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FondationsFondations profondes
Lionel Fix
Cerema –Ile de France
ENPC 2019
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Plan de la présentation
• Contexte normatif
• Types de fondations profondes
• Comportement
• Justifications
• Exécution
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Plan de la présentation
• Contexte normatif
• Types de fondations profondes
• Comportement
• Justifications
• Exécution
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Contexte normatif
4
JustificationAvant
Niveau national : Fascicule 62-V (GC) ; DTU 13 2 (Bâtiment)
MaintenantNiveau européen : NF EN 1997-1 (2008)Niveau national : NF P 94-262 (2012) (GC + Bâtiment)
Exécution
AvantNiveau national : Fascicule 68 (GC) ; DTU 13 2 (Bâtiment)
MaintenantNiveau européen : NF EN 1536 (forés); NF EN 14199 (μpieux); …Niveau national : Révision du Fascicule 68 (GC + Bâtiment)
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Plan de la présentation
• Contexte normatif
• Types de fondations profondes
• Comportement
• Justifications
• Exécution
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Fondations profondes - Classes
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9 classes de pieux (Annexe A.1)
• Pieux forés (Classe 1) sans refoulement
• Pieux forés tarière creuse (Classe 2) sans refoulement
• Pieux vissés (Classe 3) avec refoulement
• Pieux battus fermés (Classe 4) avec refoulement
• Pieux battus acier ouvert (Classe 5) avec refoulement
• Profilés H battus (Classe 6) avec refoulement
• Palplanches battues (Classe 7) avec refoulement
• Micropieux (Classe 1bis et 8) sans refoulement
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Fondations profondes - Catégories
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20 catégories de pieux (Annexe A.1) – 1/2
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
20 catégories de pieux (Annexe A.1) – 2/2
Fondations profondes - Catégories
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés simple [Classe : 1 ; Cat : 1] - Outils
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Réalisation des pieux forés simple :
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés boue [Classe : 1 ; Cat : 2] - Réalisation
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés simple [Classe : 1 ; Cat : 1] - Outils
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Illustration d’une foreuse – foré simple
Bucket pour curage
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés simple [Classe : 1 ; Cat : 1] - Outils
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carottiertarière trépan
Outils de forage
adapter les outils au passage des différents horizons …
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés boue [Classe : 1 ; Cat : 2] - Outils
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boue de forage
Outils de forage
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés tubés [Classe : 1 ; Cat : 3/4] - Réalisation
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés tubés [Classe : 1 ; Cat : 3/4] - Outils
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tube
louvoyeur
Outils de tubage
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés [Classe : 1] - Synthèse
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Avantages• Adaptabilité aux conditions de terrain (sols durs / sols mous)• Diamètre de 20 cm à plus de 2 m : optimisation du béton• Possibilité d’atteindre de grandes profondeurs (>50 m)
Inconvénients• Matériel et personnel très spécialisé• Qualité et contrôle de la boue de forage• Evacuation et mise en décharge des déblais• Très sensible aux erreurs d’exécution• Cadences faibles
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Réalisation
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Outils
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tarière creuse
Outils de forage
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux forés tarière creuse [Classe : 2] - Synthèse
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Spécificité :• Puissance des tarières modernes 15 à 35 t.m• Technique très répandue
Avantages• Productivité• Absence de boue• Adaptée à une large gamme de terrains• Cadences plus élevées que foré simple
Inconvénients• Limité en terrains résistants• Installation de la cage d’armatures (longueur limitée)• Formule de béton spécifique et maîtrisée• Obligation d’enregistrer les paramètres de forage pour pieux OA
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux battus fermés [Classe : 4] - Réalisation
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Outils
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marteau
diesel
marteau
hydraulique
marteau
chute libre
Outils de battage
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Outils
