Fondations et ouvrages en terre
Géotechnique du BTP
Bertrand Hubert
Bruno Philipponnat
Olivier Payant
Moulay Zerhouni
Eyrolles
PréfaceXXVII
Avant-proposXXIX
Introduction. Normalisation en géotechnique1
Introduction1
1. Les organismes de normalisation
2
2. Les instances de normalisation en géotechnique
2
3. Les différents types de norme
3
4 Le panel normatif en géotechnique
4
4.1 Normes de conception - Les Eurocodes5
4.2 Normes d'essais6
4.3 Normes de classification et de spécification de produits7
4.4 Normes d'exécution de travaux géotechniques spéciaux8
4.5 Normes d'organisation9
Conclusion9
Bibliographie10
Chapitre 1. Les sols et la géologie11
1.1 Introduction
11
1.1.1 Géotechnique et géologie11
1.1.2 Structure du globe terrestre12
1.1.3 Histoire de la Terre13
1.1.4 Mouvements des plaques lithosphériques13
1.2 Minéralogie
14
1.2.1 Diversité minérale14
1.2.2 Silicates14
1.2.3 Spécificité des minéraux argileux15
1.2.4 Minéraux non silicatés16
1.3 Pétrologie
16
1.3.1 Roches magmatiques17
1.3.1.1 Généralités17
1.3.1.2 Classification17
1.3.1.3 Structure des roches magmatiques18
1.3.2 Roches sédimentaires18
1.3.2.1 Généralités18
1.3.2.2 Formation des roches sédimentaires19
1.3.2.3 Classification21
1.3.2.4 Stratigraphie23
1.3.3 Roches métamorphiques23
1.3.3.1 Généralités23
1.3.3.2 Classification24
1.3.3.3 Structure des roches métamorphiques24
1.4 Éléments de tectonique
25
1.4.1 Différents comportements des roches25
1.4.2 Déformations ductiles25
1.4.3 Déformations cassantes26
1.4.4 Représentation des éléments structuraux27
1.5 Disciplines apparentées à la géologie
27
1.5.1 Géomorphologie27
1.5.2 Pédologie28
1.6 Géologie et missions d'ingénierie géotechnique
29
1.6.1 Analyse préliminaire29
1.6.2 Informations géologiques30
1.6.3 Aléas géologiques31
Bibliographie32
Chapitre 2. Propriétés physiques des sols33
2.1 Définition des sols - Notations
33
2.2 Structure des sols
33
2.2.1 Classification des grains solides33
2.2.2 Structure et eau interstitielle35
2.2.2.1 Structure des sols pulvérulents35
2.2.2.2 Structure des argiles36
2.3 Classification géotechnique des sols
38
2.3.1 Analyse granulométrique38
2.3.2 Limites d'Atterberg - Activité des argiles40
2.3.3 Valeur de bleu du sol42
2.3.4 L'équivalent de sable42
2.3.5 Teneur en matières organiques43
2.3.6 Classifications des sols43
2.4 Caractéristiques pondérales des sols
48
2.4.1 État remanié et non remanié - Représentation pondérale d'un sol48
2.4.2 Principales caractéristiques des sols49
2.4.3 Relations entre les paramètres pondéraux50
Bibliographie52
Chapitre 3. Propriétés hydrauliques des sols53
3.1 Introduction
53
3.1.1 Cycles de l'eau53
3.1.2 Systèmes hydrologiques54
3.1.2.1 Identification54
3.1.2.2 Bilan hydrique54
3.1.3 Différents états de l'eau dans les sols55
3.1.4 Eaux souterraines56
3.1.4.1 Définitions56
3.1.4.2 Nature géologique des aquifères56
3.1.4.3 Types hydrodynamiques d'aquifères57
3.1.4.4 Niveaux piézométriques58
3.2 Propriétés de l'eau libre
60
3.2.1 Écoulement linéaire - Loi de Darcy60
3.2.2 Mesure en laboratoire du coefficient de perméabilité62
3.2.2.1 Conditions d'essai62
3.2.2.2 Essai à charge constante62
3.2.2.3 Essai à charge variable63
3.2.3 Ordre de grandeur du coefficient de perméabilité des sols64
3.2.4 Sols lités - Définition de kh et kv64
3.3 Écoulements souterrains
66
3.3.1 Écoulements permanents à deux dimensions en milieu homogène et isotrope66
3.3.1.1 Réseau d'écoulement66
3.3.1.2 Calcul du débit à travers un massif de terre67
3.3.1.3 Conditions aux limites en régime permanent68
3.3.2 Exemple de traitement informatique (code Plaxis)68
3.3.3 Force d'écoulement69
3.3.4 Mesure in situ de la perméabilité et des paramètres connexes70
3.3.4.1 Généralités70
3.3.4.2 Écoulement en régime permanent - Formule de Dupuit71
3.3.4.3 Écoulement en régime transitoire - Formule de Theis73
3.4 Eau capillaire
74
3.4.1 Définition de l'eau capillaire74
3.4.2 Capillarité de l'eau - Loi de Jurin74
3.4.3 Tube de section variable75
3.4.4 Porométrie76
3.4.5 Notion de succion - Ascension capillaire76
3.4.6 Généralisation - Relation succion/teneur en eau77
3.4.7 Profil hydrique78
Bibliographie80
Chapitre 4. Théorie de la consolidation81
4.1 Définition des contraintes dans un sol
81
4.2 Sols saturés
82
4.2.1 Contraintes normales82
4.2.2 Contrainte tangentielle83
4.2.3 Cas des sols partiellement saturés83
4.3 Étude qualitative de la consolidation
84
4.3.1 Remarques préliminaires84
4.3.1.1 Définition84
