2015-2016
REPUBLIQUE DU BENIN
MINISTERE DE L’ENSEIGENEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION THÈME :
Réalisé par Miradjatou M.A.O. SANNI pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en Génie Civil OPTION : Génie Civil / Bâtiments et Travaux Publics
SOUS LA DIECTION DE :
ÉTUDES GÉOTECHNIQUES DE LA CONSTRUCTION D’UN PONT A TOVÈGBAMÈ : FONDATIONS ET REMBLAIS
D’ACCÈS SUR SOLS ARGILEUX
A toi Dieu trois fois saint,
Merci Seigneur pour tes œuvres dans ma vie. Gloire au Tout
Puissant qui a cheminé avec moi jusqu’à l’aboutissement de ce
travail. Louange et adoration à toi, la plénitude de bonté.
SOMMAIRE SOMMAIRE
SOMMAIRE ... II DÉDICACES ... IV REMERCIEMENTS ... V HOMMAGES ... VIII SIGLES ET ABRÉVIATIONS UTILISÉS ... IX LISTE DES TABLEAUX ... XII LISTE DES FIGURES ... XIV LISTE DES PHOTOS ... XVI RÉSUMÉ ... XVII ABSTRACT ... XVIII
... 1
... 4
... 5
1.1. INTRODUCTION ... 6
1.2. DÉFINITIOND’UNEFONDATION ... 6
1.3. DIFFÉRENTSTYPESDEFONDATIONS ... 6
... 14
2.1. INTRODUCTION ... 15
2.2. DÉFINITIOND’UNREMBLAID’ACCÈS ... 15
2.3. CARACTÉRISTIQUESDESMATÉRIAUXGRANULAIRESNÉCESSAIRESAUREMBLAI ... 16
2.4. CONTRÔLESDEREMBLAISCONTIGUSENMATÉRIAUXGRANULAIRES ... 16
2.5. MATÉRIAUXAEXCLURE ... 17
2.6. LESPROBLÈMESPOSÉSPARLACONSTRUCTIONDESREMBLAISSURSOLSMOUVANTS ... 17
... 20
SOMMAIRE
4.1. INTRODUCTION ... 32
4.2. ESSAISDELABORATOIRE ... 32
4.3. MATÉRIELS ... 38
4.4. ÉTUDEDEFONDATIOND’OUVRAGED’ARTAPARTIRDESESSAISAUPRESSIOMÈTREMENARD 40 4.5. ÉTUDEDEREMBLAI ... 48
... 53
... 54
5.1. DIMENSIONNEMENTDESFONDATIONSD’OUVRAGED’ART ... 55
5.2. STABILITÉETTASSEMENTDESREMBLAISD’ACCÈS ... 70
5.3. CARACTERISTIQUESMECANIQUESDUSOLDEFONDATIONDESOUVRAGESD’ART ... 90
5.4. FONDATIONSPROFONDESDESOUVRAGESD’ART ... 90
5.5. STABILITEDESREMBLAIS ... 91
5.6. TASSEMENTSOUSREMBLAID’ACCÈS ... 91
... 94
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 97
ANNEXES ... 100
TABLES DES MATIÈRES ... 125
Dédicaces DÉDICACES
- A Mon feu père SANNI A. Aliou qui, malgré son absence physique ne cesse d’être à mes côtés et de me soutenir pour m’orienter vers sa règle d’or : la recherche de l’excellence.
- A Ma mère GNANSOUNOU Mireille. Pardonne-moi de ne pas trouver les mots justes pour tout l’amour et les sacrifices consentis à mon égard. Je t’assure de m’efforcer toujours d’être digne de toi, afin que tu trouves en cela la marque de ma gratitude.
REMERCIEMENTS
REMERCIEMENTS
Dire « Merci » est et demeure un acte de gratitude envers ceux qui accordent une grâce. Nous tenons ainsi à exprimer ici notre profonde gratitude :
Au Professeur SOUMANOU M. Mohamed, Directeur de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) ;
Au Directeur Adjoint de l’EPAC, le Docteur AHOUANNOU Clément et à tout le personnel de l’administration de l’EPAC, pour l’excellence du cadre de travail mis à notre disposition et pour les moyens mobilisés pour notre formation.