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Outils de vibrofonçage
Vibreur
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux/H/palplanches battus [Classe : 4/5/6/7] - Synthèse
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Spécificité• Nécessité d’une énergie importante et contrôlée• Domaine privilégié : maritime et portuaire, soutènements,…
Avantages• Rapide à réaliser• Bonne pénétrabilité des pieux H
Inconvénients• Technique bruyante : gêne des riverains• Limité en terrains résistants• Mise en place difficile (défaut de verticalité)
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Plan de la présentation
• Contexte normatif
• Types de fondations profondes
• Comportement
Justifications•
• Exécution
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Comportement axial / transversal
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• Comportement axialRésistance axiale (Portance / Traction) - MEL
Pieu isolé (Article 8.5.1) / Groupe pieux (Annexe J)
Déplacement axial (Tassement) - MISS-Cr/MISS-NumPieu isolé (Annexe L) / Groupe pieux (Annexe J.4)
Effet parasite : frottement négatif - MELPieu isolé (Annexe H.2) / Groupe pieux (Annexe H.3)
Résistance du matériaux constitutif
• Comportement transversalDéplacement transversal - MISS-Cr
Pieu isolé (Article 8.6) / Groupe pieux (Article 8.7.3)
Effet parasite : poussée transversale du sol - MISS-CrPieu isolé (Article 8.8.5)
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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Résistance limite en compression (c) / traction (t)
Résistance de fluage (cr : creep)• Sans refoulement ( Tarière creuse)
• Avec refoulement (Vissés moulés par exemple)
Résistance limite de pointe (b : base)Résistance limite de frottement axial (s : shaft)
c b sR R R
t sR R
; 0,5 0,7c cr b sR R R ; 0,7t cr sR R
; 0,7 0,7c cr b sR R R ; 0,7t cr sR R
bR
sR
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Méthodes semi-empiriques de calcul de et basées surdes essais in situ :
• Essais de sol :Méthode pressiométrique (Annexe F) + utilisée en FranceMéthode pénétrométrique (Annexe G)
• Essais de pieux :Chargement statique en compression (Annexe S)
ou tractionImpacts dynamiques
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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bR sR
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Résistance limite de pointe :
surface de la base du pieu
pression de rupture du terrain à la base du pieu
Calcul de
méthode pressiométrique - la plus utilisée
facteur de portance pressiométrique (Annexe F.4.2)pression limite nette équivalente (Annexe F.4.2)
méthode pénétrométrique
facteur de portance pénétrométrique (Annexe G.4.2)résistance à la pénétration équivalente (Annexe G.4.2)
Axial - Résistance d’un pieu isolé
28
*
b p eq k pl
b c ceq k q
ck
ceq
bA
bq
b b bR A q
bq
pk*
epl
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de (Annexe F.4.2)
profil des pressions limites nettes mesuréesprofondeur du pieu
facteur géométrique
diamètre du pieuhauteur du pieu dans la formation porteuse
Axial - Résistance d’un pieu isolé
29
*
epl
3
* *1
3
D a
e
D b
pl pl z dzb a
D
*pl z
/ 2;0,5a Max B ;b Min a h
Bh
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Annexe F.4.2)
Axial - Résistance d’un pieu isolé
30
valeur maximale de (Tableau F.4.2.1)
hauteur d’encastrement effective (Annexe F.4.2)
diamètre du pieu
Def
/B
kp
1
kp,max
5
B
pk
pk
,maxpk
efD
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau F.4.2.1)
dépend de : - la classe du pieu (cf. Types)
- la classe de terrain (Tableau B.2.1)
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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,maxpk
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Axial - Résistance d’un pieu isolé
32
Classe de terrain (Tableau B.2.1)
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de (Annexe F.4.2)
longueur égale à 10B
Lorsque:
• Def/B>5 : kp=kpmax
• Def/B
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de :
Cas particulier (Figure A.10.1) :
pieux Hpieux métalliques battus ouvertspalplanches
Axial - Résistance d’un pieu isolé
34
2 / 4bA BbA
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de
méthode pressiométrique
paramètre adimensionnel (Tableau F.5.2.1)fonction du type de sol et de (Annexe F.5.2)valeur maximale de méthode pressio. (Tableau F.5.2.3)
méthode pénétrométrique
paramètre adimensionnel (Tableau G.5.2.1)fonction du type de sol et de (Annexe G.5.2)valeur maximale de méthode pénétro. (Tableau G.5.2.3)
Résistance de frottement axial :périmètre du fût du pieu
frottement axial unitaire limite à la cote z
Axial - Résistance d’un pieu isolé
35
,maxsq
solfpieu sol
,maxsq
0
D
s s sR P q z dz
* ,maxs pieu sol sol sq z f pl z q z
*pl
sq
,maxs pieu sol sol c sq z f q z q z
