y can epar frank

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Eurocode 7 – Calcul géotechnique 1 Le calcul des fondations superficielles et profondesCFMS – 26 01 2005

Comité Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique Paris, 26 janvier 2005

---------Les règles de calcul des fondations

selon l’Eurocode 7

Roger FrankRoger FrankCentre d'Enseignement et de Recherche en M Centre d'Enseignement et de Recherche en M é é canique des Sols canique des Sols

C.E.R.ME.S (ENPCC.E.R.ME.S (ENPC--LCPC)LCPC)CitCitéé Descartes, ChampsDescartes, Champs--sursur--MarneMarne

----------Yves CanépaYves CanépaDirection R Direction R é é gionale de l gionale de l ’ ’ Equipement Ile de France Equipement Ile de France

D.R.E.I.F (LREP)D.R.E.I.F (LREP)MelunMelun


1. Contexte général

2. Clauses concernant les fondationssuperficielles (Section 6)

3. Clauses concernant les fondationsprofondes (Section 7)

Présentation


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EN 1997EN 1997--11––Table des matiTable des matièèresresSection 1 -GGéénnééralitralitééssSection 2 -Bases du calculBases du calcul

ggééotechniqueotechniqueSection 3 -DonnDonnéées ges gééotechniquesotechniquesSection 4 -Surveillance deSurveillance de

ll’’exexéécution des travaux,cution des travaux,suivi et entretiensuivi et entretien

Section 5 -Mise enMise enœœuvre des remblais,uvre des remblais,rabattement de nappe etrabattement de nappe etrenforcement des terrainsrenforcement des terrains


Section 6 - Fondation superficiellesSection 7 - Fondations profondesSection 8 - Ancrages

Section 9 - Ouvrages de soutènementSection 10 - Rupture d’origine

hydrauliqueSection 11 - Stabilité d’ensembleSection 12 - Remblais

EN 1997EN 1997--11––Table des matiTable des matièères (suite)res (suite)


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EN 1997-1 : Liste des annexesA - Facteurs partiels de sécurité pour

les états limites ultimes (Normative)B - Éléments de base concernant les

Approches de Calcul 1, 2 et 3(Informative)

C - Procédures pour déterminer lespoussées des terres sur les mursverticaux (Informative)

D - Méthode analytique de calcul de lacapacité portante (Informative)E - Méthode semi-empirique pourl’estimation de la capacitéportante (Informative)


EN 1997-1 : Liste des annexes (suite)F - Méthodes d’évaluation du tassement

(Informative)G - Méthode de détermination de la

capacité portante présumée desfondations superficielles surrocher (Informative)

H - Déplacements limites des fondationset déformation des structures

(Informative)J - Aide-mémoire pour la surveillance des

travaux et le suivi du comportementdes ouvrages (Informative)


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6.16.1 GGéénnééralitralitééss6.26.2 ÉÉtats limites (listetats limites (listeàà considconsidéérer)rer)6.36.3 Actions et situations de calculActions et situations de calcul(liste(listeàà considconsidéérer)rer)6.46.4 ConsidConsidéérations relatives au calcul etrations relatives au calcul etàà la constructionla construction

(conception : gel(conception : gel……, m, mééthode de calculs)thode de calculs)6.56.5 CalculCalculàà ll’é’état limite ultimetat limite ultime

(stabilit(stabilitéé ggéénnéérale, portance, glissement)rale, portance, glissement)6.66.6 CalculCalculàà ll’é’état limite de servicetat limite de service

(tassement, soul(tassement, soulèèvement, vibrations)vement, vibrations)6.76.7 Fondations au rocherFondations au rocher

(consid(considéérations complrations compléémentairesmentairespour le calcul)pour le calcul)6.86.8 Calcul de la structure des fondationsCalcul de la structure des fondationssuperficiellessuperficielles6.96.9 PrPrééparation du sol dparation du sol d’’assiseassise

Section 6Section 6––Fondations superficiellesFondations superficielles


• Méthode directe :- vérifier chacun des états limites(ELU et ELS)- calculer le tassement pour les ELS

• Méthode indirecte :- calcul à l’ELS uniquement, en sebasant sur l’expérience

• Méthode prescriptive :- exemple de la pression de contactprésumée sur les roches (Annexe G)

Vérifications à effectuer– article 6.4

pourvérifierqu’aucun

état limitepertinent

n’est atteint,l’une des3 méthodesde calculdoit êtreutilisée


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• Capacité portante :article 6.5.2V d ≤ R d

Rd : méthode analytique ousemi-empirique ouprescriptive

• Glissement sur la base :article 6.5.3

H d ≤ R d +R p;dRd = V'd tanδd ou (V’d tanδk) / γR;hRd = Accu;d ou Rd = (Ac cu;k) / γR;h

