LES FONDATIONS

LES FONDATIONS
1. FONCTION DE LA FONDATION..................................................................................................................2
2. LA THEORIE GENERALE DE FONCTIONNEMENT DES FONDATIONS..........................................3
2.1 APPROCHE ­ LA THEORIE DU COIN DE TERRE : ....................................................................................3
2.2 LA LIMITE ENTRE SUPERFICIELLES ET PROFONDES :.........................................................................5
2.3 LA DIFFUSION DES CONTRAINTES DANS LE SOL : LA NOTION DE BULBE....................................5
3. LES FONDATIONS SUPERFICIELLES (RAPPEL)....................................................................................6
3.1 LES DEUX TYPES PRINCIPAUX...................................................................................................................6
3.2 LES FONDATIONS ISOLEES..........................................................................................................................6
3.3 LES FONDATIONS FILANTES.......................................................................................................................7
3.4 PROFONDEUR MINIMALE DES FONDATIONS : ......................................................................................7
3.5 FONDATION A DES NIVEAUX DIFFERENTS : .........................................................................................8
3.5 CONDITIONS DE MISE EN OEUVRE DES FONDATIONS SUPERFICIELLES : ....................................8
3.7 DRAINAGE ASSOCIE AUX FONDATIONS : ..............................................................................................8
3.6 JOINT DE DILATATION ­ JOINT DE RUPTURE : ......................................................................................8
3.7 UN CAS PARTICULIER : LE RADIER...........................................................................................................9
4. LES FONDATIONS PROFONDES................................................................................................................11
4.1 RAPPEL DEFINITION. ..................................................................................................................................11
4.2 ANALYSE PAR RAPPORT AU MODELE THEORIQUE. .........................................................................11
4.3 TERME DE POINTE ­ FROTTEMENT LATERAL......................................................................................11
4.4 DIFFERENTS TYPES DE FONDATIONS PROFONDES............................................................................12
4.4.1 Préambule : ..............................................................................................................................................12
4.4.2 Les puits ...................................................................................................................................................12
4.4.4 Une extrapolation des puits : Les barrettes.............................................................................................13
4.4.4 Les pieux...................................................................................................................................................14
4.4.5 Les micropieux..........................................................................................................................................17
4.5 LES COLONNES BALLASTEES...................................................................................................................19
4.5.1 Présentation de la technique. ...................................................................................................................19
4.5.2 Mise en œuvre. ..........................................................................................................................................20
4.5.2 CAPACITÉ PORTANTE, INTÉRÊT ÉCNOMIQUE.............................................................................................................20
5. CONCLUSION .................................................................................................................................................21
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1. FONCTION DE LA FONDATION
La détermination des dimensions des structures des bâtiments a pour objet la conservation d'un état d'équilibre stable. Comme tout solide, les constructions obéissent aux lois générales de l'équilibre. L'ensemble construction ­ sol d'assise doit permettre d'écrire que la somme des forces suivant les deux axes principaux est égale à 0, ainsi que la somme des moments. La fondation doit, dans ce cadre, assurer l'équilibre entre la pression engendrée par la sollicitation (descente de charge de la construction) et la résistance du sol (contrainte admissible). La fondation doit transmettre les charges qu'elle reçoit de la superstructure au sol d'assise choisi (grace aux données de l'étude géotechnique (cf chapitre précédent). Les charges qui arrivent depuis la superstructure sont redirigées vers le sol de manière linéaire ou de manière ponctuelle suivant la configuration (élément de type voile ou de type poteau) ­ Image du couteau. La surface de contact est réduite, la contrainte est augmentée proportionnellement. Il y a rupture même avec une force d'appui relativement faible. La fondation de dimensions trop faibles en regard de la résistance du sol "poinçonne" celui­ci suivant un schéma que nous verrons plus loin. Quel qu'en soit le type, la fondation doit satisfaire à l'inégalité suivante : Q\fond <ou= qsol
.Exemple : Une semelle carrée qui reçoit 10 000 daN et repose sur un sol présentant une contrainte admissible de 0,1 MPa doit présenter une surface minimum de : 10 000 daN = 0,1 MN 0,1 MN / 0,1 MPa = 1 m² S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 2
Equation aux dimensions : MN MNxm ´
=
=m´
MN
MN
m´
Il peut arriver que les charges transmises à la fondation par la superstructure présentent une composante horizontale (charge de vent, charges d'origine sismique...). La fondation doit également transmettre ces charges au sol et en permettre l'équilibrage par le sol. Les efforts sont alors transmis par frottement sur le sol ou par mise en œuvre d’une butée sur le long des parois verticales des éléments de fondation.