4.3.1.2 Condition d'application84
4.3.1.3 Conditions initiales84
4.3.2 Tassement dans le temps sous une charge donnée85
4.3.3 Tassement en fonction de la charge87
4.4 Théorie mathématique de la consolidation unidimensionnelle
88
4.5 Consolidation d'une couche drainée par les deux faces
90
4.6 Cas particuliers
90
4.6.1 Multicouche compressible90
4.6.2 Prise en compte du temps de chargement91
4.7 Essai de compressibilité à l'oedomètre
92
4.7.1 Caractéristiques de compressibilité92
4.7.2 Classification des sols vis-à-vis de la compressibilité93
4.7.2.1 Différents états de consolidation93
4.7.2.2 Comportement des sols selon leur état de consolidation93
4.7.3 Consolidation secondaire94
4.8 Applications pratiques de la consolidation
95
Bibliographie96
Chapitre 5. Comportement mécanique des sols97
5.1 Introduction
97
5.2 Répartition des contraintes autour d'un point
98
5.2.1 Rappel de mécanique des milieux continus98
5.2.2 Définition et conventions de signe99
5.2.3 Propriétés du cercle de Mohr99
5.3 Les sols et la théorie de l'élasticité
102
5.3.1 Rappel de quelques notions102
5.3.2 Modules drainé et non drainé103
5.3.3 Champs d'application de l'élasticité103
5.3.3.1 Divergences avec la théorie de l'élasticité103
5.3.3.2 Différents modules l'élasticité103
5.3.4 Ordres de grandeur106
5.3.5 Relation entre le module oedométrique et le module d'élasticité drainé106
5.4 Les sols et la théorie de la plasticité
107
5.4.1 Courbe intrinsèque, critère de Mohr-Coulomb107
5.4.2 État d'équilibre limite des sols pulvérulents108
5.4.3 Sols cohérents - Théorème des états correspondants110
5.4.4 Propriétés particulières de la droite intrinsèque et du cercle de Mohr111
5.4.5 Directions conjuguées112
5.5 Mesure des caractéristiques mécaniques des sols
112
5.5.1 Détermination des caractéristiques de plasticité (...) et c112
5.5.2 Conditions particulières d'essai113
5.5.2.1 Consolidation113
5.5.2.2 Drainage113
5.5.2.3 Vitesse d'essai113
5.5.3 Principales caractéristiques mécaniques d'un sol114
5.5.3.1 Caractéristiques apparentes114
5.5.3.2 Caractéristiques effectives115
5.5.3.3 Caractéristiques consolidées non drainées115
5.5.4 Exemples d'application pratique des différents essais116
5.5.4.1 Exemple d'application des caractéristiques apparentes (...) et effectives (...)116
5.5.4.2 Exemple d'application du facteur d'augmentation de la cohésion (...)117
5.5.5 Essai de compression simple118
5.5.6 Mesure des caractéristiques d'élasticité118
5.6 Compléments sur la rhéologie des sols
119
5.6.1 Critères de rupture - État critique - Dilatance - Contractance119
5.6.1.1 Comportement des sables119
5.6.1.2 Comportement des argiles120
5.6.2 Chemin des contraintes122
5.6.3 Modèles rhéologiques122
5.7 Liquéfaction des sols
124
5.7.1 Description du phénomène124
5.7.2 Catégories de sols sensibles à la liquéfaction124
5.7.3 Étude du risque de liquéfaction125
Bibliographie130
Chapitre 6. Reconnaissance des sols131
6.1 Investigations géotechniques
131
6.1.1 Documents de référence131
6.1.1.1 Préambule131
6.1.1.2 Eurocode 7 NF EN 1997-2131
6.1.1.3 Norme NF P 94 500132
6.1.1.4 Recommandations de l'Union syndicale géotechnique - Syntec-Ingénierie132
6.1.1.5 Normes d'essais132
6.1.2 Programme de l'étude géotechnique132
6.1.2.1 Modèle géologique préliminaire132
6.1.2.2 Établissement du programme de reconnaissance133
6.1.2.3 Diversité des techniques de reconnaissance134
6.1.2.4 Maillage des sondages de reconnaissance134
6.1.2.5 Profondeur d'investigation136
6.1.2.6 Repérage et nivellement des sondages136
6.2 Géophysique
137
6.2.1 Principes généraux137
6.2.2 Gravimétrie137
6.2.2.1 Principe137
6.2.2.2 Applications138
6.2.2.3 Mise en oeuvre138
6.2.2.4 Limites d'utilisation139
6.2.3 Méthodes sismiques139
6.2.3.1 Principe139
6.2.3.2 Sismique réfraction140
6.2.4 Méthodes électriques143
6.2.4.1 Principe143
6.2.4.2 Applications143
6.2.4.3 Description des méthodes usuelles143
6.2.4.4 Limites d'utilisation145
6.2.5 Électromagnétisme145
6.2.5.1 Principe145
6.2.5.2 Applications145
6.2.5.3 Mise en oeuvre145
6.2.5.4 Limites d'utilisation146
6.2.6 Domaines d'application des méthodes géophysiques147
6.3 Sondages et forages
147
6.3.1 Introduction147
6.3.1.1 Définitions147
6.3.1.2 Méthodes de prélèvemen149
6.3.2 Différents types de forages150
6.3.2.1 Choix de la technique de forage150
6.3.2.2 Sondages par puits, tranchée, fouille et galerie150
6.3.2.3 Sondages carottés150
6.3.2.4 Sondages semi-desctructifs151
