Soutenance mémoire
Les pieux
Lorsque le terme fondations profondes est utilisé, il signifie invariablement les fondations sur pieux. Le pieu est la réponse technique à l’éloignement en profondeur du sol porteur. Il est une fondation élancée en bois, en métal ou en béton, de formes diverses et réalisée mécaniquement. Il reporte les charges de la structure sur des couches de terrain de caractéristique mécanique suffisante pour éviter la rupture du sol et limiter les déplacements à des valeurs très faibles.
Les pieux sont des éléments de construction longs, à section circulaire ou polygonale généralement battus ou moulés dans le sol, pour transférer les charges structurelles à quelque profondeur significative au-dessous de la base de la structure. Ils sont composés de trois parties principales : la tête, la pointe et le fût compris entre la tête et la pointe . Les pieux sont utilisés lorsque le sol n’est pas suffisamment résistant, stable ou homogène pour assurer une stabilité à la structure:
Si le sol possède une couche plus dure mais en profondeur, les pieux seront disposés de telle façon à ce que les charges de la structure soient transmises à cette couche.
Si le sol ne possède aucune couche suffisamment solide pour soutenir le bâtiment, les pieux transmettront les efforts au sol par frottements sur la surface des pieux.
Les pieux sont aussi couramment utilisés dans d’autres domaines d’application, comme la construction sur pilotis, la construction marine, la construction de ponts, la réparation de fondations par micro pieux, ou encore à titre préventif pour prévenir les dommages dus aux activités sismiques.
Types de pieux
Traditionnellement, on classe les pieux : soit suivant la nature du matériau constitutif : bois, métal, béton ;
soit suivant le mode d’introduction dans le sol : le mode de mise en place des pieux: pieux battus, façonnés à l’avance et mis en place, pieux forés, exécutés en place par bétonnage dans un forage, à l’abri ou non d’un tube métallique.
soit suivant le mode de fonctionnement des pieux;
Pour l’évaluation de la force portante, notamment, il est plus important de considérer le type de sollicitation imposée au sol par la mise en place du pieu. C’est ainsi que l’on distingue :
Les pieux dont la mise en place provoque un refoulement du sol ; les pieux dont l’exécution se fait après extraction du sol du forage et qui, de ce fait, ne provoquent pas de refoulement du sol ; certains pieux particuliers dont le comportement est intermédiaire.
Comportement des pieux sous charges axiales
Les pieux sont conçus pour transmettre des efforts au sol environnant sur une profondeur importante dépassant en général 10 fois leurs diamètres. Le problème d’un pieu isolé, d’aspect simple au premier abord, est en fait compliqué à cause, d’une part, des effets de la mise en place du pieu qu’il est très difficile de simuler théoriquement et, d’autre part, des phénomènes d’interactions entre le fût et le sol. Selon le type de pieu et la nature du sol, l’interaction et la réponse charge-déplacement peut être très différente .
Les pieux se différencient des fondations superficielles essentiellement par la prise en compte d’un frottement sur leur paroi. Ce frottement latéral peut exister sur la totalité de la paroi, ou seulement sur une partie si certaines couches de sol n’ont pas la résistance suffisante pour générer ce frottement.
Considérons un pieu isolé de diamètre D, de longueur L et de poids W, soumis à un chargement vertical axial, de compression Qc ou d’arrachement Qt .
Le pieu traverse différentes couches de sol de qualité plus ou moins bonnes pour s’ancrer dans une couche de sol aux caractéristiques mécaniques favorables. Cette couche s’appelle couche d’ancrage ou substratum résistant . Le chargement vertical d’un pieu se traduit par la mobilisation d’une pression verticale qp en pointe par l’appui de sa base sur le sol résistant (effort de pointe noté Qp), et des contraintes de cisaillement t le long du fût du pieu, appelés frottement latéral entre le sol et le pieu (effort de frottement latéral noté Qf) .
Modélisation des pieux sous charges axiales
Le comportement d’une fondation profonde dépend des facteurs suivants :
caractéristiques géométriques de chaque pieu (élancement, section, surface latérale, rugosité, inclinaison), de la disposition des pieux dans le groupe (espacement) et, éventuellement, du chevêtre qui les relie les uns aux autres ;
technique de mise en place des pieux (battage, vibrofonçage, vissage, fonçage, forage puis moulage en place) ;
forces, moments ou pressions appliqués et transmis aux pieux (compression, traction, sollicitations inclinées ou excentrées, sollicitations transversales, monotones ou cycliques, dynamiques) ;
état de l’interface entre le sol et chaque pieu (frottement et glissement du sol le long du fût) ;
comportement non linéaire du sol au voisinage immédiat du fût des pieux ;
comportement non linéaire du sol près de la pointe des pieux ;
éventuellement, comportement non linéaire de chaque pieu (compression, allongement, flexion, torsion, cisaillement voire flambement).
Trois différentes non-linéarités, liées respectivement au sol, au pieu et à leur interaction, doivent donc en principe être considérées pour modéliser le comportement d’un pieu dans un massif de sol. De plus, une modélisation rigoureuse des états de contraintes et de déformations générés dans le sol par la pénétration d’un pieu doit tenir compte autant que faire se peut de la simulation de la construction, car le champ de contraintes qui règne à la fin de l’installation dans le pieu et dans le sol à une influence importante sur le comportement futur de la fondation.
