LES FONDATIONS SUPERFICIELLES

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Technologie Version 2008 TECHNICIENS SUPERIEURS TRAVAUX PUBLICS LES FONDATIONS SUPERFICIELLES Cours réalisé par Alain Meilhac et Alain BURON couche porteuse sol semelle mur III II II I Qu A B C B Q s s O Qu Q (tassement) Q s Rupture domaine élastique domaine plastique Courbe tassement - charge coupe
  • considération dans la hauteur d'encastrement
  • superieurs travaux publics
  • calcul géotechnique
  • lc lc lc
  • essais pénétrométriques
  • semelle
  • q'
  • contrainte
  • contraintes
Publié le : mardi 27 mars 2012
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Version 2008
LES FONDATIONS SUPERFICIELLES BQu
mur
semellecouche porteuse
coupe
sol
(tassement) s
O
s
IIABIIIC IIIQs
domaine élastique
Qu
domaine plastique
Courbe tassement  char e
Q
Rupture
Cours réalisé par Alain Meilhac et Alain BURON
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SOMMAIRE
Version 2008
01 DEFINITIONS  TERMINOLOGIE ...................................................................................................... 1
02 TEXTES REGLEMENTAIRES ............................................................................................................... 2
03 ANALYSE QUALITATIVE DE LA RUPTURE DU SOL SOUS UNE FONDATION SUPERFICIELLE....................................................................................................................................... 2
04 DETERMINATION DE LA CONTRAINTE ULTIME ............................................................................. 3
04.01 Détermination de q à partir des essais en laboratoire ....................................... 3u
04.02 Détermination de q à partir des essais pénétrométriques................................. 4u
04.02.01 Détermination de q à partir de l'essai au pénétromètre u statique ...................................................................................................................... 4
04.02.02 Détermination de q à partir de l'essai au pénétromètre u dynamique ................................................................................................................ 5
04.03 Détermination de q à partir de l'essai pressiométrique ...................................... 5u
05 DETERMINATION DE LA CONTRAINTE DE CALCUL q ................................................................. 5
06 DETERMINATION DE LA VALEUR REPRESENTATIVE DE LA CONTRAINTE NORMALE au sol........................................................................................................................................................... 5
07 JUSTIFICATION D'UNE FONDATION SUPERFICIELLE..................................................................... 6
08 DIMENSIONNEMENT BETON ARME ............................................................................................... 7
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01 DEFINITIONS  TERMINOLOGIE
Une fondation superficielle est définie par des caractéristiques géométriques.
D
dallage
h
mur
semelle couche porteuse B
sol
COUPE VERTICALE SUR SEMELLE SUPERFICIELLE
L: longueur de la semelle ou plus grand côté d'une semelle.
B: largeur de la semelle ou plus petit côté de la semelle.
 semelle circulaire : ........ ……… B = 2 R  semelle carrée :............. ……… B = L  semelle rectangulaire : ……… B<L<5 B  semelle continue ou filante :… L>5 B
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D: hauteur d'encastrement de la semelle. hauteur minimum au dessus du niveau de la fondation. Si un dallage ou une chaussée surmonte la fondation ceuxci sont pris en considération dans la hauteur d'encastrement.
h: ancrage de la semelle. Il correspond à la hauteur de pénétration de la semelle dans la couche porteuse Elle est aussi définie par le rapport B/D. Au delà d'un rapport de 1/6, nous sommes dans le domaine des fondations profondes. largeur de la semelle (m) 0.51 2 3B
1 2 3 4 5 6
hauteurD(m) d'encastrement
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fondations superficielles
fondations profondes
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LaFONCTION d'uneFONDATIONest deTRANSMETTRE auSOL lesCHARGES qui résultent desACTIONSappliquées sur laSTRUCTUREqu'elle supporte.
Cela suppose donc que leconcepteurconnaisse :
 lacapacité portante de la semellede fondation. Le sol ne doit pasrompre, ni tasserde façon inconsidérée sous la semelle.
 lesactionsamenées par lastructureau niveau du sol de fondation. la semelle doitrésisteraux actions auxquelles elle est soumise.
02 TEXTES REGLEMENTAIRES
Dans l'attente de la mise en application de L'EUROCODE 7.Calcul géotechnique, il existedeux textes réglementaires:
 leD.T.U. 13.12.  nov. 1988Règles pour le calcul des fondations superficiellesqui s'applique aux travaux de bâtiment.
 lefascicule 62  titre V déc. 1993 qui s'applique aux travaux de Génie Civil, ouvrages d'art notamment.
Actuellement ces deux textes, rédigés à des époques différentes, ne sont pas homogènes, y compris dans les termes et symboles.
Pour ce qui suit nous présentons essentiellement les directives du D.T.U. 13.12.