6.3.2.5 Sondages destructifs152
6.3.3 Sondages carottés152
6.3.3.1 Objectifs152
6.3.3.2 Techniques de carottage152
6.3.3.3 Choix des techniques de carottage155
6.3.3.4 Coupe de sondage155
6.3.4 Forages destructifs158
6.3.4.1 Introduction158
6.3.4.2 Opérations liées à la foration158
6.3.4.3 Techniques de foration160
6.3.4.4 Choix des techniques de foration161
6.3.4.5 Diagraphies instantanées162
6.3.5 Diagraphies différées165
6.3.5.1 Présentation165
6.3.5.2 Différents types de diagraphies différées165
6.3.6 Géophysique de forage165
6.3.6.1 Généralités165
6.3.6.2 Principales techniques167
6.4 Essais mécaniques in situ
167
6.4.1 Essais par battage167
6.4.1.1 Présentation167
6.4.1.2 Essai de pénétration au carottier167
6.4.1.3 Essai de pénétration dynamique170
6.4.2 Essai de pénétration statique (CPT) et piézocône174
6.4.2.1 Principe174
6.4.2.2 Types d'appareil - Appareil normalisé174
6.4.2.3 Résultats177
6.4.2.4 Interprétation177
6.4.2.5 Piézocône177
6.4.3 Essai au pressiomètre Ménard179
6.4.3.1 Présentation179
6.4.3.2 Principe de l'essai179
6.4.3.3 Appareillage179
6.4.3.4 Mise en place de la sonde dans le sol181
6.4.3.5 Réalisation de l'essai - Courbe brute182
6.4.3.6 Résultats - Courbes corrigées183
6.4.3.7 Présentation des résultats - Forage pressiométrique184
6.4.3.8 Principes théoriques186
6.4.3.9 Corrélation entre module pressiométrique et oedométrique - Coefficient rhéologique188
6.4.3.10 Classification conventionnelle des sols189
6.4.3.11 Module pressiométrique de rechargement189
6.4.4 Essai de cisaillement au phicomètre190
6.4.4.1 Présentation190
6.4.4.2 Principe190
6.4.4.3 Description de l'appareil190
6.4.4.4 Interprétation - Domaine d'application192
6.4.4.5. Comparaison avec les essais de laboratoire193
6.4.5 Essai scissométrique en place194
6.4.5.1 Présentation194
6.4.5.2 Principe de l'essai194
6.4.5.3 Appareillage et procédure d'essai195
6.4.5.4 Résultats195
6.4.5.5 Utilisation - Correction195
6.5 Instrumentation et suivi des ouvrages
197
6.6 Essais hydrauliques in situ
198
6.6.1 Introduction198
6.6.2 Piézométrie198
6.6.2.1 Introduction198
6.6.2.2 Types de piézomètres198
6.6.2.3 Qualité des mesures200
6.6.3 Essais de perméabilité dans un forage à tube ouvert200
6.6.3.1 Principe200
6.6.3.2 Réalisation de l'essai201
6.6.3.3 Interprétation des résultats201
6.6.4 Essai de pression d'eau dans les roches202
6.6.5 Essai de pompage203
6.6.5.1 Principe203
6.6.5.2 Préparation de l'essai203
6.6.5.3 Réalisation de l'essai204
6.6.5.4 Interprétation des résultats204
6.6.6 Essai de perméabilité dans un forage en tube fermé206
6.6.7 Essai d'infiltration206
6.7 Essais de laboratoire
206
6.7.1 Introduction206
6.7.2 Essais d'identification et de classification207
6.7.2.1 Analyse granulométrique par tamisage207
6.7.2.2 Analyse granulométrique par sédimentation209
6.7.2.3 Teneur en eau212
6.7.2.4 Masse volumique des particules solides214
6.7.2.5 Limites de consistance d'Atterberg216
6.7.2.6 Masse volumique apparente des sols fins224
6.7.2.7 Indice des vides emin et emax et indice de densité relative226
6.7.2.8 Teneur en carbonate228
6.7.2.9 Teneur en matières organiques230
6.7.2.10 Coefficient de fragmentabilité231
6.7.2.11 Coefficient de dégradabilité232
6.7.2.12 Valeur de bleu de méthylène du sol232
6.7.3 Essais mécaniques de résistance, de compressibilité et de déformation des sols233
6.7.3.1 Essai de compression uniaxiale233
6.7.3.2 Essais de cisaillement rectiligne à la boîte234
6.7.3.3 Essais de cisaillement à l'appareil triaxial de révolution239
6.7.3.4 Essai de compressibilité à l'oedomètre avec chargement par paliers251
6.7.3.5 Essai de gonflement à l'oedomètre par chargement de plusieurs éprouvettes261
6.7.3.6 Essai de dessiccation - Détermination de la limite de retrait effective262
6.7.4 Essais hydrauliques de perméabilité264
6.7.4.1 Mesure du coefficient de perméabilité - Principaux dispositifs264
6.7.4.2 Mesure de la perméabilité - Essai à charge constante - Essai à charge variable266
6.7.5 Essais de compactage et de portance267
6.7.5.1 Essai de détermination des références de compactage Proctor267
6.7.5.2 Indice portant IPI et CBR270
6.8 Choix de techniques d'investigation
271
Bibliographie274
Chapitre 7. Calcul géotechnique et Eurocode 7277
7.1 Présentation générale - Bases du calcul géotechnique
277
7.2 Justification par la méthode observationnelle
279
7.3 Justification par la méthode prescriptive
280
