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Dimensionnement géotechnique à l’état limiteultime de pieux sous charge axiale de compression

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Dimensionnement géotechnique à l’état limiteultime de pieux sous charge axiale de compression

  1. 1. Directives pour l'application de l'Eurocode 7 en Belgique Partie 1 : Dimensionnement géotechnique à l’état limite ultime de pieux sous charge axiale de compression Version de mars 2008
  2. 2. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 2/27 Les présentes directives ont été élaborées sous la direction du Groupe de travail CSTC « Eurocode 7 – Pieux » composé de: - Areias, L. (RUG) - Bauduin, C. (Besix & BGGG) - Bottiau, M. (Franki Geotechnics B. & ABEF) - Cloet, B. (Votquenne) - Debacker, P. (Régie des Bâtiments) - De Cock, F. (Geo.be & ABEF) - De Vos, M. (CSTC) - D’Hoore, S. (Adinco) - Dupont, E. (Fundex & ABEF) - Holeyman, A. (UCL) - Hoppenbrouwers, W. (Seco) - Huybrechts, N. (CSTC) - Imbo, R. (Franki Geotechnics B.) - Legrand, C. (CSTC) - Maertens, J. (Jan Maertens bvba & KUL) - Peiffer, H. (Alpha Studiebureau) - Poorteman, F. (De Waal) - Simon, G. (Ministère de l’Equipement et du Transport) - Thooft, K. (WenK) - Trève, C. (CFE) - Van Alboom, G. (Vlaamse Overheid – Departement Mobiliteit en Openbare Werken) - Vandemeulebroecke, S. (Planet Engineering) - Zaczek, Y. (Tractebel) Elles sont basées sur la littérature actuellement disponible et les données d'essais relatives à la capacité portante des pieux de fondation. L’objectif était d'élaborer des directives aussi utiles que possible. Les membres du Groupe de travail ne peuvent néanmoins accepter aucune responsabilité pour les éventuelles carences dans le présent document. Les présentes directives peuvent être appliquées dès leur publication pour le dimensionnement géotechnique en Belgique à l’état limite ultime (ELU) de pieux sous charge axiale de compression. Un an après leur publication, le Groupe de travail effectuera une révision de ces directives et elles seront mises à jour si nécessaire.
  3. 3. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 3/27 Sommaire Avant-propos.................................................................................. 4 1. Introduction................................................................................ 5 2. Définitions et symboles ................................................................ 6 2.1 Définitions.......................................................................... 6 2.2 Symboles........................................................................... 9 3. Aperçu de la méthode de calcul ..................................................10 3.1 Généralités ...........................................................................10 3.2 Valeur de calcul de l’action ..................................................11 3.3 Valeur de calcul de la capacité portante.................................12 3.4 Reconnaissance géotechnique ..............................................14 4. Valeur de calcul de la capacité portante.......................................15 4.1 Résistance à la pointe .........................................................15 4.2 Résistance par frottement ...................................................17 4.3 Capacité portante totale ......................................................20 4.4 Valeur caractéristique de la capacité portante.........................21 4,5 Valeur de calcul de la capacité portante.................................23 Références ....................................................................................24 Annexe 1 : Conditions pour l'application d'un facteur de modèle réduit γRd2 .............25 Annexe 2 : Conditions pour l’application de facteurs d’installation αb ou αs plus favorables .....................................................................................27
  4. 4. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 4/27 Avant-propos L’Eurocode 7 - Partie 1 « Calcul géotechnique - Règles générales » a été publié en 2005 en tant que norme belge NBN EN 1997-1. Bientôt paraîtra également l'Annexe nationale belge de celui-ci (NBN EN 1997-1 ANB), qui, entre autres, détermine un certain nombre de choix et de valeurs à l’échelle nationale, mais ne fournit pas de méthodes de calcul. En parallèle, des directives furent élaborées pour décrire l'application de l'Eurocode 7 en Belgique de manière détaillée et pragmatique. Ces activités sont menées au sein d'un groupe de travail interprofessionnel CSTC « Eurocode 7 ». Les résultats de plusieurs projets de recherche prénormative organisés par le CSTC et cofinancés par le Service public fédéral Économie et l’ABEF, ont été pris en compte lors de l’établissement de ces directives. Ce document constitue la première partie de ces directives et présente le dimensionnement géotechnique en ELU des pieux de fondation sous charge axiale en compression. Avec la publication de ce document pratique, le calcul de pieux sous charge axiale changera fondamentalement. On bascule d'une méthode déterministe à une approche semi-probabiliste. Des procédures destinées à l'optimisation du calcul et à la valorisation de l'investissement dans une exécution de qualité sont prévues. Par ailleurs, un cadre est défini pour le développement de nouveaux systèmes.