sq*pl
sP
sq z
sq z
pieu sol
solf
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau F.5.2.1) – 1/2
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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pieu sol
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau F.5.2.1) – 2/2
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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pieu sol
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Annexe F.5.2)
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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** * 1 c plsolf pl z a pl b e
solf
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau F.5.2.3) - 1/2
Axial - Résistance d’un pieu isolé
39
,maxsq
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau F.5.2.3) - 2/2
Axial - Résistance d’un pieu isolé
40
,maxsq
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de :
Cas particulier (Figure A.10.1) :
pieux Hpieux métalliques battus ouvertspalplanches
Axial - Résistance d’un pieu isolé
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sP sP B
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Axial - Résistance d’un groupe de pieux
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Critère : effet de groupe
entraxe des pieux
• Effet de groupe lié au rapprochement des pieux (Annexe J.2) :
oùnombre de lignes de pieux
nombre de rangées de pieux
d
3d B
d
(1 (2 (1/ 1/ ))) si 3e dC C m n d B
m
n
1 si 3eC d B
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Axial - Résistance d’un groupe de pieux
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• Effet de groupe lié au comportement du bloc (Annexe J.3)
Résistance limite bloc monolithique :
Résistance limite à la base du bloc (bloc = fondation sup. ou prof.)Résistance limite de frottement axial sol-sol
Résistance limite groupe de n pieux :
g b sR R R
bR
sR
; ;
1 1
n n
g b i e s i
i i
R R C R
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Définition : « un tassement relatif du sol par rapport à une sectiondonnée d’un pieu engendre sur le périmètre de celui-cides forces de frottement dirigées vers le bas appelées
frottements négatifs »
Expression (Annexe H.2)
frottement terrain / pieu (Tableau H.2.2.1)
contrainte verticale effective à la profondeur z au contact de la fondation profonde (Annexe H.2.3)
2 approches de calcul : avec/sans effet d’accrochage
Axial - Frottement négatif d’un pieu isolé
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1
'tan
j
j
h
sn v
h
G P K z z z dz
tanK z z
'v z
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Plan de la présentation
• Contexte normatif
• Types de fondations profondes
• Comportement
• Justifications
• Exécution
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Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Différentes justifications
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• Sous charge axialePortance - GEO (ELS/ELU)Résistance de traction - GEO/UPL (ELS/ELU)Résistance structurale - STR (ELS)Tassement en tête - GEO (ELS)
• Sous charge transversaleRésistance structurale - STR (ELS/ELU)Déplacement horizontal en tête - GEO (ELS/ELU)
• SiteStabilité générale - GEO (ELU)
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Vérification : ELU fond/acc(Article 9.2.1)
ELS car/qp(Article 14.2.1)
valeur de calcul de la charge ELU de compression axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELU en tête de pieu(donnée BE structure)
valeur de calcul de la résistance en compression axiale (portance)
valeur de calcul de la charge ELS de compression axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELS en tête de pieu(donnée BE structure)
valeur de calcul de la charge de fluage de compression
Justification axiale - Portance (GEO)
47; ;c cr dR
;c d d ELUF V
; ;d c cr dF R
d d ELSF V
;c dR
; ;c d c dF R
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de (Article 9.2.1)
(Article 14.2.1)
Valeur caractéristique de la résistance en compression axiale
facteur partiel pour la résistance totale en compression
ELU fond (Tableau C.2.3.1)ELU acc (Tableau C.2.3.2)
valeur caractéristique de la charge de fluage de compression
facteur partiel sur la charge de fluage de compression
ELS car (Tableau 14.2.1.1)
ELS qp (Tableau 14.2.1.2)
Justification axiale - Portance (GEO)
48
;c dR ; ; /c d c k tR R
; ;c cr dR ; ; ; ; /c cr d c cr k crR R
t
cr
1,1t 1,0t
0,9cr
1,1cr
;c kR
; ;c cr kR
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Vérification : ELU fond/acc(Article 10.2.1)
ELS car/qp(Article 14.2.1)
valeur de calcul de la charge ELU de traction axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELU en tête de pieu(donnée BE structure)
valeur de calcul de la résistance en traction axiale
valeur de calcul de la charge ELS de traction axiale= valeur de calcul de l’effort normal ELS en tête de pieu(donnée BE structure)