7.4 Justification sur la base d'essais de chargement
280
7.5 Justification par le calcul
280
7.5.1 Préambule - Fiabilité des modèles de calcul280
7.5.2 Principe281
7.5.3 Situations et actions281
7.5.3.1 Situations281
7.5.3.2 Actions281
7.5.4 Valeurs caractéristiques282
7.5.4.1 Valeur caractéristique d'une action282
7.5.4.2 Valeurs caractéristiques des paramètres géotechniques282
7.5.4.3 Valeurs caractéristiques des données géométriques283
7.5.4.4 Modèle géotechnique284
7.5.5 Valeurs de calcul284
7.5.5.1 Définition284
7.5.5.2 Valeur de calcul d'une action284
7.5.5.3 Niveaux d'eau287
7.5.5.4 Facteurs de modèle287
7.5.6 Combinaisons d'actions - Sollicitations288
7.5.7 Différents types d'états limites ultimes288
7.5.8 Approches de calcul et facteurs partiels290
7.5.8.1 Les trois approches de calcul290
7.5.8.2 Principaux paramètres partiels291
7.5.8.3 Approche retenue par l'annexe nationale française291
7.5.9 Justifications suivant les différents états limites292
7.5.9.1 Vérifications aux états limites ultimes292
7.5.9.2 Vérifications aux états limites de service294
7.5.9.3 Exemple de détermination de l'effet d'une action295
Bibliographie296
Chapitre 8. Sollicitations sismiques297
8.1 Préambule
297
8.2 Effet d'un séisme
297
8.3 Réglementation sismique
298
8.4 Action sismique
299
8.5 Paramètres définissant l'action sismique
301
8.5.1 Zonage sismique de la France301
8.5.2 Classes de sol303
8.5.3 Coefficient de sol305
8.5.4 Coefficient topographique305
8.5.5 Catégorie d'importance des ouvrages306
8.6 Justification des ouvrages géotechniques sous sollicitations sismiques
307
8.6.1 Préambule307
8.6.2 Justification des fondations308
8.6.3 Justification des talus et soutènement308
8.6.4 Justifications sous sollicitations sismiques309
Bibliographie312
Chapitre 9. Stabilité des pentes et des talus313
9.1 Introduction - Classification des mouvements de terrain
313
9.1.1 Pentes naturelles314
9.1.2 Talus artificiels314
9.2 Description des principaux types de mouvement
314
9.2.1 Écroulements et chutes de pierres314
9.2.2 Glissements314
9.2.2.1 Glissement plan314
9.2.2.2 Glissement rotationnel simple315
9.2.2.3 Glissement rotationnel complexe315
9.2.3 Fluage et solifluxion316
9.2.3.1 Fluage316
9.2.3.2 Solifluxion316
9.2.4 Coulées boueuses316
9.2.5 Talus en déblai et talus en remblai sur sols non compressibles317
9.2.6 Talus en remblai sur sols compressibles317
9.2.7 Stabilité sous les soutènements318
9.2.8 Digues et barrages en terre318
9.3 Stabilité en rupture circulaire avec coefficient de sécurité global
318
9.3.1 Préambule318
9.3.2 Méthode des tranches de Fellenius318
9.3.2.1 Stabilité selon un cercle donné318
9.3.2.2 Recherche du coefficient de sécurité minimal321
9.3.3 Prise en compte des nappes et des écoulements323
9.3.3.1 Nappe statique323
9.3.3.2 Prise en compte des écoulements au-dessus du niveau aval323
9.3.3.3 Prise en compte des écoulements en dessous du niveau aval324
9.3.4 Méthodes des tranches de Bishop325
9.3.4.1 Méthode détaillée325
9.3.4.2 Méthode de Bishop simplifiée325
9.3.5 Choix de la méthode de calcul326
9.3.6 Choix du coefficient global de sécurité326
9.4 Stabilité en rupture circulaire aux états limites - Calcul aux Eurocodes
327
9.5 Stabilité des pentes en rupture plane
328
9.5.1 Pente indéfinie - Rupture selon un plan parallèle à la pente328
9.5.1.1 Décomposition des forces328
9.5.1.2 Coefficient de sécurité global329
9.5.1.3 Calcul aux états limites330
9.5.2 Pente de hauteur finie330
9.6 Stabilité en rupture non circulaire
331
9.7 Abaques et formules
331
9.7.1 Talus dans un sol pulvérulent332
9.7.1.1 Sans écoulement332
9.7.1.2 Avec écoulement332
9.7.2 Talus dans un sol homogène cohérent333
9.7.2.1 Sols purement cohérents - Abaques de Taylor333
9.7.2.2 Sols cohérents à frottement interne335
9.7.3 Talus verticaux336
9.8 Choix des caractéristiques mécaniques
338
9.9 Stabilité en zone sismique
340
9.9.1 Préambule340
9.9.2 Principe du modèle statique équivalent341
9.10 Confortement des talus
342
9.10.1 Principe342
9.10.2 Modification de la pente342
9.10.3 Drainage343
9.10.4 Renforcement345
Bibliographie346
Chapitre 10. Actions des terres sur les soutènements347
10.1 Introduction
347
10.2 États d'équilibre limite
347
10.2.1 Définitions347
10.2.1.1 Sol au repos347
10.2.1.2 Équilibre limite de butée348
10.2.1.3 Équilibre limite de poussée349
10.2.2 Étude d'un cas simple349
10.2.2.1 Valeurs de (...)349
10.2.2.2 Résultante des efforts sur l'écran350