  5. 5. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 5/27 1. Introduction Ce document décrit le dimensionnement géotechnique à l’état limite ultime de pieux de fondation sous charge axiale en compression, sur base de résultats d'essais de pénétration statique (CPT). Les aspects suivants ne sont pas abordés dans ce document : Ö le contrôle de l’élément de fondation en soi (Eurocode 2 pour les pieux en béton, l'Eurocode 3 pour les pieux en acier, etc.), Ö le contrôle des tassements (état limite de service et état limite ultime de la superstructure sujetti à des tassements (différentiels) trop importants des pieux), Ö les actions, autres que la compression axiale (horizontale, traction, cyclique, dynamique, etc.), Ö la capacité portante des groupes de pieux, Ö la capacité portante des radiers sur pieux, Ö l'influence du frottement négatif, Ö l'influence des excavations, Ö le contrôle de rupture par poinçonnement. Le projeteur doit vérifier ces aspects le cas échéant. Dans certains cas, les états limites de service peuvent gouverner, par exemple, pour les groupes de pieux dans ou au dessus de couches de sols compressibles, pour les pieux forés où la capacité portante provient principalement de la résistance à la pointe ou dans le cas de constructions fort sensibles aux tassements. Un bon dimensionnement doit être basé sur une bonne reconnaissance géotechnique. Une attention particulière doit par conséquent être portée à la qualité, à l'étendue et à l'établissement des rapports de reconnaissance. Les directives à ce sujet sont données dans la partie 2 de l'Eurocode 7 « Calcul géotechnique - reconnaissance des terrains et essais » (NBN EN 1997-2) à laquelle une annexe nationale belge sera ajoutée (NBN EN 1997-2 ANB). Lors de l'élaboration des présentes directives, il a été supposé que les pieux sont réalisés en conformité avec les normes d’exécution en vigueur, par du personnel qualifié et avec du matériel et des équipements adaptés et que la bonne exécution est surveillé et contrôlé. Les Eurocodes et ces directives sont valables pour les structures et les situations de calcul courantes et ne remplacent en aucun cas le « jugement d’ingénieur ».
  6. 6. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 6/27 Les directives sont valables pour les structures géotechniques de Catégorie 2, comme indiqué dans l'Eurocode 7 § 2.1. Pour les structures ou conditions exceptionnelles, les Eurocodes et les directives seront évalués avec une attention particulière aux détails du projet et adaptés si nécessaire ou complétés si besoin est. Les valeurs des facteurs de sécurité mènent à un niveau de sécurité normal et acceptable. Dans certains cas, il peut être approprié ou permis d’augmenter ou diminuer le niveau de confiance, selon le cas. Des conseils sur le choix du niveau de confiance et de la façon dont cet objectif peut être atteint sont données dans NBN EN 1990 et l’annexe nationale correspondante. Les présentes directives sont valables pour les pieux de fondation d'une longueur d’au moins 7 fois le diamètre du pieu. 2. Définitions et symboles 2.1 Définitions Généralités : Pour les définitions générales, référez-vous à NBN EN 1990 et NBN EN 1997 – 1. Niveau de la pointe du pieu et diamètre de la base du pieu : Le niveau de la pointe du pieu est défini comme étant le niveau le plus bas où la base du pieu a toute sa section. Notez que pour certains types de pieux, le niveau de la pointe du pieu ne correspond pas à la partie inférieure du pieu, comme illustré sur la figure 1. Le diamètre de la base du pieu Db est égal au diamètre extérieur maximum de la base du pieu.
  7. 7. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 7/27 Db Niveau de la pointe du pieu Db Fig. 1 : Exemple de la définition du niveau de la pointe du pieu et du diamètre de la base du pieu Pour les pieux avec une plaque élargie à la base, celle-ci doit être suffisamment rigide pour résister aux forces auxquelles elle est soumise lors de la mise en place du pieu et au cours de son utilisation ultérieure. Surface de la base du pieu : La surface de la base du pieu Ab pour les différentes formes de bases de pieu est définie comme suit : Ö pour une section circulaire : 4 D A 2 b b ⋅ π = Ö pour une section carrée ou rectangulaire : Ab = a * b où a et b, respectivement, sont le côté court et long de la section rectangulaire Ö pour un profil en l ou palplanche : Ab = la section d’acier Ö pour un pieu tubé ouvert, situation sans formation de bouchon (voir ci-dessous): Ab = la section d’acier Ö pour un pieu tubé ouvert, situation avec formation de bouchon (voir ci-dessous): 4 D A 2 b b ⋅ π = Diamètre équivalent de la base du pieu : Pour déterminer qb, εb et λ (cf. § 4.1), un diamètre équivalent de la base du pieu Db, eq est introduit : Ö pour une section circulaire : Db,eq = Db Ö pour une section carrée ou rectangulaire : π ⋅ ⋅ = b a 4 Db,eq si b ≤ 1,5 a π ⋅ = 2 b,eq a 6 D si b > 1,5 a où a et b, respectivement, sont le côté court et long de la section rectangulaire
