CALCUL DE LA CAPACITE PORTANTE DES FONDATIONS A ...

CALCUL DE LA CAPACITE PORTANTE DES FONDATIONS A PARTIR DES ESSAIS IN SITU Certains essais "in situ" sont utilisés pour le calcul des fondations
superficielles et profondes. Ces calculs résultent de certaines analogies
que l'on peut établir entre le comportement d'un sol lors d'un essai "in
situ" et le comportement du même sol vis à vis des sollicitations d'une
fondation. En effet, des recherches récentes montrent qu'il existe une
analogie étroite entre le comportement du sol lors de l'essai d'expansion
d'une cavité cylindrique (essai pressiométrique) et le comportement du sol
autour de la pointe du pieu. De même, le pressiomètre est largement utilisé
pour le calcul des pressions de rupture des fondations superficielles ainsi
que pour la détermination des tassements. Il existe aussi une analogie
mécanique entre le pénétromètre statique et le pieu. Il s'agit du même type
de sollicitation, mais les conditions de l'essai et les conditions de
travail peuvent être différentes. 1. - ESSAIS PRESSIOMETRIQUE Il s'agit d'un essai contrainte-déformation mené jusqu'à la rupture pour
une configuration d'application des charges bien précise. Cet essai, mis au
point par MENARD, consiste à mesurer l'augmentation de volume d'un cylindre
dilatable, soumis à une augmentation de pression intérieure, et placé à la
profondeur à laquelle on désire tester le sol. Il est donc nécessaire
d'exécuter préalablement un forage dans lequel on introduit la sonde.
Suivant la nature des terrains rencontrés, ce forage peut être réalisé à
l'aide d'une tarière, d'un carottier, ou de tout autre forme de moyen
mécanisé (tube lanterné : tube fendu longitudinalement donc déformable,
mèche hélicoïdale, ...). Notons cependant qu'on ne réalise jamais un seul
essai pressiométrique à une profondeur unique, mais on effectue une série
d'essais espacés d'un mètre par exemple, constituant un sondage
pressiométrique et variant le plus souvent de 5 à 30 m de profondeur. Par
raison de précaution, on fait progresser le forage au fur et à mesure des
essais jusqu'à la profondeur maximale à atteindre. 1.1. - Description sommaire de l'appareillage L'appareil comprend 2 parties :
. la sonde (introduite dans le forage au bout d'un train de tiges),
. le dispositif de mesure (restant à la surface du sol). 1.1.1. - Sonde
La sonde est constituée d'une armature cylindrique recouverte d'une
enveloppe en caoutchouc. Les diamètres sont variables (32 à 115 mm) mais le
plus utilisé est de 58 mm. Dans ce cas la hauteur utile est de 175 mm.
Cette armature se décompose en 3 cellules : une cellule médiane dite
cellule de mesure et deux cellules extérieures dites cellules de garde. Les
cellules de garde sont soumises à une pression de gaz (CO2 alors que la
cellule de mesure est soumise à une pression d'eau (liquide
incompressible). 1.1.2. - Dispositif de mesure Le dispositif de mesure se compose d'un contrôleur pression-volume
constitué d'un volumètree et d'un manomètre de mesure. La source de
pression est une bouteille de CO2) délivrant jusqu'à 60 bars. 1.2. - Conduite de l'essai
La pression régnant à l'intérieure de la sonde est absorbée en partie par
la déformation de l'enveloppe. Il y a donc lieu de procéder avant tout
essai à un étalonnage de la sonde en traçant la courbe donnant
l'augmentation de volume ?V en fonction de la pression P. Il en résulte une
correction de pression variable avec le volume d'eau injectée. De plus, la
pression de la sonde est égale à la pression lue au manomètre augmentée de
la hauteur d'eau jusqu'au niveau de la mesure. D'autre part, comme on ne
s'intéresse qu'à la pression effectivement appliquée aux grains, on devra
soustraire la pression interstitielle dans le cas où on rencontrerait une
nappe. En définitive la pression réellement appliquée au sol est égale à la
pression lue au manomètre moins la pression nécessaire pour déformer la
sonde, plus la hauteur de la colonne d'eau, moins la pression
interstitielle.
Supposons maintenant que toutes les corrections sont faites. L'essai est
alors réalisé en augmentant la pression par palier. A chaque palier, on
note les valeurs de l'augmentation de volume ?V au bout de 15s, 30s et 60s
après la fin de la mise à la pression. On trace la courbe :
?V60 = f(P)
Cette courbe comporte 3 parties :
. de 0 à P0 : une partie correspondant à l'application de la sonde sur
la paroi du forage et à la reconstitution de l'état de contraintes
initial qui s'est trouvé perturbé par le forage lui-même. P0 serait
donc la pression horizontale des terres au repos mais l'expérience
montre que ce n'est pas tout à fait le cas. Nous dirons que P0 est la
pression qui s'exerce à la fin de la phase de reconstitution.