[+ Rd ≤ 0,4 Vd ]

Etats limites ultimes (ELU) -article 6.5

B

D

R v = R vc.i

Vd

R d

B

D

R v = R vc.i H d R d

R p;d


• Stabilité générale(art. 6.5.1 section 11)

• Renversement(art. 6.5.4)

e/B < 1/3 ( ou 0,6 D )• Résistance structurale

(article 6.8 EN 1992 à 6 et 9)

• Déplacements à considérer(article 6.5.5)

Etats limites ultimes ELU (suite)

a0

a1

a2a3

Géologie +Géologie +hydrogéologiehydrogéologie

du sitedu site

Ac/A > 0,5


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• Tassement-Tenir compte des tassements immédiatset des tassements différés

- Estimer les tassements différentielset les rotations relatives

• Soulèvement• VibrationsVérifier que les valeurs limites Cd pour la

structure ne sont pas atteintes

Etats limites de service ELS -article 6.6

E d ≤ C d ou faible mobilisation de larésistance du terrain


Les vérifications à faire sont pratiquementles mêmes que celles effectuées aujourd’hui

Mobilisation du sol (ELU & ELS)Renversement (ELU)Décompression du sol (ELS)Glissement (ELU)Matériaux constitutifs dela fondationStabilité d’ensemble

par exemple selon le Fascicule 62 titreV les états limites à vérifier sont :


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Valeur caractéristique Xk : estimationprudente de la valeur affectant l’étatlimite considéré

Valeur de calcul- d’un paramètre : Xd = Xk / γM- et, pour les actions et les résistances

Ed = E {γF.Fk} ; Rd = R { Xk / γM}(coefficients partiels “à la source”)ou

Ed =γE.E { Fk } ; Rd = R { Xk } /γR

Valeur caractéristique et valeur de calcul engéotechnique- article 2.4

Errements actuelsXd = Xk

Ed = E {γF.Fk}Rd = R { Xk } /γR

+ combinaisons


La résistance dépend desactions, par l’intermédiairede l’inclinaison et del’excentricité des charges

Pour les cas ‘‘γE et γR’’(effet des actions, résistance),on peut choisir (approche 2, uniquement) :

Rd = R {γF .Fk; Xk } /γR (AC 2)ou Rd = R { Fk; Xk } /γR (AC 2*)

(avec AC* on a F =γEx γR!....)

Fondations superficielles : influence desactions sur la résistance

B

D

R v = R vc.i

Vd

R dB

D

Rv = R vc.i H d R d

R p;d


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γM= 1,25 ou 1,41,35 et 1,53

γRv= 1,4γRh= 1,11,35 et 1,52

γM= 1,25 ou 1,41,0 et 1,31,01,35 et 1,5

1

RésistanceGéotechnique

γM ouγR

Actionssur/de lastructure

γF ouγE

Approchede calcul

ELU fondamentaux STR/GEO(fondations superficielles sans actions géotechniques)

R v = R vc

D

B

e

B

D d

R v = R vc.i .i .ie

Errements actuelsγF = 1,35 et 1,5

γRv= 2 ;γRh= 1,2


7.17.1 GGéénnééralitralitééss7.27.2 Etats limitesEtats limites7.37.3 Actions et situations de calculActions et situations de calcul7.47.4 MMééthodes de calcul et considthodes de calcul et considéérationsrations

sur le calculsur le calcul

7.57.5 Essais de chargement de pieux (statique,Essais de chargement de pieux (statique,dynamique)dynamique)7.67.6 Pieux sous charge axiale (compression, traction,Pieux sous charge axiale (compression, traction,

ddééplacements verticauxplacements verticauxàà ll’’ELS)ELS)7.77.7 Pieux chargPieux chargéés lats latééralementralement7.87.8 Calcul de la structure des pieuxCalcul de la structure des pieux7.97.9 Surveillance de lSurveillance de l’’exexéécution des travauxcution des travaux

Section 7Section 7––Fondations profondesFondations profondes


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- stabilité d'ensemble- mobilisation du sol (capacité

portante, arrachement etrésistance transversale)

- matériaux du pieu :compression, traction, flexion,flambement et cisaillement

- tassement, soulèvement,déplacement transversal

Etats limites– article 7.2Vérifications à l’ELU :art. 7.6, 7.7 et 7.8


• déplacement vertical-tassement (pieu en compression)-soulèvement (pieu en traction)

• déplacement transversalVérifier que les valeurs limites Cd pour lastructure ne sont pas atteintes

Etats limites (suite)– article 7.2Vérifications à l’ELS :art. 7.6, 7.7

E d ≤ C d ou faible mobilisation de larésistance du terrain


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Prise en compte des actionsdues au déplacement duterrain :

- frottement négatif- soulèvement- efforts transversaux

Particularités des fondations profondes (1)(actions dues au terrain - article 7.3)

Frottementnégatif

Efforts transversaux

Soulèvement


* prendre, en général, des valeurs hautes dela résistance et de la raideur du terrain sedéplaçant

* considérer le déplacementcomme une action et menerune étude d'interaction,

ou* estimer une borne supérieure

de la force transmise qui estconsidérée comme l'action.