  8. 8. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 8/27 Ö pour un profil en l ou palplanche : π = 2 b,eq e 6 D où e est l'épaisseur des semelles e Ö pour un pieu tubé ouvert, situation sans formation de bouchon (voir ci-dessous): π = 2 b,eq e 6 D où e est l'épaisseur de l'acier e Ö pour un pieu tubé ouvert, situation avec formation de bouchon (voir ci-dessous): Db,eq = Db Ö pour les autres sections, Db, eq doit être déterminé sur base des règles antérieures et « jugement d’ingénieur » Périmètre du fût : Le périmètre du fût χS pour les différents types de pieux est défini comme suit : Ö pour les pieux préfabriqués : le périmètre de la section nominale du fût Ö pour les pieux battus moulés dans le sol : le périmètre extérieur du tubage Ö pour les profils en I et les palplanches : le périmètre total de la section d’acier périmètre du fût Ö pour les pieux tubés ouverts, situation sans formation de bouchon (voir ci-dessous) : la somme du périmètre intérieur et extérieur du tube Ö pour les pieux tubés ouverts, situation avec formation de bouchon (voir ci-dessous) : le périmètre extérieur du tube Ö pour les pieux en acier, dont la base est fermée : le périmètre extérieur du tube Ö pour les pieux vissés à fûts en béton plastique : le périmètre maximal du système retiré (tube ou forreuse de refoulement) - la largeur des hélices à prendre en compte est de 10 cm maximum (par exemple 36/56) Ö pour les pieux vissés à tubage perdu : le périmètre extérieur du tubage perdu
  9. 9. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 9/27 Ö pour les pieux CFA sans tubage : le périmètre extérieur maximum de l’hélice Ö pour les pieux CFA avec tubage ou pour les pieux forés avec tubage : le périmètre extérieur maximum du tubage Ö pour les pieux forés sans tubage : le périmètre extérieur maximum de la tête de forage 2.2 Symboles Pour les symboles utilisés, référez-vous à NBN EN 1990 et NBN EN 1990 – 1. Pour plus de clarté, quelques-uns de ces symboles, et un certain nombre de symboles supplémentaires, spécifiques à ce document sont repris : Ab surface de la base du pieu a petit côté d'une base de pieu rectangulaire b long côté d'une base de pieu rectangulaire Db diamètre de la base du pieu Db,eq diamètre équivalent de la base du pieu Dc diamètre du cône d'un CPT Ds diamètre du fût e épaisseur des semelles d'un profil d'acier ou épaisseur de l'acier dans le cas d'un pieu tubé ouvert F charge Fc charge axiale en compression (anglais : axial compression load) Fd valeur de calcul de la charge (anglais : design value of an action) Fk valeur caractéristique de la charge Frep valeur représentative de la charge h épaisseur d'une couche de sol qb résistance unitaire à la pointe qc résistance au cône qs frottement unitaire R résistance Rb résistance à la pointe Rc résistance du sol contre la pression (= capacité portante des pieux en compression) (anglais : compressive resistance) Rcal résistance calibrée Rd valeur de calcul de la résistance (anglais : design value of the pile resistance) Ri résistance du sol (capacité portante du pieu) en fonction des résultats de l’esai de pénétration statique i Rk valeur caractéristique de la résistance du sol Rm valeur mesurée de la résistance Rs résistance par frottement
  10. 10. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 10/27 αb facteur d’installation relatif à la résistance à la pointe αs facteur d’installation relatif au frottement β facteur de forme pour une base de pieu non circulaire ou non carrée εb facteur relatif à l'influence de la fissuration du sol sur la résistance à la pointe γb facteur partiel pour la résistance à la pointe qui tient compte de la probabilité des écarts négatifs de la résistance à la pointe réelle par rapport à la valeur caractéristique γF facteur partiel pour les actions qui tient compte de la probabilité des écarts négatifs des actions réelles par rapport à la valeur caractéristique ; en plus, ce facteur tient compte des incertitudes du modèle avec lequel la charge a été déterminée et des variations géométriques γRd facteur de modèle γs facteur partiel pour le frottement qui tient compte de la probabilité des écarts négatifs du frottement réel par rapport à la valeur caractéristique η∗p facteur qui rend la relation selon le type de sol entre la valeur de la résistance au cône et le frottement unitaire (quel que soit le type de pieu) λ facteur de réduction pour les pieux à base élargie κ facteur μ facteur ν facteur ω facteur de conversion à prendre en compte dans le cas d’un essai de pénétration statique avec cône mécanique ξ facteur de corrélation qui tient compte, entre autres, de la dispersion des caractéristiques du sol sur le terrain χs périmètre du fût 3. Aperçu de la méthode de calcul 3.1 Généralités Pour démontrer qu'une fondation sur pieux pourra résister à la charge attendue avec une sécurité suffisante vis-à-vis d’une rupture
  11. 11. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 11/27 géotechnique, l’inégalité suivante doit être satisfaite [NBN EN 1997-1 § 7.6.2.1 (1)]: Fc,d ≤ Rc,d (1) avec : Fc,d la valeur de calcul de la charge axiale en compression sur la fondation sur pieux Rc,d la valeur de calcul de la capacité portante dans le cas de pieux en compression La valeur de calcul de la charge axiale en compression Fc,d est déterminée par la valeur représentative de la charge multipliée par un facteur de charge γF (cf. § 3.2). La valeur de calcul de la capacité portante du pieu Rc,d est déterminée par la valeur caractéristique de la capacité portante divisée par un facteur de résistance γb (pour la résistance à la pointe) ou γs (pour le frottement) (cf. § 3.3 en 4). En ce qui concerne les valeurs de ces facteurs de charge et de résistance, en Belgique, il a été décidé de retenir l’Approche 1 (« Design Approach 1 ») de l'Eurocode 7-1 [NBN EN 1997-1 § 2.4.7.3.4.2]. Celle-ci suppose que, dans l'équation (1), il faut surveiller deux combinaisons de facteurs partiels. La première (DA1/1 « Design Approach 1 – Combination 1 ») correspond à la sécurité relative aux déviations défavorables des charges et la seconde (DA1/2 « Design Approach 1 – Combination 2 ») correspond à la sécurité relative aux déviations de la résistance. Pour la détermination de la capacité portante des pieux sous charge axiale, la combinaison 2 sera toujours déterminante. C’est la raison pour laquelle le texte ci-après se concentre principalement sur la combinaison 2. Pour le calcul organique du pieu cependant, la combinaison 1 sera déterminante. 3.2 Valeur de calcul de l’action Comme indiqué plus haut, la valeur de calcul de la charge de compression axiale est déterminée par la valeur représentative de la charge multipliée par le facteur de charge partiel : Fc,d = Fc,rep * γF (2) Les valeurs à tenir en compte en Belgique pour le facteur de charge sont fixées dans NBN EN 1990 ANB. Pour les situations de calcul permanente et