10.2.2.3 Volume plastifié350
10.2.3 Plan de l'étude détaillée de la poussée et de la butée351
10.2.3.1 Étude d'un milieu pulvérulent pesant en équilibre limite351
10.2.3.2 Étude d'un milieu non pesant surchargé352
10.2.3.3 Influence de la cohésion352
10.2.3.4 Cas général352
10.2.4 Étude du milieu pesant pulvérulent352
10.2.4.1 Équilibres limites de Rankine352
10.2.4.2 Équilibres limites généraux355
10.2.5 Étude d'un milieu non pesant surchargé et pulvérulent358
10.2.5.1 Hypothèses358
10.2.5.2 Étude de l'équilibre de poussée359
10.2.5.3 Étude de l'équilibre de la butée360
10.2.6 Milieux cohérents361
10.2.6.1 Prise en compte de la cohésion361
10.2.6.2 Rugosité (contact écran-sol)362
10.2.6.3 Influence de la cohésion sur le coefficient de sécurité363
10.2.7 Étude particulière du milieu purement cohérent363
10.2.8 Tableaux récapitulatifs364
10.3 Détermination pratique des poussées et butées sur les écrans
365
10.3.1 Simplifications - Rugosité - Diagramme de pression des terres365
10.3.1.1 Remarques préliminaires365
10.3.1.2 Rugosité - Inclinaison de la contrainte366
10.3.1.3 Diagramme de pression des terres370
10.3.1.4 Calcul pratique des contraintes de poussée et de butée371
10.3.2 Coin de Coulomb371
10.3.2.1 Principe371
10.3.2.2 Milieu pesant pulvérulent non surchargé371
10.3.2.3 Action de la surcharge372
10.3.3 Sols stratifiés372
10.3.4 Présence d'une nappe374
10.3.5 Talus et risberme374
10.3.5.1 Surface libre de forme quelconque374
10.3.5.2 Talus limités en amont de l'écran375
10.3.5.3 Risberme376
10.3.6 Surcharges377
10.3.6.1 Préambule377
10.3.6.2 Surcharge uniforme semi-infinie378
10.3.6.3 Surcharge partielle de longueur infinie378
10.3.6.4 Surcharges locales380
10.3.7 Tranchées blindées381
10.3.7.1 Détermination de la pression des terres381
10.3.7.2 Action des surcharges383
10.3.8 Méthode de Culmann383
10.4 Sollicitations sismiques
384
10.4.1 Principe général du calcul statique équivalent384
10.4.2 Paramètres et formules de calcul de Ed386
Bibliographie388
Chapitre 11. Fondations superficielles389
11.1 Description, comportement et principes de justifications
389
11.1.1 Définitions389
11.1.2 Comportement d'une semelle chargée390
11.1.2.1 Comportement sous charge verticale390
11.1.2.2 Influence de l'encastrement391
11.1.2.3 État de saturation du sol391
11.1.2.4 Comportement sous charge excentrée392
11.1.2.5 Comportement sous charge inclinée393
11.1.2.6 Comportement en bord de pente394
11.1.3 Principes de justification d'une semelle superficielle394
11.2 Capacité portante du sol
395
11.2.1 Comportement du sol à la rupture395
11.2.2 Formulation générale et coefficients de sécurité396
11.2.3 Méthodes fondées sur les propriétés de cisaillement du sol399
11.2.3.1 Méthode analytique - Conditions drainées399
11.2.3.2 Méthode analytique - Conditions non drainées402
11.2.3.3 Méthode analytique - Prise en compte de la proximité d'un talus402
11.2.3.4 Méthodes numériques402
11.2.4 Méthode basée sur les données mesurées in situ402
11.2.4.1 Méthode pressiométrique403
11.2.4.2 Méthode à partir d'essais au pénétromètre statique409
11.2.4.3 Prénétromètre dynamique411
11.2.4.4 Essais de pénétration au carottier - SPT411
11.2.5 Semelles superficielles ancrées dans un bicouche413
11.2.5.1 Présence d'une couche d'argile en profondeur413
11.2.5.2 Présence d'un substratum rigide en profondeur414
11.3 Excentrement admissible des charges
414
11.4 Glissement
415
11.5 Justifications sous sollicitations sismiques
416
11.5.1 Portance sous sollicitations sismiques417
11.5.2 Glissement sous sollicitations sismiques420
11.5.2.1 Fondations situées au-dessus de la nappe phréatique420
11.5.2.2 Fondations situées en dessous de la nappe phréatique420
11.6 Estimation des tassements
421
11.6.1 Méthodologie - Contraintes de contact sous la fondation421
11.6.2 Détermination du tassement par la théorie de l'élasticité - Coefficient de réaction du sol422
11.6.3 Détermination du tassement par la méthode d'intégration par tranches425
11.6.3.1 Principe425
11.6.3.2 Répartition des contraintes en profondeur sous une charge ponctuelle425
11.6.3.3 Répartition des contraintes en profondeur sous une semelle souple426
11.6.3.4 Contrainte dans l'angle d'un rectangle et au centre d'une semelle circulaire427
11.6.3.5 Effet radier428
11.6.3.6 Diagramme de répartition des contraintes en profondeur - Méthode des tranches428
11.6.3.7 Tassement total - Correction de A. W. Skempton et L. Bjerrum430
