Soutenance mémoire
Il existe sur les fondations une connaissance scientifique et technologique qui résulte de plusieurs siècles de réalisation, comme tout autre type de fondation, les fondations profondes peuvent être soumis à des chargements très variés et complexe, monotones, cycliques, verticaux, horizontaux, et se pose alors le problème de leur dimensionnement pour résister et se comporter correctement par rapport à ses sollicitations. Le chargement vertical des fondations que se soit statique ou cinématique à été traiter expérimentalement par chargement de fondation réel in-situ ou de modèles réduit au laboratoires, théoriquement ou numériquement par éléments finis avec une loi de comportement idéalisée, cela vient assez lourd quand il s’agit d’un problème tridimensionnelle problème de maillage. L’expérience montre que pour un groupe de pieu l’effet de groupe est, dans certains cas, positif. Cet effet positif pourrait résulter de la méthode de mise en place des pieux ou de la densification du sol environnant. En revanche l’interaction mécanique simple entre les pieux, induit un effet de groupe négatif est réduit la raideur global des pieux du groupe. Les méthodes de calcul en déplacement actuelles de groupe de pieux tiennent compte de cette interaction mécanique simple, alors que les effets bénéfiques ne peuvent être introduit que directement par les paramètres mécaniques du sol.
Les pieux sont généralement calculés selon l’une des deux hypothèses suivantes : l’une ne tenant compte que de l’effet d’interaction mécanique simple entre les pieux ; la deuxième hypothèse tient compte d’une manière très simplifiées de l’effet d’enserrement du sol entre les pieux enchevêtrés, le sol et pieux étant considérés comme un bloc monolithique. Les méthodes de calcul basées sur cette dernière hypothèse, issue des observations expérimentales, sont empiriques.
Etude bibliographique
GENERALITES
Nous dirons que nous avons une fondation profonde lorsque le rapport de la profondeur d’encastrement H sur la largeur ou le diamètre B est supérieur à 3. Ce type de fondation interviendra lorsqu’on ne pourra fonder un ouvrage sur semelle à une profondeur raisonnable :
• soit parce que le sol est de mauvaise qualité et présente une capacité portante insuffisante ;
• soit parce que les tassements prévisibles sont incompatibles avec l’ouvrage. Les charges sont alors reportées sur une couche plus résistante par l’intermédiaire d’ouvrages interposés : pieux, puits ou caissons. Les pieux et puits seront regroupés sous le vocable « fondations profondes » dans lesquelles on inclut les parois moulées. Ce sont des éléments dits « élancés ». Par contre, les caissons dits « éléments massifs », seront traités suivant le cas comme Des fondations superficielles ou comme des fondations profondes. Dans le cas de groupes de Pieux, les têtes sont reliées par une semelle appelée chevêtre.
CLASSIFICATION
Nous ne nous appesantirons pas sur cette partie qui fait l’objet de la technologie de Construction. Notons simplement que celle-ci peut se faire de différentes façons suivant qu’elle se base sur la technique de fabrication ou suivant la mise en place. Dans les deux cas le terme de pieu s’adressera aux éléments de diamètre à 80 cm, et le terme de puits aux autres quelque soit leur nature. D’une manière générale, on distingue :
Pieux façonnés à l’avance :
• En bois (pilots) : réservés à des ouvrages provisoires ou de petite dimension,
• Métalliques : qui sont des profilés H ou I, palplanches, tubes, …
• En béton armé : de section carrée, circulaire ou polygonale.
Ils sont généralement mis en place par battage ou vibro-fonçage, ce qui entraîne un refoulement du sol.
Pieux exécutés en place :
Dans cette catégorie on distinguera :
• Les pieux en béton exécutés à tube fermé battu ou vibrofoncé ou vériné (le tube pouvant être récupéré ou non). Ils provoquent un refoulement du sol ;
• Les pieux en béton, coulés dans des forages qui sont exécutés avec extraction du sol. Les Parois moulées font partie de cette catégorie.
Introduction pour la mécanique des milieux continus
La mécanique des solides a pour objectif d’étudier de manière mathématique rigoureuse le comportement des solides, essentiellement le comportement mécanique, c.à.d : la réponse des solides aux sollicitations extérieures. Cette réponse est caractérisée par la transmission des efforts à l’intérieur du solide, les déplacements des points du solide et la déformation de la matière. Les solides sont donc déformables, ce qui différencie essentiellement cette science de la mécanique rationnelle qui étudie le mouvement des solides rigides. La mécanique des solides est une science très vaste. Une hypothèse usuelle est d’admettre que le solide est continu. On se limite alors au point de vue macroscopique et on parle de mécanique des milieux continus. Cette branche s’applique d’ailleurs aussi bien aux fluides qu’aux solides, la distinction étant souvent délicate. Donc cette science ignore le détail de la structure moléculaire ou atomique de la matière, qu’elle suppose uniformément répartie dans l’espace. On peut diviser en quatre catégories les disciplines de la mécanique des milieux continus permettant d’aboutir à un ensemble complet d’équations rendant en principe possible la résolution de tout problème :
Cinématique
Elle étudie le mouvement du solide en termes de déplacement, vitesse, déformation,…et fournit des relations à caractère géométrique.
Mécanique
C’est l’étude des forces (gravitationnelle, électromagnétique,…) où s’introduit le concept très important de la contrainte.