  12. 12. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 12/27 temporaire, les valeurs sont reprises dans le tableau 1. Pour les situations de calcul accidentelles, tous les facteurs de charge sont égaux à 1,00. Pour le dimensionnement géotechnique de la fondation sur pieux, comme mentionné plus haut, la combinaison 2 est déterminante. Combinaison Action 1 2 Défavorable (1) 1.35 1.00 Permanent Favorable (2) 1.00 1.00 Défavorable (1) 1.50(4) 1.10 (3) (4) Variable Favorable (2) 0.00 0.00 (1) déstabilisatrice (2) stabilisatrice (3) la valeur diffère de la valeur informative du tableau A.3 de la norme EN 1997-1 (4) Pour les ponts, conformément à l’annexe A2 de la norme EN 1990, une valeur différente est d’application : combinaison 1 ÆγF = 1,35 (transport routier) ou 1,45 (transport ferroviaire) au lieu de 1,50. De la même manière, on adoptera γF = 1,00 (transport routier) ou 1,07 (transport ferroviaire) pour la combinaison 2. Tableau 1 : Facteurs de charge γF Sauf mention contraire, nous ne prenons pas en compte le poids propre du pieu. 3.3 Valeur de calcul de la capacité portante La procédure de détermination de la valeur de calcul de la capacité portante d'une fondation sur pieux est schématisée à la figure 2. ÉTAPE 1 : Calcul de la capacité portante (résistance à la pointe et frottement) sur base de chaque essai de pénétration statique (CPT) séparé. A cet effet, on applique les facteurs d’installation pour tenir compte des différences entre les types de pieux (influence du degré de refoulement ou de décompression potentielle du sol à la base et le long du fût et du réel frottement mobilisable entre le matériau du fût et le sol). A ce stade l’estimation de la capacité portante se base sur l’hypothèse que le pieu est installé dans l’axe du CPT. ÉTAPE 2 : Calibrage de la capacité portante calculée par l'introduction d'un facteur de modèle. Le facteur de modèle tient compte des écarts systématiques entre les valeurs calculées et les valeurs
  13. 13. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 13/27 réelles et de l'incertitude des résultats [NBN EN 1997-1 § 2.4.1 (9)]. Dans la mesure du possible, il est déterminé sur base d'analyses d’essais de chargement statique de pieux de telle façon que, dans environ 95 % des cas, la capacité portante calculée ne dépasse pas la capacité portante réelle. Si toutes les informations requises à cette analyse ne sont pas disponibles, une estimation sûre du facteur de modèle doit être effectuée. Les facteurs de modèle sont déterminés par groupe de pieux (pieux battus, vissés, CFA et forés) et la valeur dépend de la valeur moyenne et de la dispersion du rapport entre les capacités portantes calculée et mesurée. Pour les pieux vissés et les pieux CFA, une distinction est faite en fonction de la disponibilité ou pas de résultats d’essais de chargement statique de pieux instrumentés. Pour les pieux battus et forés, cette distinction n'est pas faite parce que l'exécution n’est pas aussi déterminante pour la capacité portante qu’elle l’est pour les pieux vissés et CFA. ÉTAPE 3 : Avec les étapes 1 et 2, on détermine la capacité portante d'un pieu qui est installé dans l’axe d'un essai de pénétration statique (CPT). Afin de tenir compte de la dispersion des caractéristiques du sol et du degré d'incertitude sur celles-ci (cette dernière est déterminée par l'étendue de la reconnaissance géotechnique), une réduction est appliquée par l'introduction de facteurs de corrélation. Ils sont appliqués sur, d’une part, le minimum et, d'autre part, la moyenne des capacités portantes calculées sur base de chaque CPT. La plus petite des deux valeurs est la valeur déterminante. De plus, on tient également compte de la possibilité qu’en cas d'insuffisance de la capacité portante d'un pieu, ce dernier peut être soutenu par les pieux adjacents, à condition que la structure soit suffisamment rigide. Dans ce cas, la réduction à appliquer est plus petite. ÉTAPE 4 : Il découle donc de l'étape 3, une valeur caractéristique de la capacité portante de la fondation sur pieux, c'est-à-dire une valeur qui dans le cas d'une exécution correcte (théoriquement) est assurée dans 95 % des cas. Afin de limiter les possibilités d’échec aux valeurs généralement acceptées, des facteurs de sécurité sont appliqués à la résistance à la pointe et au frottement sur le fût. Les valeurs de ces facteurs dépendent de la mesure dans laquelle l’exécution est contrôlée. On travaille actuellement sur un processus de certification pour l’exécution de pieux vissés, CFA et forés. Pour un pieu exécuté avec un processus de certification valide, des facteurs de sécurité réduits de résistance à la pointe et de frottement pourraient être appliqués. Les détails concrets de chaque étape sont décrits au § 4.
