r e , frottement l a t é r a l u n i t a i r e f a i b l e nécessité de curer pour les pieux ouverts si l ' o n veut bétonner à l ' i n t é r i e u r , avec sabot : v i b r a t i o n s ne pénètre pas dans le roche, f r a g i l i t é des soudures au battane.

I I I I I I I I I I I I

VII

PIEUX

{ Profilé métallique )

Caractéristiques Sections

I

;

I i: I I I 1

H

: - en H - en I si 1 ' on dési re une n' us nrande r é s i s t a n c e à la f l e x i o n dans un 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 ouvraoes voisins au cours du battaqe (non refoulement) courbe de battage (contrôle) manipulation et stokage faciles ,pieu peu fraaile) battaae par tous les temps limitation du frottement nénatif inclinaison importante nossible dans certaines limites de lonaueur. Inconvénients frottement latéral unitaire moins élevé surface de base très taible (risque de poinçonnement) risque de corrosion remèdes : protection cathodique, métallisation, peintures, aciers spéciaux (CORTEM) . fragilité des soudures. dans les vases, risque de flambement non nénlioeable si l'élancement est nrand.

vm PIEUX

FRANKI

Phases d'exécution d'un pieu Franki

Caractéristiques Diamètres usuels

Lonaueurs usuel les

Charges intrinsèques

40

15 m

50 à 60 tonnes

45 50

15 m

60 à 80 tonnes

20 à 25 ri

80 à 90 tonnes

55

20 à 25 m

90 à 100 tonnes

50

30 n (nax)

140 tonnes

Inclinaison : 25"" Plus value de 30 à 50 ' pour chemisaae. Les caqes d'armatures doivent être soudées pour é v i t e r leur déaradation au pilonnaoe.

( d'après un document FRANKI )

Avantaaes principaux Outre les avantaqes divers des pieux b a t t us 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. 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).

IX PIEUX

WEST

Pieu battu mixte

OUTRE LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS PES PIEUX EXECUTES EN PLACE MIS EN OEUVRE PAR REFOULEf-^ENT DU TERRAIN. Caractéristiques

Avantaaes

r- Poids des moutons Eattaae avec sabot en béton armé non débordant. Lonoueur maximale : 20 à 25 m è t r e s . - Inclinaison maximale : 20°. Di amètre extérieur

1

50 cm 58,5 cm 45 cm 3S cm

Diamètre de 1 ' âme 45 38 31 28

cm cm cm cm

Lonnueur de 1'élément de naine 1 1 1 1

m m m m

Charae maximum

110àl50t BOàllOt 60à 80t 40à 50t

1

Les aaines sont en béton armé ou en c a r i crête (béton e t f i b r e s de p o l y n r o D y l è n e ) . L ' é t a n c h é i t é des j o i n t s e n t r e deux naines est obtenue par i n t e r p o s i t i o n de masticon La f o r c e p o r t a n t e e s t c a l c u l é e a p a r t i r de la formule de H i l e v c f . DTU n= 13,2 a r t i c ' l e 3.134.

Courbe de b a t t a a e c o n t i n u e Ni e n t u r e ni recêpaqe C o n t r ô l e v i s u e l de l ' i n t é r i e u r

du p i e u

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 p é n é t r a t i o n l i m i t é e Résistance à l a f l e x i o n r e l a t i v e m e n t f a i t Raines pas forcément étanches aux j o i n t s On r i s q u e d'abîmer les gaines pour oasseï une couche p l u s dure qui n ' e s t pas l a couche de f o n d a t i o n .

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I I

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