Lois de la physique
Essentiellement mécanique et thermodynamique : équilibre, lois de Newton, conservation de l’énergie, conservation de la matière.
Lois constitutives
Ce sont les lois caractérisant le comportement physique de la matière, et reliant les variables des trois disciplines précédentes Dans ce chapitre, nous présenterons les éléments de base de la mécanique des milieux continus en vue de l’appliquer en mécanique des sols. Nous établissons les équations de la théorie de l’élasticité qui caractérise le comportement le plus simple des milieux continus.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I Etude bibliographique
I.1 Généralités
I.2 Classification
I.3 Introduction pour la mécanique des milieux continus
I.4 Critères de plasticité
I.5 Comportement général des pieux
I.5.1 Introduction
I.5.2 Effort de pointe
I.6 Modélisation physique du comportement des pieux
I.6.1 Introduction
I.6.2 Etablissement des lois de similitude pour un modèle réduit
I.6.3 Lois générales de similitude Equation de conservation
I.7 Méthodes de calcul et d’études des pieux
I.7.1 Introduction
I.7.2 Groupes de pieux
I.7.2.1 Chargement axial
I.7.2.1.1 Les méthodes numériques
I.7.2.1.2 Les méthodes simplifiées
I.8 Groupe de pieux
I.8.1 Introduction
I.8.2 Etudes expérimentales sur le comportement des groupes de micropieux
I.8.2.1 Essais en vraie grandeur sur site expérimental (CEBTP)
I.8.2.2 Essais en cuve expérimentale (Laboratoire 3S de Grenoble)
I.8.3 Analyse des résultats
I.8.3.1 Etude des paramètres influant sur la portance verticale
I.8.3.1.1 Espacement des pieux
I.8.3.1.2 Densité du sol
I.8.3.1.3 Nombre de pieux
I.8.3.1.4 Ordre d’installation
I.8.3.1.5 Influence de la semelle de liaison
I.9 Avantages et inconvénients des méthodes de calcul des groupes de pieux
I.10 Lois de comportement et analyse limite
I.10.1 Lois de comportement et essais de laboratoire
I.10.1.1 Lois de comportement des sols
I.10.1.2 Principes de modélisation du comportement des sols
I.10.1.3 Schémas théoriques de comportement
I.10.2 Généralités sur la plasticité des sols
I.10.3 Analyse limite
I.10.4 Calcul à la rupture d’un pieu isolé par la théorie de l’analyse limite
I.11 Conclusions
Chapitre II Théorie de l’analyse limite
II.1- Introduction
II.2- Généralités sur la plasticité des sols
II.2.1- Critère de l’écoulement et surface de charge
II.2.2- Plasticité parfaite
II.2.3- Loi d’écoulement plastique
II.3- Méthode de l’analyse limite
II.3.1- Introduction
II.3.2- Théorème de la borne inférieure
II.3.3- Théorème de la borne supérieure
II.3.4- Méthode de la recherche de la borne supérieure
II.3.5- surface de discontinuité d’un matériau de Coulomb (standard)
II.3.6- Dissipation d’énergie
II.3.7- extension aux matériaux non standards (méthodes de Radenkovic)
II.4 Calcul à la rupture d’un pieu isolé par la théorie de l’analyse limite
II.4.1 Calcul à la rupture
II.4. 2 Exposé de la méthode et choix de la configuration
II.4.3 Mécanisme de rupture et hypothèse de calcul
Chapitre III Modèles de calcul et Validation
III.1 Mécanisme de rupture et hypothèse de calcul
III.2 Modèles de calcul
III.2.1 Cas des pieux isolés selon coulomb en plan frottement lisse δ<φ
III.2.2 Cas des pieux isolés selon coulomb en 3D frottement lisse δ<φ
III.2.3 Cas de groupe de pieux selon coulomb en plan frottement lisse δ<φ
III.2.4 Cas de groupe de pieux selon coulomb en 3D frottement lisse δ<φ
III.3 Validation des modèles
III.3.1 Calcul du terme de pointe (DTU.13-2) pieu isolé
III.3.1.1 Ancrage critique « Dc »
III.3.1.2 Résistance de pointe
III.3.1.3 Capacité portante groupe de pieux
III.4 Calcul selon le DTU.13-2 pieu isolé
III.5Calcul selon le DTU.13-2 groupe de pieu
III.6 Données Mathcad pieu isolé selon Coulomb
III.7 Données Mathcad groupe de pieux selon Coulomb
III.8Conclusion
Chapitre IV Exposé des Modèles de calcul
IV.1 Modèles de calcul
IV.1.1 Pieu isolé En Plan Selon Coulomb frottement lisse δ<φ
IV.1.2 Pieu isolé En 3D Selon Coulomb frottement lisse δ<φ
IV.1.3 Groupe de pieux selon Coulomb en plan,(frottement lisse δ<φ )
IV.1.4 Groupe de pieux selon Coulomb en 3D, (frottement lisse δ<φ )
IV.2 Résultats d’application du code de calcul Mathcad
IV.2.1 Modèle Pieu isolé en 2D selon Coulomb cas de δ<φ
IV.2.2 Modèle Pieu isolé en 3D selon Coulomb cas de δ<φ
IV.2.3 Modèle Groupes de Pieu en 2D selon Coulomb cas de δ<φ
IV.2.4 Modèle Groupes de Pieu en 3D selon Coulomb cas de δ<φ
Conclusion générale