  14. 14. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 14/27 N résultats CPT méthode de calcul N valeurs calculées Rb,i (résistance à la pointe) Rs,i (résistance par frottement) calibration des capacités portantes calculées : introduction du facteur de modèle N valeurs calibrées Rb,cal,i et Rs,cal,i rigidité de la structure, ⎠ étendue de la reconnaissance géotechnique dispersion des caractéristiques du sol sur le site : introduction du facteur de corrélation 1 valeur caractéristique Rb,k + Rs,k = Rc,k probabilité d'écarts défavorables ⎠b & ⎠s de la résistance réelle par rapport à la valeur caractéristique : introduction des facteurs de résistance 1 valeur de calcul Rb,d + Rs,d = Rc,d ⎠Rd Fig. 2 : Diagramme illustrant les différentes étapes pour la détermination de la valeur de calcul de la capacité portante d'une fondation sur pieux 3.4 Reconnaissance géotechnique Pour le dimensionnement basé sur les résultats d'essais de pénétration statique (CPT), l’essai de référence est celui effectué avec un cône électrique. Les essais de pénétration avec un cône mécanique (M1, M2 ou M4) sont autorisés, à condition que la valeur de résistance au cône mesurée soit divisée par un facteur de conversion, comme indiqué dans le tableau 2. Ces facteurs de conversion ont été déterminés par des essais comparatifs sur différents sites. Si, en revanche, on dispose d'essais comparatifs sur le site lui-même, on peut retirer et appliquer un facteur de conversion spécifique au site. Les facteurs de conversion peuvent être
  15. 15. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 15/27 appliqués aux valeurs calculées de résistances unitaires (a) à la base qb et (b) par frottement qsi (voir ci-dessous pour la définition de qb et qs,i). ω Argile tertiaire Autres sols M1 1.30 1.00 M2 1.30 1.00 M4 1.15 1.00 Tableau 2 : Facteurs de conversion ω pour la réduction de la valeur de résistance au cône mesurée lors d’essais de pénétration statique à l’aide d’un cône mécanique Si de la terre est excavée après l’exécution des essais de pénétration, cela pourrait avoir un impact significatif sur la valeur de la résistance au cône. Si besoin est, les valeurs de la résistance au cône doivent être réduites. Pour les modalités relatives à l’exécution des essais de pénétration statique, la rédaction des résultats, les directives quant à la profondeur minimale et leur nombre minimum, veuillez consulter les normes NBN EN 1997-2, prEN ISO 22476-1 et prEN ISO 22476 -12 dont les références sont fournies dans la liste donnée ci-après. Si le pieu se trouve dans des couches de sol résistantes sous lesquelles des couches de sol moins résistantes sont présentes et que ces derniers sont susceptibles d’influencer le comportement du pieu, alors les CPT doivent atteindre au moins ces couches de moins bonne qualité. 4. Valeur de calcul de la capacité portante 4.1 Résistance à la pointe La résistance à la pointe Rb est déterminée par : Rb = αb . εb . β . λ . Ab . qb (3) avec :
  16. 16. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 16/27 qb (kN/m²) résistance à la pointe unitaire, calculée par la méthode De Beer. Si le calcul est basé sur les résultats d'unessai de pénétration statique avec un cône mécanique, un facteur de conversion, tel que décrit dans le § 3.4, doit être appliqué. Le diamètre à introduire dans le calcul de qb est le diamètre équivalent de la base du pieu Db,eq tel que défini au § 2.1. Lorsque les essais de pénétration sont effectués avec un cône électrique, les valeurs mesurées de résistance au cône sont moyennées sur la zone allant de 10 cm en-dessous à 10 cm au-dessus du niveau auquel la capacité portante est calculé. Si le diamètre équivalent de la base du pieu n'est pas un multiple de 20 cm, deux calculs sont effectués avec les multiples les plus proches qui sont ensuite interpolés. Une description de la méthode De Beer ainsi que des exemples de calcul sont disponibles sur le site du projet SFT « Techniques spéciales de fondation » (www.tis-sft.wtcb.be) sous la rubrique « Publications » ainsi que sur le site du GBMS (www.bggg-gbms.be). αb (-) un facteur d’installation empirique qui prend en compte l’influence de la méthode d’installation du pieu dans un sol particulier, les valeurs sont données au tableau 4. εb (-) un paramètre qui prend en compte l'effet d'échelle sur le frottement en raison de la fissuration du sol. ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = 476 . 0 ; 1 01 . 0 1 max , c eq b b D D ε dans l'argile tertiaire, εb = 1 dans tous les autres sols Db, eq est le diamètre équivalent de la base du pieu ; Dc est le diamètre du cône du CPT (Dc = 35,7 mm pour un cône standard). β (-) un facteur de forme qui prend en compte l'influence d'une base de pieu qui n'est pas circulaire ou carrée. 3 . 1 b / a 3 . 0 1 + = β pour une base de pieu rectangulaire où a et b sont respectivement le côté court et long de la base de pieu rectangulaire β = 1 pour une base de pieu circulaire ou carrée. Ab (m²) la surface de la base du pieu, tel que défini dans le § 2,1.
  17. 17. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 17/27 λ (-) un facteur de réduction qui prend en compte la décompression du sol autour du fût engendrée lors de l’installation par la présence d’une base élargie. La valeur λ est déterminée comme suit : Ö pieux dont la base élargie est formée en profondeur et qui ne provoque donc pas de décompression du sol le long du fût : λ = 1.00 ; Ö pieux à base élargie préfabriquée où Db,eq < Ds + 5 cm : λ = 1.00 ; Db, eq est le diamètre équivalent de la base du pieu et Ds est le diamètre du fût ; Ö tous les autres pieux à base élargie préfabriquée : réduction déduite de la figure 3. 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 Db,eq²/Ds² λ pieux vissés avec un fût en béton plastique autres types de pieux Fig. 3 : Facteur de réduction pour pieux à base élargie qui tient compte de la décompression du sol en cours d'installation 4.2 Résistance par frottement La résistance par frottement Rs est déterminée par : Rs = χs . Σ (αs,i . hi . qs,i) (4) avec : qs,i (MPa) le frottement unitaire i , m , c * i , p i , s q q ⋅ η = * i , p η (-) un facteur empirique qui indique le rapport entre le frottement unitaire et la valeur de la résistance au cône selon le type de sol ; les valeurs sont indiquées au tableau 3.
