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types et dimensionnement des pieux

Les pieux.


1. Définition :

Les pieux, ou aussi appelés inclusions verticales, sont des éléments de fondation apparentés à des colonnes. Les pieux sont partiellement ou totalement enfouis dans le sol, et servent à transmettre les efforts appliqués sur les fondations.
2. Cas d’application :

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.

3. Classification des pieux :

3.1.   Inclusions préfabriquées


Cette catégorie reprend bien sûr tous les pieux qui sont fabriqué avant d’être amené sur place. On peut en distingués de trois natures différentes.
·          Pieux en bois : probablement la plus vieille méthode de renforcement des fondations. Pour des longueurs d’ancrage ne dépassant pas 12m.
·          Pieux métalliques : profilés en H ou tubes cylindriques. Les longueurs usinées vont de 12 à 21 m. Pour une même longueur de pieu, les pieux métalliques sont plus coûteux que le pieux béton, mais ils ont une plus grande capacité de reprise de charge pour un poids donné, ce qui peut réduire les coûts de mise en oeuvre.
·          Pieux en béton : utilisables pour une grande gamme de charge qui dépend de la géométrie du pieu, de la résistance en compression du béton et des armatures. Le béton a l’avantage d’être utilisable dans les sols corrosifs. On les utilise sans raccord jusqu’à 15 m dans le cas de pieux en béton armé, jusqu’à 40m dans le cas des pieux en béton précontraints et à des profondeurs supérieures pour des pieux avec des raccords.

Une fois arrivé sur site, tous ces pieux sont mis en place par battage. Ce dernier consiste à enfoncer le pieu dans le sol par l’action d’une masse tombante, appelée mouton.





Avantages et inconvénients de l’inclusion préfabriquée :

Avantages :
·        contrôle possible avant l’insertion dans le sol,
·        stabilité dans les sols compressibles,
·        de très grandes longueurs de pieux peuvent être mises en oeuvre.
Désavantages :
·        risque de casse lors de la mise en place
·        peu économique si le choix et donc le coût des matériaux est guidé par les contraintes de mise en oeuvre plutôt que par les contraintes en service,
·        impossibilité d’insérer de gros diamètres.

3.2.   Pieux réalisé sur site :


Cette catégorie reprend tous les pieux qui sont fabriqué sur le site même. Ils sont directement moulés dans le sol. On ne retrouve donc uniquement des pieux en béton.
Les méthodes de fabrication et de mise en place de ces pieux sont nombreuses. Certains procédés sont même bien particuliers à la société qui s’occupe du chantier. Pour cela, nous n’allons reprendre dans ce chapitre, uniquement les procédés les plus fréquents et expliquer leur principe.

3.2.1. Pieux battus ou forés :


·          A tube battu :
Ce procédé consiste au battage par mouton d’un tube bouchonné jusqu’à une cote prédéterminée. Le ferraillage et le bétonnage gravitaire se fait à l’abri du tube. Le tube est ensuite extrait du sol. Ce procédé se fait par refoulement du sol sans déblais.
·          Forés simple :
Ce procédé n’utilise pas de soutènement de parois. Il ne s’applique donc que dans les sols suffisamment cohérents. Un forage est exécuté dans le sol par des moyens mécaniques et ensuite rempli par du béton et des armatures. La section du forage est circulaire. Grâce à un outillage spécial, il est possible de foré des puits de 1.5 à 2 mètres de diamètre jusqu ‘à une profondeur de 30 mètres. Ces pieux sont réservés aux charges exceptionnelles.
·          Forés à tarière creuse :
Le procédé des pieux forés à la tarière creuse se caractérise par le forage du sol à l’aide d’une tarière jusqu’à la profondeur souhaitée, puis par l’injection du béton sous pression par l’axe de l’outil tout en remontant celui-ci. La cage d’armature est mise en place par vibreur.

 

3.2.2.  Pieux VCC (Vibro Concrete Column).

La procédure de mise en oeuvre consiste à introduire dans le sol un vibreur électrique jusqu’à la couche dure. Le matériau de la couche dure est ensuite compacté par le vibreur. L’instrument est alors légèrement remonté et le béton est introduit. La colonne est construite en remontant lentement l’instrument. Cette technique est faite par refoulement du sol et elle ne génère pas de déblai, elle permet dans certaines conditions d’améliorer les propriétés du sol.
Dans un sol cohérent, les caractéristiques des VCC ne diffèrent pas de celles des autres procédés. Par contre, dans des sols granulaires, la capacité portante de la colonne peut être améliorée grâce au compactage du sol réalisé par la vibration.

3.2.3.  Inclusions par mélange d’un liant avec le sol.


Les inclusions par mélange d’un liant avec le sol permettent de réaliser des colonnes de sols stabilisés qui peuvent s’apparenter aux inclusions rigides. Le but de ce procédé est de réaliser dans un premier temps, un désordre dans la structure du sol, et ensuite, d’injecter un coulis de ciment sous pression pour le stabiliser et former ainsi le pieu.
Ces techniques ont été développées d’une part pour le renforcement des sols compressibles et d’autre part pour leur stabilisation.

Avantages et inconvénient des pieux fabriqué sur place :

Avantages :
·        variation de la longueur pour mieux s’adapter aux conditions du sol,
·        insertion de gros diamètres,
·        pas de risque de soulèvement de sol.

Désavantages :
·        risque de striction dans les sols compressibles,
·        installation du béton non faite dans des conditions idéales,
·        élargissement du pied de l’inclusion impossible dans un sol sans cohésion.