03 ANALYSE QUALITATIVE DE LA RUPTURE DU SOL SOUS UNE FONDATION SUPERFICIELLE
Des études sur des modèles réduits ont permis de définir 3 zones de sol dans lesquelles le comportement est différent en phase de rupture.
sens de refoulement du sol
II
A
B
I
Qu
C III
B
II
Schéma de rupture d'une semelle
Zone I: située directement sous la semelle, cette zone, formée d'un coin délimité par les points A, B, et C est fortement comprimée. Cette zone se déplace avec la semelle. Zone II: Le sol est refoulé vers la surface; les déplacements et cisaillements sont très importants. Il s'y produit une rupture généralisée. Zone III: le sol est peu ou pas perturbé par la rupture.
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Voyons comment se comporte une semelle de fondation dont fait croître le chargement jusqu'à la rupture du sol. Au fur et à mesure de l'application de la charge croissante, le sol tasse de façon quasi linéaire au début, pour augmenter rapidement de façon asymptotique à la valeur Q . Cette valeur limite n'est pas très u B précise; elle est conventionnellement définie pours=10
Qest lacharge limiteoucapacité portantede la semelle. C'est lacharge maximaleque peut u supporter celleci et quientraîne la rupture du sol.
Q u qest lacontrainte limiteultimeoucontrainte de rupture.q=avec A aire de la semelle. uu A
coupe
s (tassement)
O
s
04 DETERMINATION DE LA CONTRAINTE ULTIME
Q s
domaine élastique
Qu
domaine plastique
Courbe tassement  charge
Q
Rupture
Lalimite ultime contrainte , notéeq, est déterminée à partir descaractéristiques du sollequel elle sur u repose. qest déterminée à partir : u
 d'essais en laboratoire  d'essais pénétrométriques  d'essais pressiométriques
04.01 Détermination de q à partir des essais en laboratoire u
L'essai à la boîte à cisaillement ou l'essai triaxial permettent de déterminerl'angle de frottement interneϕ, et lacohésion cd'un sol. La contrainte limite ultime, pour une semelle de largeur B soumise à une charge centrée verticale, est déterminée avec la formule suivante :
1 q= Sγ+ SB N γD N c N+ S [1] uγγc cq q 2
S , S , S sont les coefficients de forme de la semelle γq c N , N , N sont des paramètres fonction deϕγq c c : cohésion du sol ϕ: angle de frottement interne du sol γ: poids volumique du sol
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Cette formule comporte3 termes:
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 le premier terme est appelé  le deuxième terme est appelé  le troisième terme est appelé
terme de surfaceest proportionnel à B,; il terme de profondeur; il est proportionnel à D terme de cohésionest proportionnel à c, il
Pour unesemelle filante= S , S = 1; la formule [1] devient donc := S γq c
Pour unesemelle isolée,
B S = 1 - 0.2; γ L
S = 1; q
1 q=γ+B N γD N N+ c uγq c 2
B S = 1 + 0.2c L
Valeurs des paramètres N , N , N selon D.T.U. 13.12. γq c
ϕ(°)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
N γ
0 0.1 0.5 1.4 3.5 8.1 18.1 41.1 100 254
N q
1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 10.7 18.4 33.3 64.2 135
N c
5.14 6.50 8.40 11.00 14.80 20.70 30.00 46.00 75.30 134.00
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Attention: si la semelle defondation est inclinée, ou si lacharge est inclinéesur la semelle, ou si leterrain est en pente, le coefficientsNN , N , changent de valeur. γq c 04.02 Détermination de q à partir des essais pénétrométriques u
Les essais pénétrométriques permettent de déterminer uneffort de pointenotéqouqselon le type de c d pénétromètre. 04.02.01 Détermination de q à partir de l'essai au pénétromètre statique u
Pour une semelle de largeur B soumise à une charge centrée verticale et d'encastrement D, la valeur de la contrainte limite ultime est :
q = k q i + Du c ceδ
k : .. facteur de portance qui dépend des dimensions de la semelle, de la nature du sol, et de c l'encastrement D q : résistance de pointe équivalente ce i : .... coefficient minorateur tenant compte de l'inclinaison de la charge sur la semelle δ
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04.02.02 Détermination de q à partir de l'essai au pénétromètre dynamique u
Pour une semelle de largeur B soumise à une charge centrée verticale et d'encastrement D, la valeur de la contrainte limite ultime est :
q d q =u 5 à 7 04.03 Détermination de q à partir de l'essai pressiométrique u * l'essai pressiométrique permet de déterminer unepression limite nettenotéepl
Pour une semelle de largeur B soumise à une charge centrée verticale et d'encastrement D, la valeur de la contrainte limite ultime est :
* q = k p +γDu p le
k : .. facteur de portance qui dépend des dimensions de la semelle, de la nature du sol, et de p l'encastrement D * p : pression limite nette équivalente (écrêtage des valeurs nettes) le
05 DETERMINATION DE LA CONTRAINTE DE CALCUL Q
A partir de la contrainte limite ultime, on déduit lacontrainte de calculpermettra de qui justifier le dimensionnementde la semelle de fondation. En général, q u q=2
Ordre de grandeur des contraintes de calcul q admises en fonction de la nature du sol
NATURE DU SOL
Q (MPa)
Roches peu fissurées saines, non 0.75 à 4.5 désagrégées et de stratification favorable
Terrains non cohérents à bonne 0.35 à .75 compacité
Terrains non cohérents compacité moyenne
Argiles sauf argiles très plastiques
à 0.2 à 0.4
0.1 à 0.3
06 DETERMINATION DE LA VALEUR REPRESENTATIVE DE LA CONTRAINTE NORMALE AU SOL
Cette contrainte notéepdans le D.T.U. 13.12, ouq(contrainte de référence) dans le fascicule 62  titre refV, est déduite de larésultante générale des forcesprise au niveau duplan de contact sol  semelle.