  18. 18. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 18/27 Type de sol qc (MPa) η*p ou qs (-) (MPa) Rf* (%) Argile 1 – 4.5 η*p = 1/30 3–6 % > 4.5 qs = 0.150 Limon 1 - 6 η*p = 1/60 2–3 % > 6 qs = 0,100 Argile/Limon sableux 1 – 10 η*p = 1/80 1-2 % Sable/Limon argileux > 10 qs = 0,125 Sable 1 – 10 η*p = 1/90 < 1 % 10 – 20 qs = 0.110 + 0.004 * (qc – 10) > 20 qs = 0.150 Tableau 3 : Valeurs du facteur empirique η*p et qs * déterminé par essai de pénétration avec un cône électrique qc,m,i (MPa) la valeur de la résistance au cône moyenne (qc) sur la couche i Seules les couches dont qc ≥ 1 MPa sont prises en compte. Seules les couches pertnentes pour le frottement entre le pieu et le sol sont prises en compte. Dans la mesure du possible, le type de sol déduit des résultats des essais de pénétration, sera comparé avec les données sur la géologie locale (p.ex. résultats des forages disponibles dans les environs, cartes géotechniques ou géologiques, site Databank Ondergrond Vlaanderen http://dov.vlaanderen.be,...). Si le calcul est basé sur les résultats d'un essai de pénétration avec un cône mécanique, un facteur de conversion, tel que décrit dans le § 3.4, doit être appliqué. Dans ce cas-là, on ne dispose généralement pas des valeurs du coefficient de frottement et on est encore plus dépendant de la connaissance de la géologie locale. χs (m) le périmètre du fût, tel que défini dans le § 2,1. αs,i un facteur d’installation empirique relatif à la couche i qui prend en compte l’influence de (a) la méthode d’installation du pieu pour un sol particulier et (b) la rugosité du fût, les valeurs sont données au tableau 4. hi (m) l’épaisseur de la couche i
  19. 19. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 19/27 Base αB Fût αs Type de pieu Argile tertiaire Autres sols Argile tertiaire Autres sols CATÉGORIE I : PIEUX À REFOULEMENT PIEUX VERINÉS ET BATTUS Pieu préfabriqué en béton sans base élargie 1 1 0.9 1 Pieu moulé dans le sol sans base élargie (a) , fût en béton plastique 1 1 0.9 1 Pieu moulé dans le sol à base élargie (a) , fût en béton plastique 1 1 0.65 0.8 Pieu moulé dans le sol à base élargie moulée dans le sol, fût en béton sec 1 1 1.15 1.15 Pieu tubé fermé sans base élargie(a) 1 1 0.6 0.6 Pieu tubé fermé à base élargie(a) 1 1 - (d) - (d) Pieu tubé ouvert avec formation de bouchon (b) 0.7 0.7 0.6 0.6 PIEUX VISSES (c) Fût en béton plastique 0.8 0.7 0.9 1 Avec tubage perdu 0.8 0.8 0.6 0.6 CATÉGORIE II : PIEUX AVEC PEU DE REFOULEMENT OU DÉCOMPRESSION DU SOL PIEUX BATTUS Pieu tubé ouvert sans formation de bouchon (b) 1 1 0.6 0.6 profils en I et palplanches 1 1 0.6 0.6 PIEUX CFA AVEC DISPOSITIFS VISANT À LIMITER LA DÉCOMPRESSION DU SOL Avec surpression 0.8 0.5 0.6 0.6 Tubé 0.8 0.5 0.3 0.5 Tarière avec un tube central de grand diamètre et de petites hélices 0.8 0.7 0.6 0.7 CATÉGORIE III : PIEUX AVEC ENLÈVEMENT DU SOL PIEUX CFA SANS DISPOSITIFS VISANT À LIMITER LA DÉCOMPRESSION DU SOL - (e) - (e) - (e) - (e) PIEUX FORÉS Exécuté avec un tubage temporaire 0.8 0.5 0.3 0.5 Exécuté sous boue bentonitique 0.8 0.5 0.5 0.5 Exécuté sans boue bentoni- tique ni tubage temporaire 0.8 - (e) 0.5 - (e) Tableau 4 : Valeurs des facteurs empiriques αb et αs
  20. 20. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 20/27 (a) La base du pieu est considérée comme élargie en termes de frottement (valeurs de αs réduites), si Db,eq > Ds + 5 cm ; l'impact de la base élargie sur la résistance à la pointe est contenu dans le facteur de réduction λ. (b) Pour pieux tubés ouverts, deux situations se présentent : 1 – situation sans formation de bouchon en dessous : le frottement est pris en compte à l'extérieur et l'intérieur du tube ; la résistance à la pointe est prise en compte sur la section d’acier de la pointe 2 – situation avec formation de bouchon en dessous : le frottement n’est pris en compte qu’à l'extérieur du tube ; la résistance à la pointe est prise en compte sur toute la section de la pointe. La valeur minimum est déterminante pour le calcul de ces deux situations. (c) Uniquement pour pieux vissés avec des hélices de maximum 10 cm (par exemple 36/56). (d) Soit le frottement est démontré par les essais de chargement statique de pieux instrumentés, soit aucun frottement n’est considérée. (e) Démontrer la résistance à la pointe et le frottement avec des essais de chargement statique de pieux instrumentés. 4.3 Capacité portante totale La capacité portante totale dans le cas de pieux chargés en compression est la somme de la résistance à la pointe et du frottement : Rc = Rb + Rs (5) Pour s’assurer que la capacité portante calculée est sûre (cf. § 3.3), un facteur de modèle γRd est introduit [NBN EN 1997-1 § 2.4.1 (6), § 2.4.1 (8), § 2.4.7.1 (6), § 7.6.2.3 (2)] : Rc,cal = Rc / γRd (6) avec : Rc,cal capacité portante calibrée du pieu chargé en compression γRd facteur de modèle (γRd1 ou γRd2 – voir plus loin)
