Soutenance mémoire
Détermination des Charges ascendantes à compenser
Après avoir estimé les charges ascendantes manuellement (cf. § 4.4.1), l’objectif de cette partie consiste, en utilisant le logiciel Graitec Advance Design, à trouver les charges ascendantes solliciter les éléments structuraux porteurs.
L’idée est d’ajouter deux appuis ponctuels rigides (MP1 et MP2) au niveau du poteau P1 et à l’intersection des voiles contre terre en face du poteau P1, afin de stabiliser les éléments porteurs soulevés.
A partir de cette disposition, nous pouvons chercher les charges ascendantes sollicitées ces deux appuis afin de les compenser trouver les efforts Fzz (cf. Figure 21) au niveau des appuis ponctuels dans le modèle du radier avec la poussée hydrostatique.
Etude de cas : Stabilisation de la structure
Dans le chapitre 4 (cf. § 4.4.1 et 4.5.5), nous avons remarqué qu’il existe un risque de soulèvement au niveau de la partie de la structure s’arrêtant au RDC.
Dans le présent chapitre, nous exposons les différentes méthodes envisageables pour stabiliser cette partie soulevée par la poussée hydrostatique.
En effet, ce chapitre fera l’objet d’étude des 3 méthodes, qui sont les suivantes:
a) Stabilisation par ancrage, micropieux en traction
b) Stabilisation par Lestage, épaississement radier
c) Stabilisation parPoutre-voile.
Micropieux en traction
Définition
Le micropieu est un pieu de diamètre inférieur à 250 mm qui comporte une armature centrale scellée dans un coulis de ciment.
Les micropieux peuvent travailler indifféremment en traction ou en compression.
Après le recépage des micropieux au niveau de la tête, il sera mis en place de platines de connexion à intégrer dans le radier.
Selon DTU 13.12 et fasc. 62-titre V, les micropieux se classent suivant le matériel de forage et les techniques d’injection en 4 types de micropieux.
– Type I: pieu foré tubé, rempli de mortier (micropieux de type FONDEDILE), n’est plus actuellement utilisé en France.
– Type II: pieu foré, équipé d’armatures, scellé au coulis de ciment ou au mortier par gravité au moyen d’un tube plongeur.
– Type III : pieu foré, équipé d’armatures et d’un système d’injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. L’injection du coulis de ciment est faite en tête à une pression égale ou supérieure à 1MPa, elle est globale etunitaire (IGU).
– Type IV : pieu foré, équipé d’armatures et d’un système d’injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. L’injection du coulis de ciment est faite, à chaque niveau de manchettes, avec un obturateur simple ou double à une pression égale ou supérieure à 1 MPa.
L’injection est répétitive et sélective (IRS).
Dans notre étude nous prendrons un micropieu de type II, qui est le type le plus courant en France.
Définition des armatures
Dans le but de définir les armatures des micropieux, on va utiliser les renforts GEWI, les plus utilisés en Europe les micropieux seront constituées de barres GEWI.
Selon les fiches techniques trouvées sur le site de l’entreprise « DYWIDAG-SYSTEMS INTERNATIONAL», la gamme des diamètresdes barres est : 32, 40, 50 et 63.5 (cf. Annexe G) La qualité d’acier est de 500/550 MPa pour les barres de diamètre 32, 40 et 50 mm et de 555/700 MPa pour les barres de diamètre 63.5 mm.
Les efforts maximum à l’ELS sont respectivement de 40, 62, 98 et de 175tonnes.
Aucune provision pour corrosion n’est prise en compte, eau non agressive dans ce projet.
Avec un diamètre de forage de 250mm, l’enrobage des barres est supérieur à 50 mm.
Le diamètre des barres pour chaque micropieu est indiqué dans le tableau ci-dessous.
Choix retenu
Du point de vue structurel, les 3 méthodes présentées dans les paragraphes précédentspeuvent résister au risque de soulèvement, d’où il nous reste à choisir la méthodeappropriée au descontraintes économiques, planning, etc.
Estimation du coût de la stabilisation du radier par ancrage (micropieux)
Pour amener et ramener la machine de forage : 2500 euros
Prix de micropieu par mètre linéaire équivaut à : 75 euros30 m x 75 = 2250 euros
Recépage de 2 pieux au besoin (à bonne dimension) : 100 euros.
Le prix total de la réalisation de 2 micropieux est environ 4850 euros.
