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Traitement du sol par colonne ballastées

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par belkacem djebrou
SAAD dehleb blida algerie - ingenieur d(état en génie civil 2007
  

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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de L'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université SAAD DAHLEB - BLIDA - Faculté des Sciences de L'Ingénieur

Département de Génie Civil

En vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur d'Etat en Génie Civil

Option : géotechnique

Présenté par :

Encadré par:

Mr. DJEBROUN Belkacem Mr. GRINE Khaled

Mr. SAIDI Mohamed Amine

Promotion 2007/2008

XEliEQCLliENTS

Notre reconnaissance éternelle et nos vi~s remerciements à notre grand

créateur, « ALLA5( », qui nous a donné la santé et la volonté a~in
d'accomplir ce PeFE.

Nous tenons à remercier vivement notre promoteur lir. ÇXLNE
75(ALED pour sa disponibilité, son aide et ses conseils qui nous ont
servis de ré~érence, ainsi que pour sa patience et sa contribution
précieuse dans l' 'élaboration de ce travail.

Nous adressons nos remerciements à lir. BENKOLAÏ SliAIL
l'ingénieur géotechnicien de la société XELLEXTondations
Spéciales-agence d'Algérie, qui nous a permis d'e~~ectuer un stage
pratique au sein de la société et pour toute son aide et ses précieuses
conseils.

Enfin, on tient à remercier l'ensemble des enseignants du département
de génie civil qui ont participés à notre formation d'ingénieur et tous
ceux qui ont contribués de prés ou de loin à la réalisation de ce travail.

Djebroun et Saïdi

Je dédie et ouvre ce modeste travail
A ma mère et à mon père qui ont éclairé ma route
par leurs compréhension, leurs sacrifices et leurs
affection ainsi que leur soutien moral et matériel
A mes chères soeurs
À mes chers frères et à leurs épouses
Sans oublier mes chers neveux et nièces
A tout LA famille
DJEBROUN
A tous mes amis, surtout Ali, Nabil, Ismail, Kamel,
et mon binôme Amine qui a fait un effort pour
réalisé ce modeste travail.

Belkacem

Je dédié ce modeste travail:

A mes chers parents, qui ont éclairé ma route par leurs

compréhension, leurs sacrifices et leurs affection ainsi

que leur soutien moral et matériel

A mon cherfrère : Oussama

A mes chères soeurs : Zahida, Taiza, Sarah, Zeineb et

Soummeiya.

Sans oublier mon très cher neveu Ayoub et mes très

chères nièces :Mariah et %hadidja.

A mes cousins : .7-fabib et Tarid.

A toute la famille SAIDI et la famille C.7-fEBAB.

A tous mes amis, en particulier Mustapha, Ahmed~

Et surtout à mon binôme Belkacem qui a fait un

effort pour réalisé ce modeste travail.