Les fondations sont divisées en deux groupes. 1. Fondations superficielles
2. Fondations profondes
Nous verrons plus loin comment déterminer la limite entre ces deux domaines. Les superficielles ont été vues en 2eme année. On effectuera dans ce cours un petit rappel concernant ces éléments. Elles ne présentent pas de très grande difficultés de compréhension. Les fondations profondes sont au programme de ce cours et seront vues dans un deuxième temps. 2. LA THEORIE GENERALE DE FONCTIONNEMENT DES FONDATIONS
2.1 APPROCHE ­ LA THEORIE DU COIN DE TERRE : Une fondation, lors de son fonctionnement de transfert de charge vers le sol d'assise, sollicite celui­ci suivant un diagramme bien particulier : S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 3
La pression exercée par la fondation sur le sol a tendance à poinçonner le terrain et donc à enfoncer la zone de terrain située sous l'assise. Pour s'enfoncer, celle­ci doit accuser un mouvement par rapport à la zone non sollicitée directement. Il s'agit là d'un phénomène de cisaillement du terrain suivant les lignes que nous avons sur le schéma. L'équilibre du coin de terre dépend donc des éléments suivants : ­ Les actions exercées par la fondation. ­ La résistance au cisaillement du terrain en place.
­ Le poids de la zone de terre formant la vague de refoulement. En première approche, on peut considérer l'équation suivante :
Q + Pterre + τ x Sc = 0
avec . Q = effort exercé par la fondation
. Pterre = poids des terres refoulées
. τ = Résistance au cisaillement le long de la ligne de rupture
. Sc = Surface de contact au niveau du cisaillement. De cette approche relativement simple, on déduit :  Plus le sol est compact et présente une bonne résistance au cisaillement, plus il aura de portance, et donc, plus la semelle à charge égale, aura des dimensions réduites.
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 Plus le poids des terres formant la vague augmente, plus la portance augmente. 2.2 LA LIMITE ENTRE SUPERFICIELLES ET PROFONDES :
Cette limite découle de l'équation simplifiée ci­dessus. Lorsque l'assise de la fondation est proche de la surface, le terme constitué du poids des terres formant la vague est suffisamment faible pour être négligé. On est en fondations superficielles.
Lorsque la profondeur d'assise augmente, ce terme devient significatif et l'on passe en fondations profondes. Ce passage s'effectue sans solution de continuité. Il fallait donc fixer une limite. Elle dépend du rapport B/H (avec B : largeur de la fondation et H profondeur d’assise) et varie suivant les auteurs. Dans les recommandations SOCOTEC, cette limite est fixée à 6. D’une manière générale cette valeur est communément admise par l’ensemble de la profession. 2.3 LA DIFFUSION DES CONTRAINTES DANS LE SOL : LA NOTION DE BULBE.
Lorsque la fondation est à l'équilibre, il existe, sous son assise et dans son environnement proche, des zones d'égale contrainte.
. Immédiatement sous l'assise, la valeur de la contrainte est celle calculée lors du dimensionnement de la fondation. . En allant vers la profondeur, la contrainte effective diminue suivant un diagramme en forme de bulbe.
. L'angle au sommet des bulbes dépend de la qualité du sol. . On remarque que la contrainte influence des zones situées au­delà de la stricte emprise de la fondation. On voit ici la possible influence d'une fondation sur un ouvrage voisin.