Au Docteur HOUINOU Gossou Jean, Chef du Département de Génie Civil de l’EPAC, pour l’entrain et le dévouement au travail qu’il nous a transmis ;
Aux Docteurs HOUINOU Agathe et ZINSOU Codjo Luc, nos maîtres de mémoire, pour l’encadrement et l’orientation dont nous avons bénéficié tout au long de notre travail. Ce document n’aurait pu être réalisé sans vos sages conseils, votre disponibilité, et la confiance que vous avez placée en nous.
A tous les enseignants de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi, en particulier à ceux du Département de Génie Civil qui ne se sont aucunement ménagés pour développer notre passion pour notre travail, pour enrichir notre savoir et pour la qualité de la formation reçue. Recevez ici nos sincères hommages que nous adressons en particulier :
- Au Professeur ADJOVI Edmond, Professeur titulaire à l’UAC (Université d’Abomey-Calavi) ;
- Au Dr SAVY Mathias, Maître Assistant des Universités ; - Au Dr BACHAROU Taofic, Maître Assistant des Universités ; - Au Dr DIOGO Noël, Docteur architecte ;
- Au Dr CODO François de Paule, Maître de Conférences des Universités ; - Au Dr DEGBEGNON Léopold, Maître Assistant des Universités ;
- Au Professeur GBAGUIDI Aïssè Gérard Léopold, Maître de Conférences des Universités ;
- Au Professeur GBAGUIDI S. Victor, Maître de Conférences des Universités
;
REMERCIEMENTS
- Au Professeur GIBIGAYE Mohamed, Maître de Conférences des Universités ;
- Au Dr TCHEHOUALI Adolphe, Maître de Conférences des Universités ; - Au Dr WANKPO Tonalémi Epiphane Sonon, Docteur Ingénieur en Hydraulique ;
- Au Dr ZEVOUNOU Crépin, Maître Assistant des Universités ; - Au Dr ALLOBA Ezéchiel, Maître-Assistant des Universités ; - Au Dr CHAFFA Gédéon, Maître-Assistant des Universités ;
- Au Dr. OLODO Emmanuel, Maître de conférences des Universités ; - A M. ZOHOUNGBOGBO Prosper, Ingénieur en Génie Civil ; - A M. SEWANOUDE Cosme, professeur de comptabilité ; - A Mme AHONONGA Elena, Ingénieur en Génie Civil ;
- A M. LAADE Cyprien, Agent du Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil (LERGC).
- Aux assistants Messieurs BOCOVO Mariano, YABI Crépin et AGOSSOU Daniel.
Nos remerciements vont également au personnel de AÏWA TECHNICAL SERVICES (ATS-SARL), laboratoire et études géotechniques-BTP, pour la facilité d’accès aux informations et pour l’enseignement dont nous avons bénéficié, en particulier :
- Au Directeur Général de ATS-SARL, M. Aristide AVODAGBE, pour sa disponibilité et son engagement dans la réussite de notre travail ;
- Au Directeur Technique de ATS-Sarl, M. Gildas AKAKOTO, pour sa sollicitude ;
- Au Chef projet de ATS-Sarl, M. DEH Christian pour sa sollicitude.
REMERCIEMENTS
- Mes sœurs Josiane et Rizicath ;
- Toute la famille SANNI et GNANSOUNOU ;
- Toute la 9ème promotion des élèves ingénieurs de l’EPAC ;
Consciente que cette liste n’est pas exhaustive, nous exprimons nos vifs remerciements à toutes les autres personnes qui, de près ou de loin, ont contribué de quelque manière que ce soit, à l’aboutissement de ce travail.
HOMMAGES
HOMMAGES
A nos maîtres de mémoire :
Docteur Agathe HOUINOU
Votre calme, votre rigueur scientifique et vos qualités de grande enseignante de la Mécanique des Sols nous ont motivé à aller vers vous pour ce travail que vous avez accepté de diriger.
Hommages respectueux
Docteur Codjo Luc ZINSOU
Vous êtes un exemple qui témoigne de la rigueur scientifique au travail.
Vos qualités de grand enseignant nous ont motivé à travailler avec vous.
Hommages respectueux
A nos juges
Monsieur le président de jury
Nous sommes très sensibles à l’honneur que vous nous faites en acceptant de présider le jury de notre mémoire.
Messieurs les membres de jury
Vous nous faites un très grand honneur en acceptant de juger ce travail.
Nous sommes persuadées que vos remarques et critiques contribueront grandement à l’amélioration de la qualité scientifique du travail.