A tous ceux que j'aime et qui m'aiment

MohamedAmine

TcbL c s vvtc~~~- s

I. Introduction générale 1

II. Etude bibliographique 3

II.1. Eléments fondation . 3

II.1.1 .Facteurs de choix du type de fondation ... 3

II.1.2.Les types des fondations 3

II.1.2.1. Fondations superficielles 3

1. Les semelles . 3

· Semelles isolées 3

· Semelles continu ou filantes 4

· Semelles en gradins .. 5

2. Les radiers 5

II.1.2.2. Fondations profondes 6

· Les pieux 6

1. Le mode de fonctionnement des pieux .. 6

2. Types de pieux 6

2.1. Pieux battus 6

2.2. Pieux forés 9

II.1.3. Ruptures des fondations 13

II.1 .4.Conclusion .. 13

II.2. Techniques de traitement du sol 14

II.2.1.Colonnes ballastées . 14

II.2.1.1 .Domaine d'application 14

II.2.1.2.Techniques de mise en oeuvre . 14

II.2.1.3.Mode opératoire . 16

II.2.1.4.Avantage du vibreur à sas 17

II.2.1.5 .Limite du domaine d'application 17

Autre types des colonnes ..18

1. Colonnes à module contrôlé (CMC) .18

2. Colonnes à module mixte (CMM) 20

3. Plots ballastés 21

II.2.2.Renforcement des sols par vibroflotation 23

II.2.2.1 .Domaine d'application 23

II.2.2.2.Principe de l'amélioration de sol par vibrocompactage . 23

II.2.2.3.Objectifs de traitement par vibrocompactage . 24

II.2.2.6.Mode opératoire . 25

II.2.2.7.Limite d'utilisation .. 28

II.2.3. Compactage dynamique 28

II.2.4.Renforcement par jet grouting 29

II.2.4.1 .Soilcrete-Histoire 29

II.2.4.2.Le procédé de jet grouting soilcrete ... 30

II.2.4.3 .Domaine d'application des différentes techniques d'injection 30

II.2.4.4.Applications 30

II.2.4.5.Les propriétés du soilcrete 31

II.2.4.6.Développement de la résistance du soilcrete .. 31

II.2.4.7.Les différents procédés 31

II.2.4.8.Séquences de mise en oeuvre 33

II.2.5 Autres techniques 34

1. Préchargement ..34

1.1.Principe . 34

1 .2.Domaine d'application et technique de mise en oeuvre 34

II.3. Liquéfaction . 36

II.3.1 .Notion de dilatance/contractance . 36

II.3.2.Description de phénomène de liquéfaction . 37

II.3.3.Explication physique du phénomène 37

II.3 .4.Identification des sites liquéfiables . 38

II.3.5 .Etude des paramètres qui affectent la résistance à la liquéfaction . 39

II.3.6.Comportement des sables en cisaillement monotone . 40

II.3.7.Cisaillement drainé et non drainé d'un sable à l'appareil triaxial . 40

II.3.8.Constatation sur les ouvrages 41

II.3.9.Evaluation du potentiel de liquéfaction 43

II.3.9.1.Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de l'essai SPT

(Méthode de Seed & Idriss, 1971) 44

II.3.9.2.Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de l'essai SPT

(Méthode de l'Eurocode 8) . 44

II.3.9.3.Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de l'essai CPT

(Méthode de Seed & Idriss, 1982) 44

II.3 .9.4.Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de la célérité Vs

(Méthode de l'institut NIST, 1999) . 44

II.3.10.5.Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir des essais cycliques

de laboratoire (Méthode d'Ishihara, 1976) . 45

II.3.9.6.Evaluation du potentiel de liquéfaction avec les colonnes ballastées

(Méthode empirique de priebe) 45

II.4. Conclusion 45

III. Synthèse et interprétation des données géotechniques ..46

III.1. Présentation du projet . 46

III.1.1.Situation du projet et morphologie du terrain 46

III.1 .2.Aperçu géologique de la région . 46

III.1.3.Sismicité da la région 46

III.2. Synthèse géotechnique . 47

III.2.1 .Introduction 47

III.2.2.Coupe lithologique des sondages carottés 47

III.3. Interprétation des données géotechniques . 48

III.3.1 .Caractéristiques physiques et mécaniques du sol 48

III.3.2.Essais de laboratoire 48

III.3.2.1 .Identification physique 48

III.3 .2.2.Caractéristiques mécaniques 51

III.3.2.3.Analyse chimique du sol ..51

III.3.2.3 .Récapitulation des résultats 52

III.4.Résultats des essais in-situ . 57

III.4.1.Essais au pénétromètre standard (SPT) ... ...58

III.4.2.Essais pressiométriques (PMT) 59

III.3.4.Compagne géophysique 63

I. Méthode Down-Hole 63

I.1.Objectif de l'étude 63

I.2.Principe 63

I.3.Mise en oeuvre 63

I.4.Résultats des mesures . 64

II. Méthode sismique réfraction 68

1. Principe de l'essai 68

2. Réalisation des essais de reconnaissance . 68

3. Résultats obtenus . 69

III. Méthode électrique . 75

1. Principe 75

2. Réalisation des essais de reconnaissance 75

IV. Méthode des ondes de surface M.A.S.W 80

III.4. Interprétation des résultats . 85

IV. Calcul des fondations

.87

IV.1 .Introduction

.87

IV.2.Calcul de la capacité portante des fondations superficielles

87

IV.2. 1 .Cas des semelles isolées

.87

IV.2.2.Cas du radier

. ...102

IV.3. Dimensionnement des fondations profondes

105

IV.4. Calcul du tassement

113

IV.4. 1. Tassement du radier

113

IV.4.2. Tassement des fondations profondes à partir de l'essai SPT

..121

 

IV.5. Etude du risque de Liquéfaction

.122

IV.5.1.Vérification des conditions de prédisposition de la liquéfaction

.122

IV.5.2.Calcul du potentiel de liquéfaction à partir des essais au pénétromètre Standard (SPT)

122

IV.6. Conclusion générale

. 131

 