  21. 21. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 21/27 Le facteur de modèle est déterminé par groupe de pieux. Pour les pieux vissés et les pieux CFA, la valeur du facteur de modèle dépend de la disponibilité ou pas de résultats d’essais de chargement statique de pieux instrumentés (SLT). Les essais de chargement statiques de pieux doivent dans ce cas satisfaire aux conditions décrites dans l'annexe 1. Pour les pieux battus et forés, cette distinction n'est pas faite parce que 'exécution n’est pas aussi déterminante pour la capacité portante qu’elle ne l’est pour les pieux vissés et CFA. Les valeurs du facteur de modèle sont indiquées au tableau 5. Groupe de pieux Sans SLT : γRd1 Avec SLT* : γRd2 Pieux battus et vérinés 1.00 1.00 Pieux vissés 1.25 1.00 Pieux CFA 1.35 1.15 Pieux forés 1.15 1.15 Tableau 5 : Valeurs du facteur de modèle γRd * conditions, cf. Annexe 1 Si l’entrepreneur a exécuté des essais de chargement statique, il peut, sous certaines conditions, en plus d’utiliser un facteur de modèle réduit γRd2, appliquer d’autres facteurs d'installation αb et/ou αs que ceux représentés au tableau 4 pour le pieu en question. Les conditions sous lesquelles les facteurs d’installation plus favorables peuvent être appliqués sont décrites à l'annexe 2. 4.4 Valeur caractéristique de la capacité portante La valeur caractéristique de la capacité portante est déterminée en fonction de diverses valeurs calculées et calibrées de la capacité portante Rc,cal,i, en appliquant les facteurs de corrélation ξ3 et ξ4 respectivement sur les valeurs moyenne et minimum : ( ) ( ) ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = 4 min , 3 , , ; min ξ ξ cal c moyenne cal c k c R R R (7)
  22. 22. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 22/27 Si ( ) ( ) 3 , 4 min , ξ ξ moyenne cal c cal c R R < , le facteur de corrélation ξ4 est appliqué à la résistance à la pointe et au frottement correspondant au CPT qui fournit la capacité portante la plus faible. Le facteur de corrélation ne doit pas être appliqué à la résistance à la pointe minimum et au frottement minimum provenants de CPTs différents. Les valeurs de ξ3 et ξ4 sont données aux tableaux 6 et 7 en fonction du nombre de CPT par m². On suppose une distribution des CPT sur le terrain qui est représentative de l'ensemble du terrain. Pour les valeurs intermédiaires de densité d’essai de pénétration, on peut interpoler les valeurs. Les valeurs sont valables pour une structure qui est suffisamment rigide de sorte que les forces d'un pieu défaillant (p.ex. dans une zone plus faible) puissent être transférées aux pieux voisins. En règle générale, une structure peut être considérée comme étant suffisamment rigide si, par la suppression d'un pieu dans le calcul, le tassement de la construction reste inférieur à 5 mm. Pour les structures qui ne sont pas suffisamment rigides, les facteurs de corrélation à appliquer sont ceux relatifs à la 1ère ligne des tableaux 6 et 7 (1 pieu). Ce qui précède implique que, pour une construction fondée sur 1, 2 ou 3 pieux, ce sont toujours les facteurs de corrélation de la première ligne dans les tableaux 6 et 7 qui doivent être appliqués, car, dans le cas de la suppression de 1 pieu d'un groupe de 3 pieux, la rigidité ne peut être assurée que dans une seule direction. Pour la valeur caractéristique de la capacité portante, issue d'un essai de pénétration statique, exécuté dans l'axe du pieu ou à une distance maximale de 3 Db, les facteurs de corrélation ξ3 et ξ4 peuvent être définies comme étant 1,08. La méthode des valeurs ξ est une méthode simplifiée pour tenir compte de l'hétérogénéité du terrain, ce qui signifie que pour une zone très homogène les valeurs peuvent être assez conservatrices. Moyennant une justification, d'autres valeurs ξ peuvent être appliquées, par exemple adopter des valeurs ξ correspondant à une densité d’essais de pénétration plus importante (1 ou 2 colonnes plus à gauche dans les tableaux). La justification peut consister en une analyse statistique, d’où la valeur caractéristique est déterminée directement ou par une étude de la longueur d’autocorrélation.
  23. 23. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 23/27 DENSITÉ DES ESSAIS DE PÉNÉTRATION NOMBRE DE PIEUX 1 CPT 10 m² 1 CPT 50 m² 1 CPT 100 m² 1 CPT 300 m² 1 CPT 1.000 m² 1 1.25 1.29 1.32 1.36 1.40 2 1.21 1.25 1.28 1.32 1.36 3 1.18 1.21 1.24 1.28 1.32 4-10 1.15 1.19 1.21 1.25 1.29 > 10 1.14 1.17 1.20 1.24 1.27 Tableau 6 : Valeurs de ξ3 qui seront appliquées à la valeur moyenne DENSITÉ D’ESSAI DE PÉNÉTRATION NOMBRE DE PIEUX 1 CPT 10 m² 1 CPT 50 m² 1 CPT 100 m² 1 CPT 300 m² 1 CPT 1.000 m² 1 1.08 1.17 1.23 1.31 1.40 2 1.05 1.13 1.19 1.28 1.36 3 1.02 1.10 1.16 1.24 1.32 4-10 1.00 1.07 1.13 1.21 1.29 > 10 1.00 1.06 1.12 1.20 1.27 Tableau 7 : Valeurs de ξ4 qui seront appliquées à la valeur minimum 4,5 Valeur de calcul de la capacité portante La valeur de calcul de la capacité portante est obtenue en divisant la valeur caractéristique de la résistance à la pointe et du frottement par des facteurs partiels : Rc,d = Rb,k / γb + Rs,k / γs (8) La valeur de ces facteurs dépend de la garantie qui peut être attribué à la qualité de l'exécution du pieu. En attendant la possibilité d’appliquer un processus de certification, cette garantie devra être délivrée par la présentation d'un plan de qualité solide. Combinaison 1 Combinaison 2 Sans garantie de qualité Avec garantie de qualité Sans garantie de qualité Avec garantie de qualité Groupe de pieux γB γs γB γs γB γs γB γs Pieux battus et vérinés 1.00 1.00 1.00 1.00 1.35 1.35 1.35 1.35 Pieux vissés 1.00 1.00 1.00 1.00 1.45 1.35 1.35 1.35 Pieux CFA 1.10 1.00 1.00 1.00 1.50 1.35 1.35 1.35 Pieux forés 1.20 1.00 1.00 1.00 1.65 1.35 1.35 1.35 Tableau 8 : Valeurs de γb et γs