Estimation du coût de la stabilisation du radier par lestage
Excavation supplémentaire = 85 m 2 x 0.65 m = 55.25 m 3 , excavation 7 € et enlèvement de terre 7 € (le volume de terre retirée augmente de 20 à 30%)
Prix environ 850 €.
Volume béton armé C35/45 supplémentaire : 85 x 0.65 = 55.25 m3
Prix environ 55.25 x 120 € = 6630 €
Le prix total de l’épaississement du radier est environ 7480euros.
Estimation du coût de la stabilisation du radier par Bande noyée sur 2 travées + Poutre-voile
Aciers supplémentaires pour renforcer BN et PV est environ 1,5 T
Le prix de la tonne d’acier coupé façonné est environ 1200 €
Prix environ 1.5 x 1200 € = 3300 €
Main d’œuvre (ferrailleurs) pour la mise en place des renforts BN et PV.
Prix environ 700 €
Le prix total de renforcer la structure par BN et PV est environ 4000euros.
Finalement, le choix sera entre la première et la troisième méthode, du fait que leurs coûts soient plus économiques que la deuxième méthode, et queleurs impacts sur le planning soient limités à environ 2 à 3 jours.
Après avoir défini les méthodes de stabilisation de la structure vis-à-vis les efforts ascendantes de la poussée hydrostatique, le chapitre suivant va traiter les voiles contre terre des sous-sols des bâtiments à proximité des mitoyens.
Voiles contre terre
Définition
On entend par «voiles contre terre» des ouvrages verticaux en béton. Ils peuvent être préfabriqués ou réalisés directement à leur emplacement définitif dans la construction.
Cesouvrages sont des parois porteuses qui subissent simultanément des sollicitations de flexion transversalement à leur propre plan. C’est notamment le cas des voiles contre terre des sous-sols de bâtiments (les voiles périphériques), des murs de soutènement, des murs de réservoirs et des parois de silos.
Ils sont construits directement sur les fondations ou les longrines et sont situés sous le niveau du sol fini.
Ils servent à limiter :
– le terre-plein sur lequel prend appui la dalle,
– le vide-sanitaire sous le plancher bas,
– les locaux du sous-sol et les parkings de stationnement.
Ils se situent sous tous les verticaux porteurs et sont donc complètement ou partiellement enterrées.
Fonctions
Fonction mécanique
Les voiles contre terre doivent certainement supporter les charges provenant des verticaux porteurs qu’ilsreprennent et du plancher bas s’il est solidaire, mais aussi la poussée des terres puisqu’ilssont enterrés(charges horizontales).
En sus, les voiles contre terre peuvent reprendre les charges horizontales résultant de la présence de nappe phréatique ou d’une éventuelle remontée d’eaux souterraines.
Fonction étanchéité
Ilsdoivent s’opposer aux pénétrations d’eau :
– par infiltration à travers la paroi, ce qui donne des traces d’humidité à l’intérieur,
– par remontées capillaires qui donnent des traces d’humidité et des condensations à l’intérieur du voile,
– par infiltration au niveau des fondations, ce qui entraînerait une diminution de la capacité portante du sol.
Paroi berlinoise et lutécienne
Description
Cette technique consiste à faire, depuis la surface et avant tout creusement, une partie du soutènement de profilés métalliques qui assurerait l’équilibre des efforts de butée (en pied) et de poussée (tirants ou butons multiples).
Ultérieurement, on creuse par tranches horizontales (un à quelques mètres selon la tenue des terres) et on complète le soutènement : pose des butons ou des tirants sur les appuis verticaux déjà en place, blindage des talus dégagés entre les appuis verticaux.
Les tranches horizontales peuvent être multiples: dalles minces de béton coulées en place ou préfabriquées, planches ou madriers bois, planches métalliques ou béton projeté.
Le soutènement type est la « paroi berlinoise », ainsi dénommée car elle a été largement employée à Berlin. Dans ce cas, l’appui est un profilé métallique généralement mis en place dans un forage. L’espacement des profilés est de quelques mètres.
Fonction
La paroi berlinoise peut être utilisée pour fonder les verticaux porteurs du bâtiment, mais il faut prendre en compte la descente de charges du bâtiment dans les calculs de la paroi.
La paroi est constamment munie d’une poutre de couronnement en sa partie supérieure, juste à l’interface entre superstructure et infrastructure. Cette poutre est en général fortement armée. Elle est destinée à rigidifier dans le plan horizontal l’arase supérieure de la paroi et permet de reprendre d’éventuels excentrements entre le voile d’élévation et la paroi.