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Attention : La relation entre contrainte et déformation donne l'image des tassements à attendre. On peut dont induire un tassement supplémentaire pour une fondation ancienne en venant se fonder à proximité. 3. LES FONDATIONS SUPERFICIELLES (RAPPEL)
3.1 LES DEUX TYPES PRINCIPAUX
Les fondations superficielles sont de deux types principaux : . Isolées
. Filantes
3.2 LES FONDATIONS ISOLEES
On entend par isolée, une fondation présentant une géométrie proche du carré (ou du rond). Ce type de fondation est mis en œuvre dans le cadre d'un bâtiment présentant des descentes de charges concentrées (poteaux, longrines sous murs). ­ Exemple : Une semelle sous un poteau. . Pas de répartition de la charge sur une grande distance. . Calcul de la surface par Q/qels . Armatures basses pour reprendre la flexion de la semelle par rapport à la charge apportée par le fût.
. Cas particulier des fondations soulevées (ancrages des haubans par exemple). . Spécificité de liaisons dans le cadre de la construction parasismique. Butonnage entre semelles. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 6
3.3 LES FONDATIONS FILANTES
Lorsque la descente de charges n'est plus concentrée (sous un mur classique), on met logiquement en œuvre une fondation de type filante, c'est à dire continue sous l'objet fondé. . Calcul de la largeur par égalisation de la descente de charge au ml avec q els. DC au ml / qels = Largeur
. Existence, dans une certaine mesure, d'un phénomène de répartition des charges (poteau inclus dans le mur). . Armature de chaînage + armature transversales pour équilibrer la flexion de la semelle par rapport au soubassement (principe de diffusion par les bielles).
. Précaution de liaison entre semelles afin de parfaire le chaînage dans le cadre PS. Bien qu'il soit autorisé d'effectuer la liaison par le plancher haut du VS si celui­ci se trouve à moins de 1,20m des fondations, il est recommandé de butonner les longueurs de semelles filantes par une semelle perpendiculaire de section minimmale 30 x 30. Par ailleurs, l'expérience montre que les construction raidies par des refends perpendiculaires aux longs pans, et disposés au niveau fondations et VS, résistent mieux à toutes les sollicitations (léger tassements par faiblesse du sol, défaut de chaînage....).
3.4 PROFONDEUR MINIMALE DES FONDATIONS : Les fondations doivent être assises au­delà de la zone d'action du gel. C'est la profondeur dite de hors gel. Elle varie suivant les régions. En Provence, on la fixe à 50 cm environ. En montagne, elle peut atteindre 1,50 m. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 7
3.5 FONDATION A DES NIVEAUX DIFFERENTS : Respect de la règle des 3/2 conformément au DTU 13.12 hors zone sismique. 3/1 en zone sismique. L'assise de deux fondations voisines établies à des altitudes différentes soit respecter un angle correspondant à 3 à l'horizontale pour 2 (ou pour 1 suivant le cas) à la verticale. 3.5 CONDITIONS DE MISE EN OEUVRE DES FONDATIONS SUPERFICIELLES : ­ Les terrassements se font à la pelle mécanique (rarement à la main). ­ L'implantation des ouvrages doit être parfaite avant les terrassements. ­ On évitera les terrassement par temps de pluie. ­ L'assise doit être horizontale (redans si nécessaire). L'arase supérieure aussi....
­ Curage des fonds de fouilles (exemple des sinistres avec galette de matériaux incompétents sous la semelle).
­ Mise en œuvre d'un béton de propreté.
­ Calage des aciers. 3.7 DRAINAGE ASSOCIE AUX FONDATIONS : Toutes les assises de fondations superficielles doivent être protégée des eaux de ruissellement. Il faut empêcher les lessivages du sol par entraînement de fines et protéger le niveau hygrométrique du matériau d'assise (notamment en cas de présence d'argile). 3.6 JOINT DE DILATATION ­ JOINT DE RUPTURE : Les joints de dilatations ne sont pas reconduits au niveau des fondations. Ils sont, en général, arrêtés, soit au niveau supérieur des fondations, soit au niveau du plancher haut du VS ou du sous­sol. Leur fonction étant de permettre les mouvements de la structure engendrés par les comportements des différents matériaux lors des variations de la température, ils n'ont pas lieu d'être étendus à l'infrastructure. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 8
Les joints de rupture ou joints de tassements sont destinés à permettre à la structure d'encaisser des variations altimétriques de l'assise des fondations, soit dans le cadre d'un tassement différentiel. Celui­ci peut être engendré par un chargement des fondations différent entre deux zones (plusieurs étages d'un coté et Rez simple de l'autre) ou par une variation du sol d'assise (d'où la nécessité d'une bonne analyse du rapport géotechnique). Le joint de rupture est également impératif dans le cadre de la mise en œuvre de deux modes de fondations différents sur deux blocs d'un même bâtiment (fondation sur semelles d'un coté et fondation sur pieux de l'autre par exemple). 3.7 UN CAS PARTICULIER : LE RADIER.