11.6.3.8 Semelle rigide432
11.6.4 Calcul des tassements par la méthode pressiométrique432
11.6.4.1 Formule générale432
11.6.4.2 Valeurs de E(...) et E(...)433
11.6.5 Calcul des tassements à partir du pénétromètre statique435
11.6.5.1 Méthode de Schmertmann435
11.6.5.2 Utilisation de corrélation436
11.6.6 Calcul des tassements à partir du SPT436
11.6.7 Tassements admissibles437
11.6.7.1 Tassement total et tassement différentiel437
11.6.7.2 Estimation des tassements totaux438
11.6.7.3 Estimation des tassements différentiels438
11.6.7.4 Tassements admissibles438
11.7 Déplacements et rotations - Coefficients de raideurs
440
11.8 Fondations des machines vibrantes
442
11.8.1 Introduction442
11.8.2 Réponse d'une machine vibrante443
11.8.2.1 Principes du calcul443
11.8.2.2 Paramètres « dynamiques » du sol445
11.8.2.3 Tassements dus aux vibrations446
11.9 Dispositions constructives
447
11.9.1 Règle des 3 pour 2447
11.9.2 Protection contre le gel447
11.9.3 Dispositions constructives spécifiques relatives aux sols gonflants et rétractables449
11.10 Fondations semi-profondes
450
11.10.1 Définition et description des sollicitations450
11.10.2 Fondations semi-profonds soumises à une charge verticale centrée451
11.10.2.1 Réaction verticale normale à la base451
11.10.2.2 Frottement vertical sur les faces latérales451
11.10.3 Fondations semi-profondes soumises à un effort d'arrachement451
11.10.3.1 Domaine d'application - Types de massif étudiés451
11.10.3.2 Détermination de l'effort d'arrachement à la rupture Qft452
11.10.4 Fondations semi-profondes soumises à un effort latéral453
11.10.4.1 Réaction normale frontale horizontale453
11.10.4.2 Frottement horizontal à la base de la fondation454
11.10.4.3 Frottement horizontal sur les faces latérales454
11.10.5 Déplacement et rotation d'une fondation semi-profonde454
11.10.6 Situations de calcul et vérifications454
11.10.7 Exemples de fondations semi-profondes soumises à des efforts latéraux et de renversements455
11.10.7.1 Méthode de M. Cassan455
11.10.7.2 Méthode du réseau d'état456
11.10.7.3 Méthode simplifiée457
Bibliographie459
Chapitre 12. Fondations profondes461
12.1 Descriptions, comportement et principes de justifications
461
12.1.1 Définitions461
12.1.2 Comportement des fondations profondes461
12.1.2.1 Comportement sous charge axiale461
12.1.2.2 Comportement sous sollicitations transversales464
12.1.2.3 Pieu soumis à des efforts parasites et divers465
12.2 Principes de justifications
465
12.2.1 Vérifications aux états limites465
12.2.2 Classement des différents types de fondations profondes465
12.2.3 Matériaux constitutifs des fondations profondes466
12.2.3.1 Paramètres de calcul des matériaux béton, béton armé, coulis ou mortier à base de ciment467
12.2.3.2 Agressivité des eaux et des sols pour les bétons469
12.2.3.3 Structures métalliques en acier de construction473
12.2.3.4 Agressivité des eaux et des sols pour le métal474
12.2.4 Capacités portantes limites sous charges verticales477
12.2.4.1 Données théoriques et expérimentales de dimensionnement sous charge verticale - Méthode par essais de laboratoire477
12.2.4.2 Détermination de la charge limite sous charges verticales à partir d'essais mécaniques in situ480
12.2.5 États limites de portance et de traction495
12.2.5.1 Portance d'une fondation profonde isolée (ELU, compression)495
12.2.5.2 Résistance de traction d'une fondation profonde isolée (ELU, traction)496
12.2.5.3 Fondation profonde isolée sous charge axiale de compression à l'ELS (ELS, compression)496
12.2.5.4 Fondation profonde isolée sous charge axiale de traction à l'ELS (ELS, traction)497
12.2.6 Méthodes de calcul sous chargement axial497
12.2.6.1 Méthode de calcul à partir d'essais de pieux498
12.2.6.2 Procédure du pieu modèle499
12.2.6.3 Procédure du modèle de terrain502
12.2.6.4 Présence d'une couche sous-jacente peu résistante505
12.2.6.5 Réduction du frottement axial limite sous effort de traction507
12.3 Tassement des pieux
508
12.4 Portance d'un groupe de pieux
509
12.4.1 Comportement d'un groupe de pieux509
12.4.2 Effet de groupe lié au rapprochement des pieux510
12.4.3 Effet de groupe lié au comportement du bloc511
12.4.4 Tassement d'un groupe de fondations profondes511
12.5 Résistance de traction d'un groupe de fondations profondes
512
12.5.1 Combinaisons d'actions et coefficients de sécurité513
12.5.2 Résistance mobilisable par le groupe de fondations profondes513