Les charges apportées par la construction et transmises à la poutre de couronnement de la paroi transitent ensuite par les H métalliques et les voiles béton. Au niveau de l’ancrage dans le sol sous le dernier plancher, les H (avec leur injection de béton) peuvent être poursuivis sur la longueur nécessaire et travailler au frottement dans le terrain d’assise.
C’est pourquoi, La paroi berlinoise est employée pour appuyer les planchers de sous-sol.
Pour cela, le ferraillage de la paroi inclut des dispositifs de liaison en attente « des U » qui sont dépliés une fois la paroi achevée et permettent la liaison avec les ouvrages de structure à solidariser avec la paroi.
Lorsque la mise en place « des U » n’est pas possible, on procède au scellement de barres en attentes dans la paroi.
Prix courant
Selon SPIE FONDATIONS : le prix d’exécution est environ 300 à 400 €/m.
Paroi Parisienne et moscovite
Ce type de paroi est très proche de la paroi berlinoise, elle utilise le matériau béton, où des poteaux en béton armé seront ainsi coulés directement dans le sol, à la manière de pieux forés. On peut d’ailleurs utiliser des pieux forés moulés, la paroi sera alors dite moscovite.
Après terrassement, un mur sera coulé en place à l’aide d’un coffrage une face ou en béton projeté, également à l’avancement des travaux de terrassement.
Domaine d’application et environnement
Également, ce type d’ouvrage est caractérisé par un blindage très économique pour fouilles en site urbain. Par contre les Vibrations et la nuisance sonore sont en fonction du système de mise en place. Remarque : la paroi parisienne n’est pas étanche, donc n’est pas conçue en présence de nappe phréatique ou en risque de remontée d’eaux souterraines.
Méthodologie
Les pieux sont réalisés en premier lieu à la limite de la fouille, depuis la plate-forme stabilisée.La paroi va ensuite être réalisée par passes verticales, comprenant à chaque fois les phases suivantes :
– Terrassement d’une passe de 1,50 m à 2,50 m de hauteur (selon tenue des terrains),
– Pose de butons ou tirants au même temps que l’excavation de la terre
– Pose de l’armature en treillis soudés entre les pieux
– Voile entre pieux en béton projeté
Remarque : La réalisation des butons et tirants intervient entre la fin de la passe de béton projeté et le début de la phase de terrassement suivante.
Lorsque les butons posés à plat ne peuvent pas en pratique être mis en œuvre, la solution d’appui de la paroi peut venir de bracons (butons inclinés) métalliques ou bois inclinés. Ces bracons sont mis en place dans une saignée de la risberme laissée dans un premier temps contre la paroi. Ils prennent appui sur des massifs en béton armé réalisés en partie centrale, sous lefutur fond de fouille.
Remarques sur les parois de soutènement
Les parois de soutènement présentées dans les paragraphes précédents (cf. § 6.3.2, 6.3.3 et 6.3.4) fonctionnent de la même manière, comme une console verticale, ancrées à leurs bases. Il est également possible de s’en servir pour la suite comme élément porteur du futur bâtiment, à condition qu’elles aient été dimensionnées de la sorte.
Afin de réaliser des fouilles sur de grandes profondeurs, nous pouvons également utiliser des butons et/ou des tirants qui seront fixés sur des profilés métalliques ou des pieux en béton, ou pareillement dans le mur de la paroi. Le tableau suivant présente les avantages et inconvénients de chacune de ces deux techniques afin de pouvoir choisir intelligemment la meilleure solution pour un chantier.
Voiles par passes alternées
Description
Ce type de paroi consiste à réaliser les travaux en plusieurs phases, identiques mais en quinconce. La technique visée par l’annexe nationale française NFP94-282de l’Eurocode 7 est la technique dite des banquettes inversées consistant à terrasser par passes alternées, puis à ferrailler et à couler les éléments de voile situés dans les passes excavées, ensuite à terrasser l’ensemble de la fouille, les voiles mis en place étant soutenus par des butons (bracons) prenant appui sur la banquette en vis-à-vis ou sur le fond de fouille, enfin à réaliser les éléments de voile intermédiaires. L’opération est répétée autant de fois qu’il est nécessaire pour atteindre le fond de fouille définitif.
