Exposé sur les fondations profondes et semis profondes

I.2. Capacité portante d'un pieu isolé soumis à un chargement axial 

I.2.1 Aperçu théorique 

le chargement verticale d'un pieu se traduit par la mobilisation d'une pression verticale en pointe, et des contraintes de cisaillement le long du fût du pieu appelé aussi le frottement latérale.

Considérons un pieu dont la base est située à la profondeur D, dans un sol homogène, ce pieu dont on néglige le poids est chargé axialement en tête par une charge Q. si l'on accroît progressivement Q à partir de 0, le pieu s'enfonce en tête de St, et la courbe représentant Q en fonction de St a l'allure indiqué dans la figure I.3, avec une charge limite correspondant à la rupture du sol.

Au moment de la rupture, la charge Q_l est équilibrée par les réactions limites du sol suivantes :

Ø Résistance unitaire du sol sous la pointe qp, conduisant à la charge limite de pointe Q_p ;

Ø Résistance qs due au frottement du sol sur la surface latérale du pieu conduisant à la charge limite par frottement Q_f.

Q_l = Q_p + Q_f.

Et l'on a donc :

Fig.I.3 Essai de chargement de pieu. Courbe effort déplacement en tête.

I.2.2 Les méthodes pratiques de détermination de la charge limite d'un pieu isolé :

Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour la détermination de la charge limite d'un pieu, les plus adaptées sont :

ü Essai de cisaillement en laboratoire, mais elle conduit souvent à des résultats médiocres.

ü Essai au pénétromètre statique, ils sont très bien adaptés, mais l'utilisation du pénétromètre statique est limitée aux pieux fichés dans les sols suffisamment meuble.

ü Essai au préssiomètre Ménard, ils présentent le grand avantage d'être utilisés dans tous les terrains.

D'autres méthodes peuvent être utilisées tel que l'essai de chargement de pieu, et l'essai au phicomètre.

Dans ce qui suit, on va s'intéresser aux trois premières méthodes.

I.2.3 Capacité portante d'un pieu à partir des essais en laboratoire :

v Cas d'un milieu homogène (monocouche) :

Un pieu est fiché dans un milieu homogène, lorsqu'il traverse une seul couche de même caractéristiques mécaniques, on l'appel aussi un monocouche, dans ce cas l'ancrage (h) est égale à la hauteur d'encastrement (D).

D'après philipponat (2002), la charge nominale d'un pieu est donnée par la formule suivante :

Q_n = Q_p / F1 + Q_f / F2

Avec :

Q_n : charge nominale du pieu ;

Q_p : résistance de pointe ;

Q_f : frottement latéral ;

F1 : coefficient de sécurité sur le terme de pointe (F1 = 3) ;

F2 : coefficient de sécurité sur le terme de frottement (F2 = 2).

· Le terme de la pointe :

Q_p = A. q _u

Avec :

A : aire de la section droite de la pointe du pieu (A= ð R²).

q _u : résistance de pointe à la rupture elle est donnée par :

q _u = C. Nc _max+ ã . D. Nq _max

Avec :

D : longueur du pieu = ancrage.

Nc _max, Nq _max : coefficients numériques en fonction de l'angle de frottement interne (annexe).

· Le terme de frottement latéral :

Q_f = P (C. D + 1 / 2 ã. D². tg ö)

Avec :

P : périmètre du pieu (P = 2 ð R.) ;

ã : poids volumique de la couche traversée par le pieu ;

ö : angle de frottement interne.

v Cas d'un milieu hétérogène (multicouche) :

Un pieu est fiché dans un multicouche, lorsqu'il traverse au moins deux couches de caractéristiques mécaniques différentes. La capacité portante est calculée comme suit :

· Calcul du terme de pointe :

Q_P= A. q _u

q _u = [ Nq . ? (ãi. h_i) +1.3 x Nc. C]

Avec :

ãi. : Poids volumique de la couche « i » ;

h_i : épaisseur de la couche « i », pour la couche d'ancrage h_i = ancrage (h) ;

C : cohésion.

· Calcul du terme de frottement latéral :

Q_f = ?Q_fi

Q_fi : frottement latéral au niveau de la couche « i », on a :

Q_fi = (P. h_i). [0.5x ã_i. h_i. tg ö + C]

Remarque :

Dans le cas de présence d'une nappe (sol saturé), on remplace ã par ã^' (ã^'est le poids volumique déjaugé ã^'= ã_sat - ã_W).