  24. 24. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 24/27 Références ¾ Eurocodes : [1] Frank, R., Bauduin, C. e.a. Designers' Guide to EN 1997-1. Eurocode 7: Geotechnical design – General rules. London, Thomas Telford, 2004. Pour les informations les plus récentes sur les différents Eurocodes et leurs annexes nationales, veuillez consulter le site Web des Normes Antennes: http://www.bbri.be/antenne_norm ¾ Reconnaissance géotechnique : [2] Organisation internationale de normalisation prEN ISO 22476-1 Ground investigation and testing — Field testing — Part 1: Electrical cone and piezocone penetration tests (CPT and CPTU). Norme provisoire, s.d. [3] Organisation internationale de normalisation prEN ISO 22476-12 Ground investigation and testing — Field testing — Part 12: Mechanical cone penetration test (CPT). Norme provisoire, 2006. Pour plus d’informations sur les cartes géologiques référez-vous au site du Service Géologique de Belgique (http://www.sciencesnaturelles.be/institute/structure/geology/). Pour plus d'informations sur la géologie locale et des résultats de forage et d’essais de pénétration dans les environs, veuillez vous référer au site Web de la Databank Ondergrond Vlaanderen : http://dov.vlaanderen.be ¾ Calcul de la capacité portante : [4] De Beer, E. Méthodes de déduction de la capacité portante d'un pieu à partir des résultats des essais de pénétration. Bruxelles, Journal des Travaux publics de Belgique, volume 72, no 4 (p. 191-268), no 5 (p. 321-353) & no 6 (p. 351-405), 1971- 1972. Une description de la méthode De Beer ainsi que des exemples de calcul sont disponibles sur le site du projet SFT « Techniques spéciales de fondation » (www.tis-sft.wtcb.be) sous la rubrique « Publications » ainsi que sur le site du GBMS (www.bggg- gbms.be).
  25. 25. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 25/27 Annexe 1 : Conditions pour l'application d'un facteur de modèle réduit γRd2 Le facteur de modèle réduit γRd2 pour les pieux vissés et CFA peut être appliqué si l’une des conditions suivantes est respectée: Ö L'entrepreneur a participé à une vaste campagne d’essais de chargement statique de pieux instrumentés du type de pieu en question (voir tableau 4) dans le type de sol, où la campagne d'essais a été suivie et analysée par un institut indépendant. Les résultats n'ont montré aucun écart du pieu considéré par rapport aux autres pieux testés. OU : Ö Si l’entrepreneur n’a pas participé à une campagne d’essais telle que décrite ci-dessus, il doit, par la réalisation d'au moins 2 essais de chargement statique de pieux instrumentés dans le type de sol en question, suivis par un institut indépendant, prouver que le pieu en question ne présente pas un comportement déviant par rapport aux pieux soumis à la campagne d’essais. À cet effet, les équations suivantes doivent être respectées : group moyenne c m c ur entreprene moyenne c m c R R R R , , , , ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ≥ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ μ (9) ET : ( ) ( ) ν ≥ ur entreprene c m c ur entreprene c m c R R R R max, , min, , / / (10) avec : Rc,m la valeur mesurée de la capacité portante totale Rc la valeur calculée de la capacité portante totale (avec αb et αs du tableau 4) μ, ν cf. tableau 9
  26. 26. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 26/27 Lorsque toutes les valeurs individuelles de ur entreprene c m c R R ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ , sont supérieures à group moyenne c m c R R , , ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ , l’équation (10) n’est plus d’application. ν Nombre de SLT Groupe de pieux μ 2 3 4 Pieux vissés 0.95 0.90 0.85 0.80 Pieux CFA 0.90 0.85 0.80 0.75 Tableau 9 : Valeurs de μ et ν
  27. 27. Application de l'Eurocode 7 en Belgique : Directives pour le dimensionnement en ELU de pieux sous charge axiale en compression Version de mars 2008 P. 27/27 Annexe 2 : Conditions pour l’application de facteurs d’installation αb ou αs plus favorables En plus d'un facteur de modèle γRd2 réduit, un entrepreneur peut aussi appliquer d’autres facteurs d'installation αb et/ou αs que ceux du tableau 4 pour le type de pieu en question, à condition qu’il ait exécuté au moins 4 essais de chargement statique sur pieux instrumentés dans le type de sol en question, e que ces essais aient été surveillés par un institut indépendant. Les résultats des essais doivent satisfaire aux équations suivantes: , , , , , group moyenne c m c ur entreprene moyenne c m c R R R R ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ≥ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ κ (11) ET : ( ) ( ) ν ≥ ur entreprene c m c ur entreprene c m c R R R R max, , min, , / / (12) La valeur de κ est d’au moins 1,1 et la valeur de ν figure dans le tableau 10. Groupe de pieux ν Pieux vissés 0.80 Pieux CFA 0.75 Tableau 10 : Valeur de ν Les facteurs d’installation du tableau 4 peuvent dans ce cas être augmenté d’un facteur égal à la valeur de κ.

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