valeur de calcul de la charge de fluage de traction
Justification axiale - Résistance de traction (GEO/UPL)
49
; ;t d t dF R
d d ELSF V
; ;d t cr dF R
;t d d ELUF V
;t dR
; ;t cr dR
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Justification axiale - Résistance de traction (GEO/UPL)
50
Calcul de
valeur caractéristique de la résistance en traction axiale
facteur partiel pour la résistance de frottement axial en traction
ELU fond (Tableau C.2.3.1)ELU acc (Tableau C.2.3.2)
valeur caractéristique de la charge de fluage de traction
facteur partiel sur la charge de fluage de traction
ELS car (Tableau 14.2.1.1)
ELS qp (Tableau 14.2.1.2)
; ; ;/t d t k s tR R
; ; ; ; ;/t cr d t cr k s crR R
;s t
;s cr
; 1,15s t
; 1,05s t
; 1,1s cr
; 1,5s cr
;t dR
; ;t cr dR
;t kR
; ;t cr kR
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de et
• A partir d’essais de chargement / d’impacts (Article 9.2.2)
• Procédure du « pieu modèle » (Article 9.2.3)
• Procédure du « modèle de terrain » (Article 9.2.4) – La plus utilisée« modèle géotechnique d’une zone homogène du site »
coefficients partiels
Justification axiale - Portance (GEO)
51
; ; 1 ; 2/c k c R d R dR R ; : ; ; 1 ; 2/c cr k c cr R d R dR R
; 1 ; 2,R d R d
; ; ;,c k c cr kR R ; ; ;,t k t cr kR R
; ; 1 ; 2/t k t R d R dR R ; : ; ; 1 ; 2/t cr k t cr R d R dR R
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Procédures « modèle de terrain »Valeur de (Tableaux F.2.1 et G.2.1)
coefficient partiel de modèle lié à la dispersion des méthodes de calcul pressiométrique/pénétrométrique(base de 174 essais de chargement statique de pieux - IFSTTAR)
coefficient partiel lié à la dispersion spatiale des données de terrain
Justification axiale - Portance (GEO)
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Pressio Penetro
; 1R d
; 2R d
; 1 ; 2,R d R d
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux béton arméVérification : ELS car
(Article 6.4.1)
valeur de calcul de la contrainte moyenne de compressiondans la section de béton la plus comprimée du pieu
coefficient de prime aux contrôles d’intégrité (Tableau 6.4.1.2)
valeur caractéristique de la résistance à la compression dubéton (Article 6.4.1)
Justification axiale - Résistance structurale (STR)
53
3 1ou1,2k
3k
*
; 3 ;0,3cmoy d c kk f
;cmoy d
*
;c kf
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de
valeur de calcul de l’effort normal à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)
surface de la section du pieu
54
Justification axiale - Résistance structurale (STR)
d ELS kV
;cmoy d
A
;d
cmoy d
V
A
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de (Article 6.4.1)
résistance à la compression du béton (25-35 MPa)
valeur forfaitaire de la résistance à la compression du bétonà ne pas dépasser (Tableau 6.4.1.1)
coefficient dépendant du type de pieu (Tableau 6.4.1.1)
coefficient dépendant du type et de l’élancement du pieu(Article 6.4.1)
55
Justification axiale - Résistance structurale (STR)
;c kf
maxC
max ;*;
1 2
inf ; c kc k
C ff
k k
1k
2k
*
;c kf
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Valeur de (Tableau 6.4.1.1)
Valeur de (Article 6.4.1)
56
Justification axiale - Résistance structurale (STR)
2k
max 1,C k
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Pieux béton arméVérification : ELS car
(Article 6.4.1)
valeur de calcul de la contrainte maximale de compressionsur le bord de la section de béton la plus comprimée du pieu
coefficient de prime aux contrôles d’intégrité (Tableau 6.4.1.2) cf. Justification axiale
valeur caractéristique de la résistance à la compression dubéton (Article 6.4.1) cf. Justification axiale
résistance à la compression du béton
57
Justification transversale - Résistance structurale (STR)
57
*max; 3 ; ;0,6 ;0,6c d c k c kMin k f f
*
;c kf
3k
;c kf
max;c d
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de
valeur de calcul de l’effort normal à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)
valeur de calcul du moment à l’ELS caractéristique dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)
surface de la section du pieu
inertie de la section du pieu
diamètre du pieu
Justification transversale - Résistance structurale (STR)
58
d ELS kV
A
max;2
d dc d
V M B
A I
I
d ELS kM
B
max;c d
Contexte Types Comportement Justifications Exécution
Calcul de
valeur de calcul de l’effort normal à l’ELU fond/acc dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)
valeur de calcul du moment à l’ELU fond/acc dansla section la plus comprimée du pieu (logiciel de calcul)
surface de la section du pieu
inertie de la section du pieu
diamètre du pieu
Justification - Résistance structurale (STR)
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fond/accd ELUV
A
max;2
d dc d
V M B
A I
I
B
max;c d
fond/accd ELUM