SIGLES ET ABRÉVIATIONS UTILISÉS
SIGLES ET ABRÉVIATIONS UTILISÉS
𝐄𝐌 : module pressiométrique 𝐏𝐥 : pression limite
𝐏𝐊 : point kilométrique
𝐒𝐏 𝟏 : premier sondage pressiométrique 𝐒𝐏 𝟐 : deuxième sondage pressiométrique
𝐒𝐈 : tassement induit par un pieu sous charge Q unitaire d’un sol homogène 𝐄 : module d'élasticité du sol
∆𝛔𝐢 : Accroissement de contrainte apporté par la fondation au milieu de la couche 𝛔′𝐨𝐢 : contrainte effective
𝐓𝐯 : temps
𝐒𝐜𝐢 : tassement de consolidation par couche 𝐒𝐭𝐢 : tassement total par couche
𝐔 : degré de consolidation 𝐃 : hauteur de la fondation 𝐁 : largeur de la fondation 𝐓𝐍 : terrain naturel
𝐁𝐀 : Béton Armé
𝐃𝐞 : hauteur d’encastrement équivalente 𝐦𝐦 : Millimètre
𝐌𝐏𝐚 : mégapaskals
𝐂𝐯 : coefficient de consolidation 𝐃𝐦𝐚𝐱 : diamètre maximal
SIGLES ET ABRÉVIATIONS UTILISÉS
𝛍𝐦 : micromètre
𝛗′ : angle de frottement interne 𝐂′ : cohésion
𝐌𝐈𝐎𝐌 : Mâchefers d'Incinération d'Ordures Ménagères 𝐌 : masse de l’échantillon
𝐖𝐋 : limite de liquidité 𝐖𝐏 : limite de plasticité 𝐈𝐏 : indice de plasticité 𝐈𝐂 : indice de consistance 𝛚 : teneur en eau
𝐌𝐇 : masse humide 𝐌𝐒 : masse sèche 𝐏𝐟 : pression de fluage
𝛂 : coefficient rhéologique dépendant de la nature du sol 𝐐𝐮 : charge limite en compression
𝐐𝐩𝐮 : l’effort limite mobilisable dû au terme de la pointe ou encore résistance de pointe
𝐐𝐬𝐮 : l’effort limite mobilisable par frottement latéral sur la hauteur du fût 𝐐𝐜 : charge limite de fluage
𝐐𝐓𝐂 : charge limite de fluage en traction 𝐐 : charge limite en traction
SIGLES ET ABRÉVIATIONS UTILISÉS
𝐪𝐮 : contrainte de rupture relative au terme de pointe
𝐏 : périmètre de la section enveloppe pour les pieux tubulaires 𝐪𝐬 : frottement latéral unitaire
𝐪𝐬𝐧 : frottement unitaire limite 𝐤𝐩 : facteur de portance
𝐏𝐥𝐞∗ : pression limite nette équivalente
LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX
Tableau 4.2.1 : Fractions Granulaires (EN ISO 14688-1 : Dénomination,
description et classification des sols) ... 33
Tableau 4.2.2 : Qualificatif des sols en fonction de l’indice de plasticité (MEHREZ KHEMAKHEM avec la collaboration de ZOUHEIR BOUARADA, ELEMENTS DE GEOTECHNIQUE) ... 35
Tableau 4.2.3 : Qualification en fonction de l’indice de consistance (MEHREZ KHEMAKHEM avec la collaboration de ZOUHEIR BOUARADA, ELEMENTS DE GEOTECHNIQUE) ... 36
Tableau 4.4.1 : Interprétation de la consolidation des sols à partir du rapport EM/Pl [17] ... 42
Tableau 4.4.2 : Capacité portante ou contrainte admissible ... 45
Tableau 4.4.3 : Classification des charges sur les pieux ... 46
Tableau 4.4.4 : Justification de la fondation ... 47
Tableau 5.1.1 : Calcul détaillé de la pression limite nette équivalente ... 55
Tableau 5.1.2 : Calcul détaillé du frottement latéral ... 59
Tableau 5.1.3 : Valeurs de Qpu et Qsu pour chaque sondage pressiométrique ... 62
Tableau 5.1.4 : Résultats charges limites de rupture d’un pieu ... 62
Tableau 5.1.5 : Résultat capacité portante d’un pieu pour SP 1 ... 63
Tableau 5.1.6 : Résultat capacité portante d’un pieu pour SP 2 ... 63 Tableau 5.1.7 : Capacité portante d’un groupe de pieux sous culée pour SP 1 . 64 Tableau 5.1.8 : Capacité portante d’un groupe de pieux sous culée pour SP 2 . 65
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 5.1.13 : Résultat de la justification de fondation sous culée pour SP 1 67 Tableau 5.1.14 : Résultat de la justification de fondation sous culée pour SP 2 68