12.5.2.1 Volume unitaire associé en sol homogène à frottement interne prédominant515
12.5.2.2 Volume unitaire associé en sol homogène à cohésion prédominante515
12.5.2.3 Réduction du volume d'influence515
12.5.3 Résistances mobilisables complémentaires516
12.6 Pieux soumis à des sollicitations non verticales en tête
517
12.6.1 Nature des sollicitations517
12.6.2 Lois d'interaction sol-pieu517
12.6.3 Résolution dans le domaine élastique520
12.6.3.1 Équations générales520
12.6.3.2 Pieu à géométrie et inertie constantes et sol homogène521
12.6.3.3 Applications pratiques522
12.7 Efforts parasites sur les pieux
523
12.7.1 Frottement négatif523
12.7.1.1 Description du phénomène523
12.7.1.2 Méthode de calcul524
12.7.1.3 Application pratique527
12.7.1.4 Frottement négatif sur les pieux d'un groupe529
12.7.2 Fluage latéral d'une couche compressible530
12.7.2.1 Description du phénomène530
12.7.2.2 Méthode de Tschebotarioff531
12.7.2.3 Principe de la méthode en g(z)531
12.7.3 Flambement des pieux533
12.7.3.1 Méthode de M. Mandel533
12.7.3.2 Pieu avec hauteur libre534
12.7.3.3 Prise en compte d'un défaut de forme534
12.7.3.4 Vérification du non-flambement d'un micropieu534
12.8 Contrôle de l'intégrité des pieux
536
12.9 Considérations parasismiques
539
12.9.1 Détermination des ressources de pieux540
12.9.1.1 Matrice de rigidité540
12.9.1.2 Matrice de souplesse541
12.9.1.3 Détermination des termes de la matrice de souplesse541
12.9.1.4 Détermination de la raideur verticale sous sollicitations sismiques544
12.9.2 Détermination des effets cinématiques544
12.9.2.1 Déplacement en surface544
12.9.2.2 Profil du g(z) dans le cas d'un sol monocouche544
12.9.2.3 Profil du g(z) dans le cas d'un sol bicouche545
12.9.3 Justification de dimensionnement546
12.9.3.1 Capacité portante et de traction546
12.9.3.2 Reprise d'efforts horizontaux et de moments546
Bibliographie547
Chapitre 13. Ouvrages de soutènement549
13.1 Préambule - Classification des soutènements
549
13.2 Critères de choix
550
13.3 Murs de soutènement
552
13.3.1 Remarque préliminaire - Notion d'écran fictif552
13.3.2 Définition des actions553
13.3.3 Approche de calcul et combinaisons d'actions554
13.3.4 Justification d'un mur de soutènement sous sollicitations statiques555
13.3.4.1 Démarche générale555
13.3.4.2 Stabilité générale (ELU)556
13.3.4.3 Résistance structurelle (ELU)557
13.3.4.4 Portance du sol support (ELU et ELS)558
13.3.4.5 Limitation de l'excentrement (ELU et ELS)558
13.3.4.6 Glissement sur la base du mur (ELU)558
13.3.4.7 Autres vérifications
559
13.3.5 Justification d'un mur de soutènement sous séisme (Eurocode 8)559
13.4 Écrans de soutènement
559
13.4.1 Classification, fonctionnement et méthodes de calcul559
13.4.2 Déformations admissibles de la paroi562
13.4.3 Méthode élastoplastique562
13.4.3.1 Principe562
13.4.3.2 Détermination du coefficient de réaction horizontal564
13.4.3.3 Autres paramètres liés au sol566
13.4.3.4 Produit d'inertie de la paroi566
13.4.3.5 Poussée et butée sur une paroi discontinue567
13.4.3.6 Butons et tirants568
13.4.3.7 Tirants d'ancrages569
13.4.3.8 Autres paramètres570
13.4.3.9 Phasage570
13.4.3.10 Calcul571
13.4.4 Dimensionnement des parois à la rupture (MEL)571
13.4.4.1 Principe571
13.4.4.2 Vérification de la fiche573
13.4.4.3 Vérification de la contre-butée (approche simplifiée)573
13.4.4.4 Calcul à la rupture d'un rideau ancrée en tête et encastré en pied574
13.4.5 Justification d'un écran de soutènement sous sollicitations statiques (NF P94-282)575
13.4.5.1 Démarche générale575
13.4.5.2 Stabilité générale (ELU)576
13.4.5.3 Défaut de butée (ELU)577
13.4.5.4 Résistance structurelle (ELS et ELU)578
13.4.5.5 Stabilité du fond de fouille (ELU)580
13.4.5.6 Poinçonnement et capacité portante du sol support (ELU et ELS)580
13.4.5.7 Stabilité du massif d'ancrage (ELU)581
13.4.5.8 Résistance des ancrages (ELU et ELS)584
13.4.5.9 Résistance de l'appui (ELU et ELS)589
13.4.5.10 Ruines d'origine hydraulique (ELU)589
13.4.6 Justification d'un écran de soutènement sous séisme (Eurocode 8)589
13.5 Massifs de sols renforcés et parois clouées
590
13.5.1 Classification des ouvrages en remblai renforcé590
13.5.2 Description d'une paroi clouée592
13.5.3 Justification sous sollicitations statiques594
13.5.3.1 Démarche générale594
13.5.3.2 Écran fictif596
13.5.3.3 Mobilisation des efforts dans les renforcements596
13.5.3.4 Actions et sollicitations596
13.5.3.5 Stabilité générale (ELU)597