V. Dimensionnement des colonnes ballastées

.132

V.1.Introduction

.132

V.2.Concept

.132

V.2. 1 .Définition des paramètres caractéristiques

.132

V.2.2.Modèles de ruptures

133

V.3. Dimensionnement des colonnes ballastées

135

V. 3.1. Mailles de référence

135

V.3.2. Justification des contraintes pour le sondage PR01

136

V.3.3. Justification des contraintes pour le sondage PR02

138

V.4. Justification en terme de tassements

.140

 

Conclusion

142

V.5.Essai de chargement

142

Références bibliographiques

Annexes

.151

A. Méthodes d'évaluation du risque de liquéfaction

153

B. Abaques de dimensionnement de Priebe (1995)

. 174

C. Coupes verticales des sondages carottés

.177

D. Courbes des essais de laboratoire

183

E. Résultats de calcul par le programme StoneC

.195

F. Résultats de l'essai de chargement

..200

G. Réalisation des colonnes ballastées

.201

 

Introduction générale

Le sol est généralement un matériau hétérogène avec des caractéristiques très variables. Les principaux problèmes liés aux sols de façon générale se manifestent par une capacité portante faible, des déformations (tassement absolu ou différentiel) importants sous charges statiques, ou dynamiques (séisme) surtout pour les sols sableux lâches et saturés.

Le développement de la mécanique des sols et les recherches dans le domaine de la géotechnique ont permis la mise au point d'une large gamme de techniques permettant l'amélioration du sol présentant de faibles propriétés géotechniques et présente l'aptitude a se déforme de façon considérable sous l'action d'un chargement. Parmi ces sols compressibles on note les sols fin (argiles, limons vases, tourbe) et les sols pulvérulent tel que, les alluvions récents, les remblais d'origine anthropique.

Actuellement, la construction d'ouvrages sur de tel sol fait souvent appel a ce genre de techniques qui sont relativement récent pour le traitement de ces sols afin d'améliorer leur caractéristiques géotechniques. Ces techniques sont nombreux et peuvent être classé comme suit (ASEP-GI, 2004) :

> Technique d'amélioration du sol en masse (densification des sols grenues,

compactage dynamique, explosif, vibro flottation, compactage statique en profondeur, consolidation et pré-chargement des sols fins et des sols organiques, pré-chargement par vide, électro-consolidation) ;

> Injection des sols grenus et sols fins ;

> Amélioration des sols par inclusion verticale (colonnes ballastées, inclusions rigides, colonnes de mortier sol-ciment réaliser par jet (jet grouting), colonnes de sol traité à la chaux et/ou au ciment) ;

La démarche d'application de chaque technique d'amélioration des sols comporte quatre étapes (Dhouib et al. 2004) :

Définition des critères du projet : emprise, sollicitations, tassements tolérés ; Identification des sols : nature granulométrie, présence d'eau ;

Choix de la solution d'amélioration des sols ;

Optimisation de la solution d'amélioration des sols la mieux adaptée ;

Le cas d'étude faisant partie de notre projet de fin d'étude consiste a la réalisation d'une central électrique à gaz, qui situe au niveau du port d'Alger, à coté de l'ancienne centrale électrique, le terrain présente une morphologie plate, et s'étale sur une superficie de 5500 m2, soit un rectangle de 110 x 50m.

Les études géotechniques établis révèlent l'existence de couches superficielles présentent des caractéristiques peuvent affecter la stabilité de l'ouvrage projeté.

Le but de ce projet consiste à faire une étude détaillé des différents caractéristiques géotechnique des sols constituant le site afin d'opter pour le choix de type de fondation le plus adéquat (fondation superficielle, semi-profonde, profonde) ou opter pour la techniques d'amélioration la plus favorable qui peut proférer au sol une portance suffisante capable de reprendre les charges transmis par l'ouvrage sans risque de rupture.

Pour ce faire, ce présent travaille est subdivisé principalement en cinq grand chapitres : Chapitre I : introduction générale.

Chapitre II : synthèse bibliographique.

Chapitre III: synthèse et l'interprétation des données géotechniques.

Chapitre IV : calcul des fondations.

Chapitre V : dimensionnement des colonnes ballastées

Et enfin, on terminera par une conclusion générale.

II.1.Eléments fondations :

Les fondations agissent comme interface entre la structure et le sol naturel. Elles ont comme fonction de distribuer l'ensemble des charges de l'ouvrage dans le sol. Si leur dimensionnement est convenable, les contraintes générées dans le sol suit au chargement ne vont pas entraîner la rupture du sol.

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