TECHNICIENSSUPERIEURSTRAPUBLICS  VAUX
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L - 2e
B
e
Semelle partiellement comprimée
3 p + p max min p=(notation D.T.U. 13.12 ) 4
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Q'
e
B - 2e
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e Q'
p
p max
p min
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p max
CHARGE CENTREE
p
Semelle partiellement comprimée
Q' p=, si la semelle estfilanteon prendL = 1.00 mB x L
2 e
B'
CHARGE EXCENTREE modèle de MEYERHOF
qref
LeD.T.U. 13.12ne retient qu'une justification aux E.L.U. Il propose l'inégalité suivante :
Q'
3q'max+q'min ouq'ref(notation Fascicule 62 titre V) 4
B
Le calcul de la contrainte de référence s’écrit alors Q' refq' (B - 2 e) (L - 2 e')
Si la semelle n'est que partiellement comprimée, B est remplacé par B' = B  2 e. (modèle de MEYERHOF)
07 JUSTIFICATION D'UNE FONDATION SUPERFICIELLE
La justification d'une semelle de fondation est menée en considérant que lescontraintes transmises au solsont compatibles avec lerisque de rupture de ce dernier, et que lestassementsrestentacceptables pourl'ouvrage.
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pq
0.75 B'
B'
e’
p
Pour unesemelle isoléesoumise à unecharge centrée.
CHARGE EXCENTREE
L
e
Q'
Semelle vue en plan
0.75 B
B
Semelle entièrement comprimée
3 Pour une semelle soumise à unecharge excentrée, on calculepaude B. 4
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Lefascicule 62  titre Vpropose la formule suivante :
q - q u 0 qiq + ref 0δβ γ q
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q : contrainte minimale au niveau de l'assise de la fondation (γ.D) 0 i : coefficient minorateur dépendant de l'inclinaisonδde la charge sur la verticale et de la pente δβ β= 1, sidu sol sur l'horizontale. i δ= 0, etβ= 0 δβ γ: coefficient de sécurité (γ= 2 au E.L.U.,γ= 3 au E.L.S.) q q q
08 DIMENSIONNEMENT BETON ARME
La justification vis à vis des règles béton armé relève de la méthode des bielles, ou de la méthode des poutres.
METHODE DES BIELLES
h
d0
b
B
d0
d
B - b La condition des bielles impose quedB - b4
h
b 2
pu2
(B - b)4
d
AFest pγsu 2B2Isolons une demi semelle
pu B - b Fe Le moment agissant doit rester inférieur au moment résistant :.Ast. . d2 4γs
pu(Bb)γs La section d'armature se déduit de l'inégalité précédente et vaut :Ast8.d .Fe
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En aucun cas lasection d’aciersprincipauxne devra être inférieure à lasection minimumfixée à 2 cm² (4 HA 8).
A st On prévoira des aciers de répartition; 2 cm²)min ( 4
METHODE DES POUTRES
Aciers principaux
Aciers de répartition
Elle concerne le dimensionnement des semelles souples, dont la hauteur utile. Ce type de semelle se dimensionne comme une console B.A.
ANCRAGE DES ACIERS PRINCIPAUX ET ARRET DES BARRES
h
d
B
On doit vérifier la condition d’ancrage des barres. La contrainte d’adhérence acier – béton vaut :
pu(Bb) 1 τs=.2 B d nπφa
avec n : nombre d’aciers au mètre φa: diamètre des aciers principaux
On compareτsàτsuavecτsu=0.6ψ² ftj(article A.6.1, 21 du règlement B.A.E.L. 91)
Siτs>τsu, lesextrémités des barresseront munies decrochetssi 0.5τsu>τs>τsu,l’ancrage par courbure n’est pas nécessaire (barres droites) siτs< 0.5τsu, il est possible d‘arrêter les barres à une longueur de 0.70 B avec un minimum de 80φ.
CONDITION DE NONPOINÇONNEMENT DE LA SEMELLE
Lorsque les conditions suivantes sont réunies :
 h < 0.5 (Bb)  contrainte de calcul du sol très élevée q > 0.6 MPa (très bon sol)
Il convient de vérifier la condition de non poinçonnement de la semelle par la formule suivante :
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pu(b+2h) fc28 pu<0.13 hBγb
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Les commentaires (1)
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goemat

merci pour la structuration du cours

dimanche 27 décembre 2015 - 13:10