Tableau 5.1.15 : Résultat de la justification de fondation sous pile pour SP 1 .. 68
Tableau 5.1.16 : Résultat de la justification de fondation sous pile pour SP 2 .. 69
Tableau 5.2.1 : Valeurs de ∆𝛔𝐢 pour chaque couche ... 73
Tableau 5.2.2 : Valeurs de 𝛔′𝟎𝐢 pour chaque couche ... 75
Tableau 5.2.3 : Valeurs de 𝐒𝐜𝐢 pour chaque couche ... 76
Tableau 5.2.4 : Valeurs de 𝐒𝐭𝐢 pour chaque couche ... 77
Tableau 5.2.5 : Données et résultats de l’étude ... 86
Tableau 5.2.6 : Valeur de U en fonction de Tv [16] ... 89
Tableau 5.6.1 : Traitement de remblai suivant les profils ... 93
LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES
Figure 1.3.1: Catégorisation des fondations [13] ... 7
Figure 1.3.2: Différents types de fondations superficielles [3]... 8
Figure 1.3.3 : Emplacement d'un pieu [3] ... 10
Figure 1.3.4 : Mode de travail d'un pieu [3] ... 10
Figure 1.3.5 : Diagramme de classification des pieux [3] ... 13
Figure 2.6.1: Rupture par poinçonnement [14] ... 18
Figure 2.6.2 : Rupture de type circulaire ou glissement rotationnel [14] ... 19
Figure 3.1.1 : Carte de l’Afrique de l’Ouest (SANOFI Afrique de l’Ouest, 2007- 2016) ... 22
Figure 3.1.2 : Situation géographique du Bénin [1] ... 23
Figure 3.1.3 : Carte des reliefs du Bénin (Adam et Boko, 1993) ... 24
Figure 3.2.1 : Vue globale de la rivière Tovè (consultant, Avril 2015) ... 26
Figure 4.2.1 : Classification de Casagrande ... 35
Figure 4.3.1 : Echantillonneur de tamis pour l’analyse granulométrique ... 38
Figure 4.3.2 : Appareil de Casagrande pour les limites d’Atterberg ... 38
Figure 4.3.3 : Agitateur des éprouvettes pour l’Equivalent de Sable ... 39
Figure 4.3.4 : Œdomètre ... 39
Figure 4.3.5 : Machine de Cisaillement ... 39
Figure 4.3.6 : Boîte de Casagrande ... 40
LISTE DES FIGURES
Figure 5.2.1 : Schéma du remblai ... 73
LISTE DES PHOTOS
LISTE DES PHOTOS
Photo 1 : Fissure horizontale ... 27
Photo 2 : Fissure diagonale et fissure verticale ... 27
Photo 3 : Fentes observées dans le sol ... 28
Photo 4 : Dégradations observées au niveau de la route ... 29
RÉSUMÉ
R É SUM É
La reconnaissance géotechnique dans le cadre d’un projet routier a pour but de recueillir les informations sur l’ensemble du sol support de cette route en vue du dimensionnement de la structure de chaussée et de la fondation des ouvrages.
A cet effet, des sondages carottés et pressiométriques ont été réalisés dans le cadre de l’Étude Géotechnique de la reconstruction du pont de TOVÈGBAMÈ (Fondations profondes et Remblais sur sol compressible). Les échantillons prélevés à l’occasion de ces travaux de terrains ont été acheminés au laboratoire en vue de les soumettre aux essais tels que l’analyse granulométrique par tamisage, les limites d’Atterberg, l’équivalent de sable, le cisaillement direct à la boîte de Casagrande, la compressibilité à l’œdomètre.
Les fondations profondes de type pieux forés du pont en Béton Armé projetés ont été dimensionnées à partir des essais au Pressiomètre Ménard suivant les instructions du fascicule 62 Titre V.
Compte tenu du caractère inondable de certaines zones de la plate-forme de la route reliée au pont, il est prévu des remblais d’accès au pont allant jusqu’à 9 mètres de hauteur, ce qui a nécessité la vérification de la stabilité des talus tout en tenant compte du tassement du sol et des caractéristiques des matériaux de remblais.