Lorsque la recherche de l'accord entre la descente de charge et la contrainte admissible conduit à augmenter la largeur des semelles filantes sous murs, on arrive au cas extrême ou il y a recouvrement entre les zones d'action des semelles et, à la limite, où les semelles se touchent. Cela revient alors à mettre en œuvre une grande semelle occupant la totalité de la surface de la construction. Cette configuration conduit au schéma du radier. Dans ce cas, la totalité de la surface au sol du bâtiment est sollicitée pour répartir les efforts apportés par les murs. Exemple : une maison de 250 tonnes (2,5 MN) sur une surface au sol de 100 m² apporte au sol, si le radier est parfaitement rigide, une contrainte de 0,025 MPa. En réalité la contrainte varie autour de cette valeur moyenne en fonction de la rigidité du radier et du module d'élasticité du sol. Ces variations peuvent se déterminer grâce à des logiciels de calcul aux éléments finis.
La structure du radier est simple. Il s'agit d'une dalle de béton (épaisseur courante : 20 à 35 cm) reposant sur une assise en tout venant compacté).
Le radier travaille de manière inversée car les descentes de charges sont apportées par les murs qui sont répartis en périphérie (sauf les refends). La sollicitation est semblable au schéma de la bulle de savon sur un anneau et que l'on déforme en soufflant. Les bords restent fixes sur le support tandis que le centre se déforme sous l'action de la pression. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 9
On a donc un schéma de sollicitation inversé entre les murs. Le radier est donc armé en partie supérieure entre les murs. Remarque : différence entre le radier et le dallage. . Ouvrage de fondation contre simple ouvrage de surface de plancher
. Lié aux murs (qui reposent dessus) contre indépendant des murs
. Epaisseurs différentes (dallage 12 à 15 cm)
. Armatures importantes dans le radier, faibles dans le dallage. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 10
4. LES FONDATIONS PROFONDES.
4.1 RAPPEL DEFINITION. Conformément à ce que l'on a vu plus haut, les fondations sont dites "profondes" lorsque le rapport H/B > 6.
Les fondations profondes permettent de reporter les charges au­delà des couches de surface lorsque celles­ci sont incompétentes, en sollicitant des formations plus profondes. Elles peuvent­être massives (puits) ou élancées (pieux).
4.2 ANALYSE PAR RAPPORT AU MODELE THEORIQUE. En se replaçant dans le schéma théorique du coin de terre, l'augmentation de la profondeur d'assise induit une augmentation du terme correspondant au poids des terres refoulées. Lorsque la profondeur devient importante, cette valeur n'est plus négligeable et devient même prépondérante. Il s'ensuit logiquement une définition des fondations profondes : Ce sont des fondations dont le calcul de portance intègre le terme de profondeur. Suivant le type de fondation, le calcul de la portance ne se conduit pas de la même manière, mais les fondements théoriques sont identiques. 4.3 TERME DE POINTE ­ FROTTEMENT LATERAL.
