L’objectif de ce chapitre était de développer un modèle permettant de calculer la capacité portante cyclique d’un pieu soumis à une sollicitation cyclique axiale. La capacité portante cyclique calculée dépend des déplacements accumulés en tête de pieu au cours de la sollicitation, et dépend également des variations de contraintes (normales et de cisaillement) à l’interface sol-pieu. Afin de réaliser cet objectif, il a fallu utiliser une méthode de type t-z et gérer les calculs cycle à cycle.
Pour répondre à cet objectif, le modèle TZC a été développé et présenté dans ce chapitre. Tout d’abord sa formulation tout au long du fût du pieu et au niveau de base a été donnée. Les paramètres du modèle TZC ont été ensuite présentés, et l’influence de chaque paramètre a été étudiée. Une attention particulière a été accordée au paramètre contrôlant la dégradation cyclique subie par le frottement axial limite au cours d’une sollicitation cyclique. Ce paramètre, noté Δqs a été calculé dans cette étude selon deux méthodes, présentées auparavant dans le chapitre I. La première méthode est ABC et la seconde est la méthode SOLCYP. Le détail du couplage du modèle TZC avec les deux méthodes ainsi que l’introduction de TZC-ABC et TZC-SOLCYP dans un outil de calcul cycle à cycle, ont été présentés.
Afin d’évaluer les potentialités du modèle TZC, une application sur un cas théorique a été réalisée. L’application concerne des séquences de traction cyclique, ayant différentes combinaisons de charge moyenne Qmoy et d’amplitude cyclique Qcyc. Ces séquences ont été choisies afin de visualiser les effets de chaque caractéristique de chargement sur le comportement du pieu. Chacune des séquences de traction cyclique a été effectuée avec TZC-ABC et avec TZC-SOLCYP afin de comparer les deux méthodes.
Les résultats présentés dans ce chapitre permettent de voir que l’outil de calcul réussit à estimer, à chaque cycle i du chargement, la capacité portante cyclique Rs cyc, les contraintes mobilisées à l’interface σni et τi et les déplacements accumulés en tête de pieu. Les conclusions suivantes ont pu être tirées à partir de ces résultats :
- l’augmentation de la charge maximale Qmax, de l’amplitude cyclique Qcyc ou de la charge moyenne Qmoy conduisent à une augmentation de l’accumulation des déplacements ;
- une séquence de traction cyclique provoque une dégradation de la résistance à la traction initiale Rs1 du pieu. Le taux de dégradation dépend des caractéristiques de la séquence de chargement ;
- la rupture du pieu peut être définie selon deux critères. Le premier est un critère en déplacement (déplacement conventionnel égal à D/10). Le second critère est une rupture par
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défaut d’équilibre, obtenu lorsque Rs cyc devient inférieur à la charge maximale appliquée en tête de pieu ;
- selon les caractéristiques du chargement appliquées sur le pieu, trois comportements peuvent être observés : stable, métastables et instable ;
- le calcul du coefficient de dégradation du frottement axial limite Dτ permet de voir que la rupture se développe de la tête vers la base ;
- un coefficient de sécurité peut être introduit lors du dimensionnement des pieux soumis aux chargements cycliques axiaux. Il permet de distinguer les chargements cycliques admissibles des chargements cycliques inadmissibles selon le critère suivant :
R cyc G s k Q k R Q G
- pour les séquences métastables, la dégradation de la résistance à la traction obtenue avec TZC-ABC est supérieure à celle estimée avec TZC-SOLCYP. La dégradation obtenue avec cette dernière méthode dépend fortement de la rigidité normale à l’interface kn. Celle-ci est directement liée au module de cisaillement du sol G. Ainsi, pour pouvoir reproduire des résultats d’essais in-situ avec TZC-SOLCYP, il est nécessaire d’étudier la valeur prise pour G. Cette étude est menée dans le cadre du chapitre suivant.
Les sept séquences de traction cyclique étudiées dans ce chapitre peuvent être placées sur un diagramme de stabilité cyclique (Figure III.42). En multipliant le nombre de ces séquences et en modifiant la combinaison (Qmoy, Qcyc), des zones de stabilité peuvent être définies. Ce diagramme est une application du modèle TZC, pouvant être utile pour l’ingénieur lors du dimensionnement des pieux. En effet, pour un type de pieu donné (battu ou foré), pour un type de sol donné, l’utilisation de ces diagrammes permet à l’ingénieur de connaître les gammes d’amplitude et de charge moyenne que peut supporter le pieu. Ces diagrammes permettent également de connaitre plus ou moins le nombre de cycles que peut supporter le pieu avant d’atteindre la rupture.
Afin de tester la validité du modèle TZC, le chapitre suivant présente une comparaison entre des résultats d’essais en vraie grandeur et les résultats numériques (obtenus avec TZC). Une discussion autour de la validité du modèle est menée, ainsi que des éventuelles améliorations sont proposées.
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Figure III.42 : Diagramme de stabilité cyclique obtenu avec la méthode TZC-ABC à partir des sept séquences de traction cyclique 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 Qcyc/Rs Qmoy/Rs C1NAT04 (>1000) C1NAT06 (>1000) C1NAT03 (391) C1NAT02 (58) C1NAT05 (>1000) C1NAT01 (573) C1NAT03 (391) C1NAT07 (984) Pas de rupture après 1000 cycles
Rupture en déplacement (>B/10) Rupture par défaut d'équilibre Rs : Résistance à la traction Qcyc : Amplitude cyclique
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IV Chapitre IV : Comparaison des résultats du modèle TZC avec
les résultats d’essais de pieux en vraie grandeur
IV.1 Introduction
Le chapitre précédent a proposé un modèle de calcul cycle à cycle TZC pour modéliser la réponse du pieu sous charge axiale cyclique. Ce modèle, combiné à deux procédures de calcul de dégradation du frottement axial limite (approches ABC et SOLCYP), permet d’évaluer la capacité portante cyclique au cours des cycles et d’estimer les déplacements accumulés en tête de pieu.
Afin d’évaluer la fiabilité du modèle TZC, et de manière générale des deux méthodes de calcul cycle à cycle (TZC-ABC et TZC-SOLCYP), les résultats numériques obtenus sont comparés à des résultats expérimentaux issus d’essais en vraie grandeur.
Le présent chapitre propose une comparaison entre les résultats d’essais cycliques sur des pieux battus et sur un pieu foré, et les résultats numériques de la modélisation de ces mêmes essais avec les procédures TZC-ABC et TZC-SOLCYP. Les essais sont tout d’abord présentés, puis modélisés. Les résultats de la modélisation sont ensuite analysés et discutés. L’utilisation des deux méthodes de calcul lors du dimensionnement et de la conception des pieux sous charge cyclique axiale est discutée.