. de P0 à Pf : une partie rectiligne correspondant à un comportement
pseudo-élastique du sol. Pf est la pression de fluage;
. de Pf à Pl : une partie fortement croissante présentant une
asymptote verticale d'abscisse Pl représentant la pression limite.
Théoriquement l'essai n'est valable que si la pression limitee est
atteinte en dix paliers égaux, ce qui en suppose la prédétermination.
Dans la pratique on admet un nombre de paliers dee 7 à 14, et on
considère que l'essai est terminé quand le volume d'eau injecté
atteint 700 à 750 cm3. C'est pour cela que ici l'essai a été arrêté à
800 m3
On trace ensuite les variations de la déformation différée (?V60 - ?V30) en
fonction de la pression P . Elle se décompose de deux segments, le point
anguleux correspondant à la pression de fluage. 1.3. - Résultats
En définitive, l'essai pressiométrique conduit à la détermination de deux
grandeurs qui sont caractéristiques :
. la pression limite Pl (définie comme l'asymptote de la courbe
pressiométrique ou déterminée par la méthode du "volume relatif"),
. le module pressiométrique standard E = K.?P/?V. . K : coefficient de compression de la sonde : K = 2(1 + ?)(Vi + Vm)
V Vi : volume de la cellule centrale au repos,
V Vm : volume de sol déplacé par la cellule de mesure. Il
correspond au milieu de la partie linéaire de la courbe
pressiométrique.
V ?P/?V : inverse de la pentee de la partie linéaire de la courbe
pressiométrique
Les valeurs du module pressiométrique E et de la pression limite Pl sont
reportées sur un tableau en fonction de la profondeur. Par ailleurs, sur ce
tableau figure la coupe du sondage et l'outil utilisé pour faire le forage. 1.3.1. - Détermination de la pression limite par la méthode du "volume
relatif"
Dans certains cas, il est impossible d'obtenir la pression limite par la
détermination de l'asymptote à la courbe car les volumes qu'il faudrait
injecter seraient trop importants pour la sonde. On emploie alors une
méthode graphique dite méthode du "volume relatif". Soit Vi le volume
initial de la cellule centrale pour la pression nulle. Soit Vo le volume
injectée pour atteindre le début de la partie linéaire de la courbee
pressiométrique, correspond à la pression Po et soit V le volume injecté à
un moment donné et correspondant à la pression P. (Toutes les pressions
sont les pressions corrigées indiquées précédemment au paragraphe 1.2.). On
trace en coordonnées bibliogarithmiques les variations de (V - Vo) (Vi +
Vo) en fonction de P. Pratiquement on obtient une droite.
La pression limite est définie comme étant la pression correspondant
à l'augmentation relative de volume (V - Vo) (Vi + Vo) = 1. Ce qui revient
à dire que la pression limite est la pression par MENARD et leur rôle sera
défini ultérieurement.
|SOLS |P1 |E |CATEGORIE |
|Vases et tourbes |0,1 - 1,5 |2 - 15 |I |
|Sables vaseux |1 - 5 |5 - 20 |I |
|Argiles molles |0,5 - 3 |5 - 30 |I |
|Limons |0,5 - 7 |5 - 50 |I |
|Argiles plastiques |3 - 12 |20 - 80 |I |
|Argiles raides et marnes|6 - 40 |50 - 600 |II |
| |12 - 30 |20 - 100 |II |
|Limons compacts |4 - 8 |40 - 400 |II |
|Sable compressible |10 - 30 |40 - 200 |II |
|Roche tendre ou altérée |10 - 40 |75 - 400 |III |
|Sable et gravier |40 - 90 |50 - 600 |III |
|Roche |30 - 60 |80 - 400 |III |
|Sable et gravier très | | | |
|compacts | | | | 1.4. - Avantages et inconvénients du pressiométre
1.4.1. - Avantages
L'appareillage est relativement simple, robuste et léger. Les essais sont
réalisables dans tous les types de sols à condition de bien choisir la
technique de mise en place de la sonde. Cet essai permet d'aborder les
problèmes de stabilité à court terme et d'évaluer valablement les
tassements lorsque ceux-ci sont faibles (quelques centimètres). De plus on
obtient quasi instantanément un ordre de grandeur de la pression
admissible. 1.4.2. - Inconvénients
Pour la mise en place de la sonde, il est nécessaire de faire un forage de
bonne qualité. L'essai est non ponctuel et intègre les caractéristiques du
sol sur toute la hauteur de la sonde (environ 60 cm). C'est un essai rapide
ne permettant pas d'aborder les problèmes de cons