La fondation profonde présente une surface d'appui sur l'horizon d'assise égale à sa section. Cette surface d'appui engendre une réaction du sol que l'on appelle terme de pointe. Lorsque la fondation présente une dimension verticale importante, la surface de contact entre les flancs de la fondation et le terrain peut être le siège de frottements (dans les deux sens). Suivant le mode de réalisation ce frottement peut être significatif. Les efforts mobilisés au niveau de ce contact constituent le frottement latéral. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 11
4.4 DIFFERENTS TYPES DE FONDATIONS PROFONDES
4.4.1 Préambule : Le groupe des fondations profondes recouvre une grande variété de techniques qu'il serait impossible de parcourir dans le cadre de ce cours. Nous avons donc choisi de traiter de 4 techniques qui nous semblent suffisamment courantes et qui permettent une approche de ce vaste domaine. On abordera donc les puits, les pieux, les micropieux et, pour finir, les colonnes ballastées qui se trouvent à la marge des techniques de fondations et de traitement de sol. Nous avons classé notre approche des trois premières techniques par ordre décroissant de massivité des ouvrages. 4.4.2 Les puits Les puits se placent en limite des deux domaines de fondations. Ils se rattachent, par le principe de réalisation, aux fondations profondes, mais sont généralement calculés suivants les règles des fondations superficielles. Il s'agit de la technique la plus ancienne de fondation profonde. Autrefois, la réalisation des puits était systématiquement manuelle (par des équipes de puisatiers), et on signalera que la tour de la Shangaï et Hong Kong Bank de Foster est fondée sur des puits réalisés par des puisatiers chinois. Couramment, les puits sont réalisés au tractopelle pour des profondeurs n'excédant pas 5 m (valeur extrême). Ils sont bétonnés pleine fouille et ne comportent en général pas d'armature. La surface d'appui dépend du godet utilisé et varie en général de 60 x 120 à 120 x 140. On retiendra que l'assise d'un puits et rarement plane du fait de l'action de rétro du godet et que le curage du fond du puits demeure un exercice quelque peu illusoire. Compte tenu du mode de mise en œuvre et des profondeurs relativement faibles, le frottement latéral est généralement négligé. On ne considèrera que le terme de pointe. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 12
Éléments techniques concernant les puits : ­ Ils sont bien adaptés à des descentes de charges ponctuelles (poteaux, portiques...)
­ Ils sont en général reliés par un réseau de longrines BA qui supportent les murs et retransmettent les charges vers les puits. ­ En zone sismique, ils doivent être butonnés dans les deux directions. ­ Le curage du fond de fouille est très difficile : Il y a là un risque de tassement par interposition d'une zone de matériaux décomprimés sous l'assise. ­ Le mode de bétonnage "pleine fouille" amène, dans les cas difficiles, des problèmes induits par l'apparition d'un frottement négatif sur le fût.
­ La technique du puits est fréquemment employée, notamment dans le cadre de chantiers de faible à moyenne envergure. ­ Certaines entreprises ont développé des techniques spécifiques permettant de remplacer le béton des puits par du ballast compacté. Il s’agit alors de puits ballastés, fondés sur le principe de substitution du matériau « sol » incompétent par un matériau de meilleure qualité et compacté en place. 4.4.4 Une extrapolation des puits : Les barrettes
On a vu que la technique du puits est limitée notamment par le rayon d'action des engins de terrassements. Afin d'étendre cette technique, des engins spéciaux ont été construits. Ces engins permettent la réalisation d'excavations de petite section (largeur 50 à 120 cm) jusqu'à des profondeurs importantes (plusieurs dizaines de mètres). On parle alors de barrettes. L'excavation est bétonnée très rapidement après creusement et des dispositions de stabilisation des parois de la fouille sont à prévoir. On utilise notamment des boues spéciales capables d'exercer une pression sur les parois de la fouille et retarder leur éboulement (boues bentonitiques à action tixotropique).
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Ce dispositif permet de reporter les charges de fondations directement sur un bon sol exactement suivant le schéma du puits. La totalité de la charge est transmise par la base de la barrette.