La méthodologie
Au niveau de l’exécution
Cette technique consiste à creuser à la périphérie du chantier, une série de passes, en quinconce, en allant de haut en bas. Lorsqu’une zone est en travaux, le reste du terrain assure toujours un soutènement des avoisinants. C’est pour cette raison que les travaux par passes alternées dépassent rarement les 2.5 mètres de longueur et de largeur, par phase.
La seconde étape est la mise en place de treillis soudés et des attentes (en HA) trouées dans la terre, afin d’assurer la continuité avec les futures passes à creuser, et, éventuellement, des joints Water-stop au droit des attentes (en HA) trouées. Cette démarche est suivie par de béton projeté.
L’opération se répète passe après passe, aussi profond que nécessaire, jusqu’à la réalisation de la semelle, normalement excentrée du voile. Simultanément aux treillis soudés, les voiles intègrent des bandes noyées implantées longitudinalement suivant le calcul effectué à l’état provisoire, et retenus par un système de butonnage.
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Table des matières
Remerciements
Résumé
Liste des abréviations
Glossaire
Introduction
1. Les crues effets et remèdes
1.1. Définition
1.2. Causes et effets
1.3. Les remèdes
1.4. La prévention
2. Travaux de Cuvelage
2.1 Définition
2.2 Aspect réglementaire
2.3 Procédés
2.4 Niveaux des eaux souterraines
2.5 Action des eaux souterraines
2.6 Combinaisons d’actions selon le DTU 14.1 et l’Eurocode 0
2.7 Etat limite de service par limitation des contraintes
2.7.1 Limitation de la contrainte de traction des aciers
2.7.2 Limitation de la contrainte de traction de la fibre de béton la plus tendue
3. Calcul d’un radier soumis à la poussée hydrostatique
3.1 Définition générale
3.2 Etude d’un radier
3.3 Etude manuelle d’un radier rigide
3.3.1 Hypothèses simplificatrices
3.3.2 Justification du choix
3.3.2.1 Charges gravitaires descendantes
3.3.2.2 Dimensionnement du radier
3.3.2.3 Vérification du radier au poinçonnement
3.3.2.4 Charges ascendantes dues à la poussée hydrostatique
3.3.2.5 Maitrise de la fissuration
3.4 Calcul radier par éléments finis
3.4.1 Hypothèses de calcul
3.4.2 Modélisation
3.4.3 Exploitation des résultats
3.4.4 Déformation
3.4.5 Calcul et ferraillages .
3.5 Equilibre statique – Vérification au soulèvement
3.5.1 Hypothèses de calcul
4. Etude de cas : radier soumis à la poussée hydrostatique
4.1 Le projet
4.1.1 Matériaux
4.2 Hypothèses de calcul
4.2.1 La Descente de charge
4.3 Calcul manuel du radier
4.3.1 Charges gravitaires descendantes
4.3.2 Dimensionnement du radier
4.3.3 Charges ascendantes dues à la poussée hydrostatique
4.3.4 Choix retenu
4.4 Equilibre statique – Vérification au soulèvement
4.4.1 Vérification de la structure
4.5 Calcul radier par élément finis
4.5.1 Modélisation
4.5.2 Exploitation des résultats
4.5.3 Déformation
4.5.4 Calcul et ferraillages
4.5.5 Détermination des Charges ascendantes à compenser
5. Etude de cas : Stabilisation de la structure
5.1 Micropieux en traction
5.1.1 Définition
5.1.2 Justification de la portance des micropieux
5.1.3 Justification de la stabilité à la traction
5.1.4 Définition des armatures
5.1.5 Calcul barres « bateau»
5.2 Lestage, épaississement radier
5.3 Stabilisation par Poutre-Voile
5.4 Choix retenu
6. Voiles contre terre
6.1 Définition
6.2 Fonctions
6.3 Paroi de soutènement
6.3.1 Exécution de fouilles à proximité d’un ouvrage
6.3.2 Paroiberlinoise et lutécienne
6.3.3 Paroi Parisienne et moscovite
6.3.4 Paroi moulée
6.3.5 Remarques sur les parois de soutènement
6.3.6 Voiles par passes alternées
7. Etude de cas : Voiles par passes alternées
7.1 Le projet
7.2 Choix – paroi de soutènement
7.3 VPP à proximité des rues
7.3.1 Hypothèses de calcul
7.3.2 Etude du VPP en phase provisoire
7.3.3 Etude du VPP à l’état final
7.4 VPP à proximité du bâtiment existant
7.4.1 Etude du VPP en phase provisoire
7.4.2 Etude du VPP à l’état final
CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des Annexes