Particularités des fondations profondes (2)(actions dues au terrain - article 7.3)

2 possibilités


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a) les résultats d'essais de chargementstatique

b) des méthodes empiriques ou analytiquesvalidées par des essais de chargementstatique dans des situations comparables

c) les résultats d'essais de chargementdynamique dont la validité a étédémontrée par des essais de chargement

statique dans des situations comparablesd) le comportement observé de fondationssur pieux comparables (à étayer par lareconnaissance et les essais de sols).

Principe de calcul des fondations profondes(article 7.4)

1616

les calculsdoivent être

baséessoit sur :


ils doivent être effectués si :- nouveau type de pieu- sols ou conditions de chargement

non connus- la théorie ou l’expérience manquepour ce type de chargement- lorsque le comportement durant

l’installation n’était pas prévisibleet qu’une campagne complémentairene clarifie pas les raisons

Essais de chargement(article 7.5.1)

LCPCstatique


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La procédure d’essai doitpermettre de déterminer :

- le déplacement- la charge de fluage- le retour « élastique »- la charge de rupture ultime

(pieux d’essais)Essais de pieux en traction :

il est recommandé de menerles essais à la rupture.

Essais de chargement statique(article 7.5.2)

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

00 5000 10000 Charge en tête Q o (kN)

Q N = 8000 kN

-76.19mm

S o (mm)

Pont sur le Tage11-12/01/1995

s N = 11.70 mm

Qc = 10000

S c = 18.40 mm

Qu = 17500 kN

Tête de pieu

Pointe du pieu


ils peuvent être utilisés pourestimer la capacité portante si :

- reconnaissance appropriée

- méthode étalonnée avec des essaisstatiques sur le même type de pieu,de longueur et section comparableset dans des conditions de solcomparables

Essais de chargement dynamique(article 7.5.3)


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* ELU de capacité portante d’un pieuisolé (en compression et en traction)- ‘‘résistance ultime’’

* ELU de capacité portante de lafondation dans son ensemble

* ELU de ruine ou dommages sévères àla structure portée par déplacement

ou déplacements différentiels de lafondation sur pieux* ELS dans la structure portée par

déplacement de la fondation sur pieux

Justification des pieux sous charges axiales(article 7.6)

capacitéportante

déplacement


Pour toutes les combinaisons :Fd ≤ Rdavec Fd : valeur de calcul de la charge decompression/traction à l’ELU

et Rd : valeur de calcul de la capacitéportante à l'ELU*****

Pour les groupes de pieux, on doitexaminer les deux mécanismes :

- capacité portante des pieux isolés (avecréductions) ou arrachement

- capacité portante des pieux et du sol"en bloc" ou arrachement

ELU de capacité portante encompression/traction

Groupe de pieux


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a) d’essais de chargement statique de pieux

b) d’essais sur les sols– méthode du pieu modèle

– méthode alternativec) d’essais d’impacts dynamiques de pieux

Portance ultime caractéristique :Rc;k= Rb;k +Rs;k1616La portance ultime caractéristique

d’un pieu isolé sous charge axialepeut être déduite :


R k = Min { R m,moyen / ξ1 ; R m,min / ξ2 }

Rm : résistance(s) mesurée(s) encompression ou en traction

avec ξ = ξ1 sur la moyenne, ou

ξ = ξ2 sur valeur la plus bassefonction du nombre d’essais (n)

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

00 5000 10000 Charge en tête Q o (kN)

QN = 8000 kN

- 76.19 mm

S o (mm)

Pont sur le Tage11-12/01/1995

s N = 11.70 mm

Q c = 10000

S c = 18.40 mm

Q u = 17500 kN

Tête de pieu

Pointe du pieu

1,001,001,051,201,40ξ 21,001,101,201,301,40ξ 1

≥ 54321ξ pour n =

Tableau A.9 : Facteurξ pour Rkà partir de n – essais de pieux

Portance ultime caractéristique déduited’essais de chargement statique


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1,151,295

1,121,277

Tableau A.10 : Facteurξ pour Rkà partir de n – profils d’essais de sol

1,081,201,231,271,40ξ 41,251,311,331,351,40ξ 3104321ξ pour n =

Rk = (Rb,cal+ Rs,cal)/ξ = Rc,cal/ ξ= Min { Rcal,moyen/ ξ3 ; Rcal,min/ ξ4 }R cal : résistance(s) calculée(s) en compression

ou en tractionavec ξ = ξ3 sur la moyenne, ou

ξ = ξ4 sur la valeur la plus bassefonction du nombre de profils d’essais de sol (n)

Portance ultime caractéristique déduite

d’essais sur les sols -règles semi-empiriquesMéthode du pieu ‘modèle’


Rbk= qbkAbet Rsk =Σ qsikAsioù des qbket qsiksont les valeurs

caractéristiques des résistances depointe et de frottement latéraldéduites valeurs (caractéristiques ?)des propriétés des terrains.