Les dimensions habituelles des barrettes sont de l'ordre de 2,5 m x 1 m. Elles peuvent être groupées afin d'augmenter la capacité portante. La capacité portante d'une barrette peut atteindre plusieurs centaines de tonnes. Organisées en groupe, elles permettent la fondation d'ouvrages très lourds. Exemple : Tour Montparnasse à Paris, est fondée sur des barrettes descendues à 62 m de profondeur dans la craie. On notera que les bennes de réalisation des colonnes ballastées sont identiques à celle utilisées pour les parois moulées (qu'on ne traite pas dans le présent cours). 4.4.4 Les pieux
4.4.3.1 Approche conceptuelle : Le pieu est la réponse technique à l'éloignement en profondeur du sol porteur. Au­delà d'une certaine profondeur, les moyens mécaniques classiques ne sont plus opérants et il faut utiliser du matériel spécifique. La technique de pieux est plus adaptée que la technique barrettes à des chantiers d'envergure moins importante. La mise en œuvre est plus facilement adaptable à des conditions variées, et, enfin, la technique de pieux autorise, dans de nombreux cas, l'utilisation des forces de frottement latéral. Le principe est de concentrer les charges sur des points singuliers, où l'on met en oeuvre des ouvrages spéciaux, et de les transmettre vers le sol d'assise de bonne résistance. On note que la trame d’infrastructure doit être en accord avec l’organisation de l’ossature en élévation, afin que les points de descente de charges coïncident avec les lieux d’implantation des pieux. Les murs chargés et les poteaux doivent reposer directement sur une infrastructure capable de transmettre les charges aux fondations. Dans ce cadre, c'est essentiellement la technologie de mise en oeuvre qui détermine les différentes catégories de pieux et leur mode de fonctionnement. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 14
On retiendra deux catégories principales de pieux : 1. Les pieux battus. Pour les plus simples, il s'agit d'éléments préfabriqués (en acier ou en béton ou en bois) qui sont enfoncés dans le sol au moyen d'un dispositif de battage (de principe identique au système vu pour le pénétromètre dynamique). Le battage est poursuivi jusqu'à obtention d'un couple de valeurs (enfoncement, énergie) correspondant à la résistance recherchée. Des variantes plus complexes existent, notamment pour ce qui est des pieux métalliques battus pour lesquels, le tube métallique est battu en place, puis remplis de béton. Le tube métallique est parfois arraché au moment du coulage du béton et ne demeure dans le sol que l'outil de pointe. Les capacités portantes de ces pieux sont de l'ordre de 100 tonnes pour des diamètres de 500 à 800 mm. D'autres systèmes de mise en place existent. On citera notamment le vibro­fonçage consistant à appliquer une charge importante sur le pieu tout en le faisant vibrer de façon importante. Cette technique, très utilisées dans les sols pulvérulents est simplement une des variantes disponibles dans le panel de solutions de mise en œuvre des pieux préfabriqués. On notera pour mémoire qu'une partie importante des vieux immeubles Marseillais édifiés à proximité du Vieux Port sont fondés sur pieux bois. Ceux­ci vieillissent très bien dans la zone immergée en permanence. Ils sont par contre souvent très abimés dans la zone de marnage où ils sont soumis à une alternance émersion / immersion.
2. Les pieux forés. Ce sont des ouvrages mis en place à l'intérieur d'un trou réalisé préalablement par technique de forage. La technique de forage constitue la partie la plus spectaculaire de la phase de réalisation des pieux. Les machines utilisables sont multiples et varient suivant le terrain à perforer. Les plus employées sont, soit de tarières (destinées aux sols relativement tendre, soit des machines à rotopercussion (destinées au terrains rocheux). S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 15