Définition de l’interface sol-structure
Les interfaces sont un phénomène fréquent dans de nombreuses branches d’engineering où le matériau considéré est soit doté de régions distinctes ou bien conçu avec des régions distinctes pour obtenir une performance optimale. De nombreux problèmes de géotechnique impliquent des contacts entre deux matériaux de nature différente, qui sont souvent appelés interfaces ou joints.
Dans la littérature plusieurs auteurs ont données des définitions pour l’interface assez générales. Pour Plytas (1985), l’interface est la fine zone de sol siège de grandes perturbation de structure et de remaniement de grains durant un cisaillement localisé. Le cisaillement est dû contact d’une inclusion dans le sol sollicitée axialement. Boulon (1988) a considéré que les interfaces sol-structure ne sont que des couches en contact avec la structure, constituées principalement par une partie du sol avec possibilité de présence de quelques particules arrachées à la structure. Le terme interface peut être décrit aussi soit comme une surface formant une frontière commune entre des régions de matériau identiques, soit comme une surface qui sépare deux régions de matériau distinctes. Dans ce sens, Hoteit (1990), Hassan (1995) , Desai et Rigby (1995) considèrent l’interface comme étant une limite (discontinuité), ou frontière commune à deux matériaux aux propriétés différentes à travers laquelle des échanges ont lieu . D’autres auteurs, considèrent de point de vue géométrique l’interface sol-structure comme une couche mince de sol remanié au contact direct de la structure, et formée entre la surface de la structure et le volume de sol l’entourant. Les problèmes d’interaction sol-structure ainsi que les problèmes reliés à la mécanique des joints dans les roches dépendent principalement du comportement de cette interface.
|
Table des matières
Introduction générale
Partie I. Etudes bibliographiques
Chapitre 1 : Pieux isolés sous charges axiales
1.1 Introduction
1.2 Les pieux
1.2.1 Un peu d’histoire
1.2.2 Types des pieux
1.2.3 Modes d’essais et dispositif expérimental
1.3 Comportement des pieux sous charges axiales
1.3.1 Mécanisme de frottement latéral
1.3.2 Méthodes de calcul analytique
1.4 Modélisation des pieux sous charges axiales
1.4.1 Méthode des fonctions de transfert des charges t-z pour pieux isolés
1.4.2 Modélisation numérique
1.5 Conclusion
Chapitre 2 : Modélisation de l’interface sol-structure
2.1 Position du problème
2.2 Modélisation des problèmes d’interaction sols-structure
2.2.1 Comportement du matériau de la structure
2.2.2 Comportement de l’interface sol-structure
2.3 Prise en compte du problème de contact unilatéral
2.4 Conclusion
Partie II : Les modèles d’interfaces et bipotentiel
Chapitre 3 : La loi RCCM
3.1 Adhérence et adhésion
3.2 Formulation de l’adhésion
3.3 Le modèle d’adhésion de Frémond
3.3.1 La notion de surface matérielle
3.3.2 La notion d’intensité d’adhérence
3.3.3 Variables d’état
3.4 Formulation thermodynamique
3.5 Prise en compte de l’adhésion dan l’approche Cangémi-Raous
3.6 La loi RCCM
3.6.1 Hypothèses
3.6.2 Energie libre et lois d’état
3.6.3. Dissipation, lois complémentaires
3.7 Synthèse des équations de modèle
3.8 Conclusion
Chapitre 4 : La méthode des matériaux standards implicite
4.1 Introduction
4.2 Matériaux standards implicite et notion de bipotentiel
4.2.1.Potentiel, surpotentiel et bipotentiel
4.2.2 Concept bipotentiel
4.3 Le bipotentiel en mécanique des sols
4.3.1 Loi d’écoulement
4.3.2 Bipotentiel élastoplastique
4.4 Bipotentiel de contact et de frottement
4.4.1 Lois de contact et de frottement
4.4.2 Loi de contact complète : loi non-associée
4.4.3 Modèle bipotentiel couplant contact et frottement
4.5 Modèle bipotentiel couplant contact, frottement et adhérence
4.5.1 Forme équivalente de loi de contact
4.5.2 Construction de bipotentiel couplant contact, frottement, adhérence
4.6 Conclusion
Partie III. Modélisation numérique
Chapitre 5 Algorithmique et implémentation du modèle bipotentiel dans le code SYMEF
5.1 Introduction
5.2 Algorithme de calcul
5.2.1 Problème de minimisation et proximal
5.2.2 Méthode de lagrangien augmenté et inéquations variationnelles
5.2.3 Méthode de lagrangien augmenté et le bipotentiel de contact
5.2.4 : Algorithme local
5.3 Traitement numérique de l’adhérence
5.4 Algorithme global
5.5 Description de code de calcul SYMEF
5.5.1 Organisation du système de modélisation du contact
5.5.2 Définition des points candidats au contact
5.5.3 Définition des obstacles
5.5.4 Définition des propriétés de contact
5.5.5 Définition de la zone de contact
5.5.6 Reconnaissance des obstacles
5.6 Tests de validation de l’algorithme développé
5.7 Conclusion
Chapitre 6 Modélisation de l’interface pieu sol
6.1 Description de l’essai d’arrachement
6.2 Modélisation numérique
6.3 Identification des paramètres de modèle bipotentiel
6.4 Influence des paramètres du modèle d’interface
6.5 Conclusion
Conclusions générales
Télécharger le rapport complet