13.5.3.6 Stabilité externe (ELU)598
13.5.3.7 Stabilité interne (ELU)601
13.5.3.8 Stabilité mixte (ELU)620
13.5.3.9 États limites de services - Déformations622
13.5.4 Justification sous sollicitations sismiques623
Bibliographie624
Chapitre 14. Fondations mixtes, amélioration et renforcement des sols625
14.1 Présentation générale
625
14.2 Fondations mixtes
626
14.2.1 Principe626
14.2.2 Définitions et hypothèses626
14.2.3 Détermination de la charge limite d'une fondation mixte pour (...)627
14.2.4 Estimation des tassements - Cas général (...)628
14.2.4.1 Principe - Compressibilité de la fondation mixte628
14.2.4.2 Lois charge-déformation628
14.2.5 Cas particulier des pieux courts : (...)630
14.3 Amélioration et renforcement des sols d'assise
631
14.3.1 Introduction631
14.3.2 Procédés de substitution632
14.3.2.1 Principe632
14.3.2.2 Domaine d'application633
14.3.2.3 Mise en oeuvre633
14.3.2.4 Avantages, inconvénients, limites633
14.3.2.5 Principe de dimensionnement634
14.3.2.6 Contrôles d'exécution634
14.3.3 Procédés par traitement dans la masse634
14.3.3.1 Préchargement634
14.3.3.2 Vibrocompactage ou vibroflottation639
14.3.3.3 Compactage dynamique641
14.3.3.4 Injection solide644
14.3.4 Procédés par inclusion de matériaux d'apport646
14.3.4.1 Inclusions souples par colonnes ballastées646
14.3.4.2 Inclusions souples par plots ou puits ballastés651
14.3.4.3 Autres types d'inclusions souples652
14.3.4.4 Inclusions rigides en béton ou mortier de petit diamètre653
14.3.4.5 Inclusions rigides de sols traités aux liants661
14.3.4.6 Inclusions rigides réalisées par jet663
14.3.4.7 Inclusions composites667
14.3.5 Procédés par traitement du sol667
14.3.5.1 Traitement des sols aux liants667
14.3.5.2 Injections668
14.3.6 Autres procédés671
14.3.7 Amélioration du sol et génie parasismique671
14.3.7.1 Généralités671
14.3.7.2 Amélioration du sol dans la masse672
14.3.7.3 Inclusions souples673
14.3.7.4 Inclusions rigides674
Bibliographie676
Chapitre 15. Conception et dimensionnement des ouvrages hydrauliques679
15.1 Généralités sur les ouvrages hydrauliques
679
15.2 Étude de début d'écoulement sous ou à travers un ouvrage
680
15.2.1 Généralités680
15.2.2 Écran vertical dans une couche perméable680
15.2.2.1 Solution analytique pour un écran vertical sans fouille680
15.2.2.2 Écran vertical avec ou sans fouille dans une couche perméable d'épaisseur limitée681
15.2.3 Batardeaux avec ou sans fouille de longueur infinie682
15.2.3.1 Définition des batardeaux larges et étroits682
15.2.3.2 Batardeaux larges avec ou sans fouille683
15.2.3.3 Batardeaux étroits sans fouille683
15.2.2.4 Bartardeaux étroits avec fouille683
15.2.4 Batardeaux avec ou sans fouille de longueur finie683
15.2.4.1 Batardeaux circulaires, carrés ou rectangulaires683
15.2.4.2 Rideaux parallèles684
15.2.5 Tranchées et canaux685
15.2.5.1 Fouille de longueur finie à la surface d'une couche perméable épaisse685
15.2.5.2 Débit de fuite d'un canal685
15.3 Drainage et rabattement
686
15.3.1 Techniques diverses686
15.3.2 Règles des filtres687
15.4 Rupture du fond de fouille d'origine hydraulique
688
15.4.1 Généralités688
15.4.2 Soulèvement hydraulique global du terrain (UPL)688
15.4.3 Soulèvement hydraulique des particules de sol - Boulance (HYD)688
15.4.4 Rupture par érosion interne - Suffusion689
15.4.5 Rupture par érosion régressive (renard hydraulique)689
15.4.6 Stabilité du fond de fouille (renard solide)690
15.5 Digues et barrages en terre
692
15.5.1 Principaux types de barrages en terre692
15.5.2 Réseaux d'écoulement693
15.5.2.1 Détermination de la surface phréatique693
15.5.2.2 Débit, pression interstitielle, règle de Lane694
15.5.3 Stabilité des talus696
15.5.3.1 Types de vérification696
15.5.3.2 Stabilité en fin de construction696
15.5.3.3 Stabilité en régime permanent697
15.5.3.4 Vidange rapide697
Bibliographie698
Symboles et notations699
Annexes729
Annexe A - Norme NF P94-500 du 30 novembre 2013729
Annexe B - Échelle stratigraphique internationale734
Annexe C - Équation générale de l'écoulement permanent737
Annexe D - Force d'écoulement739
Annexe E - Résolution mathématique de la théorie de la consolidation d'après Terzaghi et Froehlich742
Annexe F - Cercle de Mohr746
Annexe G - Corrélations entre paramètres de sol748
Annexe H - Coefficients de sécurité partiels de l'EC7759
Annexe I - Méthode des tranches de Bishop775
Annexe J - Liste des normes du domaine géotechnique777
Index783