4.3.3.2 Les modes de fonctionnement des pieux. Pointe / Frottement. ­ Document bulbes pieux. Comme on l'a vu plus haut concernant les puits, la force portante des pieux peut provenir de deux domaines différents; le frottement sur le fût (ou frottement latéral) et l'appui direct par la section du pieu sur le fond du forage (terme de pointe). a) Le terme de pointe : La capacité portante apportée par le terme de pointe peut être très importante si les conditions d'encastrement dans le bon sol sont respectées. Des abaques calculés permettent de déterminer cette valeur en fonction des caractéritiques du sol. On arrive fréquemment à des portances de l'ordre de 100 tonnes et plus pour des pieux de 500 à 800 mm de diamètre. b) Le frottement latéral : Dans le cadre de pieux réalisés au travers de couches relativement compactes, on a vu que l'on pouvait prendre en compte les forces de frottement s'appliquant à l'interface pieu ­ terrain. Dans certain cas, le terme de frottement peut devenir prépondérant sur le terme de pointe, notamment lorsque le pieu ne rencontre pas d'horizon réellement compact. On parle dans ce cas de pieux flottants ou, mieux, frottants. Il convient de se souvenir que la mobilisation du frottement latéral nécessite un déplacement relatif pieu ­ terrain et que celui­ci ne peut intervenir que dans le cadre d'un tassement du pieu (prise d'assise). 4.3.3.3 Les principales dispositions constructives ­ Défauts courants. * Dispositions constructives : ­ Diamètre minimum d'ancrage dans le bon sol : 3 diamètres d'ancrage minimum pour les pieux travaillant en pointe. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 16
­ Technique de bétonnage permettant le lavage du trou : Tube plongeur ou injection par le fond. ­ Possibilité d'armer les pieux par mise en place d'une cage immédiatement après bétonnage. ­ Recépage de tête : Cette tâche correspond au curage (par démolition) des bétons pollués remontés du fond (donc en début de bétonage) et qui se trouvent en partie supérieure du pieu. Le recépage permet la mise à jour des armatures du pieu pour reprise dans le massif de tête de pieux ou dans un autre ouvrage d’infrastructure. ­ Butonnage en tête dans les zones sismiques. * Défauts courants :
­ Défaut d'implantation (très courant)
­ Défaut de verticalité (plus rare)
­ Lacune de bétonnage (grave et difficile à détecter).
Prix : 70 à 140 € / ml hors installation. Mais installation : 6 000 à 15 000€. 4.4.5 Les micropieux
4.4.5.1 Définition : Les micropieux sont définis dans le DTU comme des pieux forés de diamètre inférieur à 250 mm. Du fait de leur petit diamètre, ils ne travaillent pas en pointe. Leur portance ne dépend que du frottement latéral. 4.4.5.2 Mise en oeuvre : S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 17
La réalisation du micropieux commence par la confection d'un forage (diamètre courant 140 mm) réalisé avec des machines de petites dimensions. Une armature de forte section (en général un tube métallique) est mise à poste dans le trou. On laisse le tube dépasser du trou pour mettre en oeuvre la tête de pieux. Ce tube est ensuite utilisé pour injecter dans le forage un coulis de ciment. (Précision qu’est­ce qu’un coulis et le rapport c/e)
Selon les charges et le type de sol, le coulis est injecté à faible pression (< 1MPa), ou à haute pression (jusqu'à plusieurs MPa). Les différences de mise en œuvre, et, notamment la valeur de la pression d'injection et variation de celle­ci pour un même micriopieux en fonction de la nature des terrains définissent plusieurs classes de micropeux (de type I à IV).
4.4.5.3 Cheminement des charges : Les charges sont transmises par la superstructure à la tête de micropieux (le tube métallique équipé en général d'une platine). Le tube fait transiter les charges vers le coulis qui frotte contre les paroi du forage et qui dissipe ainsi les charges dans le terrain. Le mode d'injection influe sur les capacités de frottement. Plus le contact entre coulis et terrain est irrégulier et intime, plus le frottement est élevé. Dans le cas des injections haute pression, on peut arriver à "claquer" le terrain, c'est à dire à ce que le sol se "déchire" et que des excroissances de coulis s'immicent dans le sol et augmentent d'autant les possibilités de frottement. Remarque sur le transfert de charges : Afin de mobiliser le frottement latéral, il est nécessaire qu’il y ait un mouvement entre le fût du pieu et le terrain encaissant. Donc, la mise en charge du pieu implique un « tassement » de celui­ci. Selon type de terrain ce tassement peut être négligeable (roche…) ou largement significatif (argile plastique….). => Implications dans le cadre des travaux de reprise en sous­œuvre, avec éventuellement technique de vérinage en tête de pieux.
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4.5.5.4. Capacités habituelles.