Note : qbk et qsik doivent être tels que l’on ait la mêmemarge de « sécurité », ce qui peut nécessiter desfacteurs de modèle pour une méthode donnée

Portance ultime caractéristique déduited’essais sur les sols -règles semi-empiriquesMéthode alternative permise


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Rk = Min { Rcal,moyen/ ξ5 ; Rcal,min/ ξ6 }

1,251,251,301,351,50ξ 61,401,421,4501,501,60ξ 5≥ 20≥ 15≥ 10≥ 5≥ 2ξ pour n =

Tableau A.11 : Facteurξ pour Rkà partir de n – essais de pieux

Portance ultime caractéristique déduited’essais d’impact dynamique(résultats validés)

La résistance ultime peut aussi être déterminée :- par l’application de formules de battage- à partir d’analyses de battage

Les résultats de re-battage doivent être pris en compte


Rd = Rbk / γb + Rsk / γsou

Rd = Rk / γt

oùγb , γs et γt sont les coefficientsde sécurité partiels respectivementpour la pointe, pour le frottementlatéral et pour la résistance totale

Portance ultime de calcul d’un pieu isolé


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On doit calculer les déplacementsverticaux sous ELS et les confronteraux valeurs limites :* Pieux en compression

- prendre en compte lefrottement négatif

- prendre en compte le tassementdû à l’effet de groupe

* Pieux en traction- vérifier les déplacements

d’arrachement

Déplacements verticaux : états limites deservice (ELS) de la structure portée

Frottementnégatif

Groupe de pieux


ELU de résistance transversaleFtr ≤ Rtr

Un des mécanismes suivants sera pris encompte :

- pieux courts : rotation ou translation rigide- pieux longs : rupture par flexion du pieu

avec plastification locale et déplacementdu sol près de la tête du pieu

+Effet de groupe

Justification des pieux chargés latéralement(article 7.7)

F tr


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Résistance transversale ultime Rtr :

* à partir d'essais de déplacementhorizontal en tête de pieux

* à partir d'essais sur le sol et deparamètres de résistance du pieu

On peut utiliser la théorie despoutres avec module de réaction

Justification des pieux chargés latéralement(suite)


Déplacement transversal

Prendre en compte :

- sol : E(ε)- pieu : EI- conditions d'encastrement- effets de groupe- effet de cycles

Justification des pieux chargés latéralement(suite)

E.IEs

M, T Groupe

F(t)


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Merci de votre attention !


Les annexes de l’Eurocode 7Les annexes de l’Eurocode 7relatives au calculs des fondationsrelatives au calculs des fondations

A n n e x e s


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Modèle “ ϕ” (annexe D)

R/ A ' = c ' × Nc × b c × s c × ic

+ q ' × Nq × b q × s q × iq

+ 0,5 × ' × B '× Nγ × b γ × s γ × iγ

Modèle pressiométrique (annexe E)

R / A' = v0 + k × p*le

Tassement des fondations (annexe F)

s = p × b × f / Em

Portance et tassement des fondationsPortance et tassement des fondationsEN 1997EN 1997--1 annexes D, E, F1 annexes D, E, F


Groupe Type de roche

1Calcaires et dolomies purs

Grès carbonatés de faible porosité

2

Roches ignées

Calcaires oolithiques et marneux

Grès bien cimentés

Pélites carbonatées induréesRoches métamorphiques, y compris les ardoiseset les schistes (clivage et foliation horizontaux)

3

Calcaires très marneux

Grès faiblement cimentés

Ardoises et schistes (clivage et foliationinclinés)

4 Pélites et schistes argileux non cimentés

5 La pression admissible ne doit pas excéder la résistance à la compression simple de la roche si les joints sont fermés ou 50% decette valeur s’ils sont ouverts.

6 Pression admissible: a) roche très tendre, b) roche tendre c) roche modérément tendre d) roche modérément dure e) roche dure

Portance des fondations sur rocherPortance des fondations sur rocherEN 1997EN 1997--1 annexe G1 annexe G


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DDééplacements limites des fondations etplacements limites des fondations etddééformations des structuresformations des structuresEN 1997EN 1997--1 annexe H1 annexe H

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