4. Mise en place des pieux (groupes de pieux).


À partir d’une certaine charge à reprendre, la section du pieu est si grande qu’il devient plus économique de mettre un groupe de pieux relié par une chape de béton.
On ne met pas les pieux n’importe comment (disposition), pour des raisons de résistance, des raisons de coûts, des raisons pratiques,…
On ne met pas les pieux dans n’importe quel ordre pour des raisons pratiques.



La résistance d’un groupe de N pieux n’est pas égale à N fois la résistance d’un pieux, c’est du:
·                  Au poids de la dalle
·                  À l’influence mutuelle des pieux
·                  Aux charges excentrées
·                  Aux moments
Grâce à des expériences on est parvenu à trouver des formules empiriques pour calculer la charge que peut reprendre un groupe de pieux. La charge max=2D (B+L) k1 +BLk2
K1et k2sont fonction de paramètres comme la résistance du sol
Ça agis comme si ce n’était qu’un seul bloque.
Les formes et les dimensions de chape sont dictées par le nombres de pieux; ces dispositions, les plus courantes, minimisent la surface au sol et favorise un arrangement symétrique par rapport aux charges.
La chape doit dépasser de minimum 150mm du pieu pour des raisons d’encrage de la chape avec le pieu et ne pas dépasser le diamètre du pieu pour des raisons économique.
L’ordre de battage des pieux a u n grande importance ; par exemple on ne bat pas tous des pieux en ligne  car ça va crée un plan de déversement (ex la bêche) ; quand on bat un pieux il y a refoulement du sol ce qui peut provoquer si on les bat les un à la suite des autres des boursouflures dans le sol, accroître la résistance du sol ou faire remonter le pieu voisin.
L’espacement entre les pieux et important car il détermine la dimension de la dalle. (L’espacement min= 2*diamètre du pieux)
On doit battre du centre vers l’extérieur.
Parfois un pieu doit empêcher une structure de glisser ou de monter

5. Dimensionnement des pieux.


Le calcul des pieux de fondation doit être, dans la plupart des cas, réalisé suivant deux sollicitations :
-         L’étude à la portance. La charge verticale qu’un pieu peut reprendre est équilibrée par une résistance à la pointe du pieu, Rp, et par des frottements latéraux, Rf.
-         L’étude de la flexion du pieu lorsqu’il est soumis à des charges horizontales.

A)                L’étude de la portance : Elle commence toujours par une étude géotechnique du sol (détermination de sa nature, son module de Young,…). Pour ce faire, on utilise un pénétromètre (sorte de « mini » pieu) pour réaliser des sondages pressiométriques. On mesure alors la résistance à la pénétration du sol, c’est-à-dire la résistance de pointe et les frottements latéraux. De nombres essais ont permis de montrer que les résultats obtenus avec cet appareil pouvaient être utilisés pour la détermination de la force portante (sauf pour les sols très faibles, Rp~0 => on parle de pieux flottants).


Lors d’essais sur site, on a observé que les lignes de rupture (du sol créées par la pénétration du pieu) formaient un bulbe de résistance (bulbe de pression). Il faut toutefois atteindre une certaine profondeur Lc pour que la ligne de glissement (donc le bulbe) puisse se développer complètement dans le milieu résistant. En effet, un phénomène de transition fait passer plus au moins rapidement (d’autant plus rapidement que le milieu est peu serré) la charge d’une fondation superficielle à une couche du sol plus profonde. Par contre, on a constaté que le frottement latéral était faible dans ce bulbe. C’est pourquoi, on doit la déduire de la longueur du pieu lors du calcul de la force portante.
Pour l’étude de la portance, on peut également réaliser des essais de mise en charge (sous une charge choisie, on relève l’enfoncement du pieu en fonction du temps). Mais, cette méthode est moins utilisée, car pour bien faire, il faudrait mener l’essai jusqu’à la rupture, ce qu’on ne fait jamais évidemment.
B)        L’étude de la flexion :

 La résistance du pieu à ce type de sollicitation dépend fortement de la nature du sol. D’où l’intérêt des essais de pénétration effectués pour la portance. En général, la flexion d’un pieu n’est pas dangereuse en soit, puisqu’il suffit alors de l’armer (s’il est en béton). Par contre, il faut être sur de la nature du terrain et de la réalisation du pieu (pas de section défectueuse, càd plus faible). En effet, pour les terrains dont la butée (charge horizontale maximale avant glissement) peut être dépassée, le pieu peut se déplacer et la fondation, glisser. Dans le cas d’efforts horizontaux, on emploie souvent des pieux obliques non fléchis, mais comprimés axialement. Dans certains cas, la mise en flexion des pieux est accidentelle : poussée des terres ou choc horizontal, mouvement de terrain et rupture profonde, d’où cisaillement des pieux dans le félénius (zone de mouvement des terres).

B)    Les formules actuelles :

Il existe une panoplie de formules tenant compte de la réalisation du pieu et de leur utilisation. Elles sont généralement basées sur des constatations expérimentales (caractéristiques du sol). Toutefois, on peut distinguer des formules statiques (pour les pieux coulés  par exemple) et des formules dynamiques (pour les pieux battus par exemple). Dans ce dernier cas, il faut déterminer le mouton à utiliser ainsi que l’énergie à lui fournir (Attention : tenir compte du type de choc).


Quelque soit le type de pieu utilisé, il ne faut jamais dissocier l’étude du tassement d’un sol et l’étude des pieux. En effet, au fil des années, le terrain se tassant, la longueur considérée comme active pour les forces de frottements latérales seront moindre. D’où, il en résultera une portance plus faible. 

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