Les charge habituellement reprises par des micropieux de 140 mm peuvent atteindre 50 à 80 tonnes. On les maintient, dans les projets, à des niveaux plutôt inférieurs par soucis de sécurité (30 à 40 tonnes). Prix : 150~200 € / ml
4.5.5.5 Utilisation de la technique micropieux.
Cette technique est particulièrement adaptée à la rénovation et à la réparation des constructions. Elle fournit également une bonne réponse aux problèmes de fondation en bordure de constructions existantes. 4.5.5.6 Principaux défauts courants.
­ Défaut de fiche par mauvaise interprétation du contexte géotechnique.
­ Défaut de bétonnage.
­ Mauvaise gestion du dispositif de tête de pieu. 4.5 LES COLONNES BALLASTEES
4.5.1 Présentation de la technique. La technique de colonnes ballastées se situe exactement sur la frontière entre traitement de sol et fondations profondes. Il s'agit d'obtenir une amélioration des caractéristiques du sol par une alliance entre des zones résistantes (les colonnes) et le terrain en place ayant subi une forte compression lors de la réalisation des colonnes.
Cet effet est induit par le compactage intensif d'un matériau choisi (ballast) dans un forage.
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4.5.2 Mise en œuvre. On réalise une excavation par tout moyen adapté (benne preneuse, vibrofonçage...). On rempli cette excavation de matériaux de type ballast, que l'on compact grâce à un pilon introduit dans le trou. Ce matériau repousse le terrain et compacte à son tour le sol encaissant. Le diamètre de la colonne dépend donc de la capacité du sol encaissant à se déformer lors de la phase de compactage. ­ Document Solétanche et Franki p33. Les deux techniques sont légèrement différentes. Une fois le chantier de colonnes achevé, le sol est en fait composite, avec une alternance de colonnes et de sol en place, compacté par l'action des colonnes. Le maillage de colonnes est déterminé par les caractéristiques du terrain et les charges à reprendre. L'ouvrage est ensuite fondé, soit sur les colonnes suivant une technique de fondation superficielles de type ponctuel, soit sur cette alternance de matériau en place recompacté et de colonnes par un système type radier (réservoir, dallage). 4.5.2 Capacité portante, intérêt écnomique
Les colonnes ballastées classique offrent des portance de l'ordre de 20 à 30 tonnes par unités pour des diamètres de 0,60 à 1,20 m. Il s'agit d'un système interessant dans le cadre de chantiers d'une certaine importance. Le coût est relativement faible (50 à 100 €/ml) mais le coût de l'installation est très élevé. S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 20
5. CONCLUSION De très nombreuses techniques sont disponibles pour fonder les bâtiments. Il faut effectuer un choix au regard d'arguments techniques (qualité du sol et caractéristiques du bâtiment en projet) et économiques (coût relatif des différentes solutions possibles). TABLEAU SYNOPTIQUE DES TECHNIQUES EN FONCTION DES PROJETS
Petit Projet
Projet Moyen
Grand Projet
+++
+++
+++
++
+++
+++
Barettes et grands puits
0
++
+++
Pieux
0
+
+++
++
++
0
0
+
+++
Superficielles
Semelles & Radier
Puits courts
Micropieux
Colonnes ballastées Traitement de sol S5CE2 2010 – 2011 construction urbaine ­ chapitre 2 FONDATIONS page 21
Criteres Critère Construction légère Construction lourde construction avec de touchant
sol
au sans sous­sol sous­sol
sans sous­sol
batiment
Sol compétent Semelles filantes
Semelles filantes
Semelles filantes
à faible profondeur
prof hors gel
prof hors gel
JD tous les 20 m
JD tous les 20 m
JD tous les 20 m
Sol compétent Puits et longrines
Puits ou pieux gros Semelles ou puits
à moyenne
directement sur profondeur
bon sol ou radier
diamètre
ou JD tous les 20 m
Radier servant de plancher bas.
JD tous les 20 m
Sol compétent très Radier ou pieux
Pieux / barettes ou Pieux ou barettes.
profond. Formation colonnes très mauvaise en ballastées. surface
Précautions
de stabilisation des JD rapprochés si fouilles
risques
de tassements
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