Mots Clés :
1- géotechnique 2- plate-forme 3- sondage 4- essais 5- pieux forés
ABSTRACT
ABSTRACT
Geotechnical as part of a road project aims to collect information on all of the subgrade of the road for the operation of the pavement structure and foundation works.
For this purpose, cored and pressuremeter surveys were conducted as part of the geotchnical study of the reconstruction of TOVEGBAME bridge (deep foundations and embankments on compressible ground). Samples taken during the field work were sent to laboratory for the tests as such as particle size sieve analysis, Atterberg limits, the equivalent of sand, direct shear the Casagrande box, compressibility in oedometer.
Deep foundation piles drilled kind of reinforced concrete bridge projected were sized from Ménard pressuremeter tests following the instructions booklet of 62 Title V.
Given the flooding of certain areas of the road platform connected to the bridge are provided access embankment to the bridge of up to 9 meters high, which required verification of slope stability while taking account of known soil compaction and characteristics of backfill materials.
Keywords : 1- geo tech 2- platform 3- survey 4- trials
INTRODUCTION GÉNÉRALE
Le Bénin est un pays de l’Afrique de l’Ouest qui bénéficie de 150 km d’ouverture sur l’océan Atlantique. Cette situation géographique lui offre les attributs d’un pays de transit pour le trafic au départ et à destination du Port Autonome de Cotonou et des pays de la sous-région comme le Niger, le Burkina- Faso, le Mali, ainsi que le Togo et le Nigéria. Dans le but de remplir pleinement cette fonction avec plus d’efficacité, le Bénin a décidé de doter son système de transport d’infrastructures adéquates et fonctionnelles.
Du fait de sa position stratégique sur le réseau classé béninois, le tronçon
AKPRO-MISSERETE-ADJOHOUN-BONOU-OUINHI-KPEDEKPO (89 km)
constitue l'un des axes Nord - Sud du réseau national et relie la capitale du pays (Porto-Novo) à la Route Nationale Inter-Etats N°4 (RNIE 4) allant de la frontière Togolaise à la frontière Nigériane. [1]
Situé au PK-28sur cet axe, le pont TOVEGBAME présente des caractéristiques géométriques pénalisant la fluidité du trafic avec présence des dégradations prononcées au niveau des rampes d'accès qui influent sur sa praticabilité surtout en saison de pluies. Pour permettre un gain de temps aux usagers et assurer un bon écoulement de l’important trafic sur cet axe routier, le Gouvernement du Bénin envisage la reconstruction du pont de TOVEGBAME nécessaire pour l’atteinte des objectifs du projet de la route d’AKPRO-MISSERETE-ADJOHOUN-BONOU- OUINHI-KPEDEKPO.
Comme tout ouvrage de franchissement, le pont de TOVEGBAME permet de franchir un obstacle, qui est ici la rivière Tovè. Cette dernière se trouve dans la moyenne vallée de l’Ouémé, formée de zones marécageuses.
La fondation étant à la base de toute construction en Génie Civil, la réalisation de
INTRODUCTION GÉNÉRALE
La réalisation de ce travail s’articulera autour de trois grands points que sont : - une revue bibliographique ;
- une présentation du milieu d’étude, de la méthodologie d’étude ;
- une présentation et une interprétation des résultats - conclusions et recommandations.
1.1. INTRODUCTION ... 6 1.2. DÉFINITION D’UNE FONDATION ... 6 1.3. DIFFÉRENTS TYPES DE FONDATIONS ... 6
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
1.1. INTRODUCTION
Il arrive que la couche superficielle sur laquelle une fondation devrait être assise ne soit pas susceptible de résister aux efforts qui sont en jeu. Ce cas de figure se présente lorsque les couches superficielles du sol sont constituées par exemple de vase, de tourbe, d’argile molle ou d’une façon générale par des terrains peu résistants et très compressibles. Si la fondation était exécutée directement sur ces couches, des tassements incompatibles avec une instabilité des ouvrages se produiraient.
Dans ces conditions, il faut chercher le terrain résistant à une certaine profondeur. On réalisera alors une fondation profonde au moyen de pieux qui seront enfoncés à travers les mauvais terrains jusqu’au bon sol sur lequel ils reporteront les charges provenant de la superstructure. [7]
1.2. DÉFINITION D’UNE FONDATION
On appelle fondation la base des ouvrages qui se trouve en contact direct avec le terrain d'assise et dont la fonction est de transmettre à ce dernier le poids de l'ouvrage, les surcharges prévues et celles accidentelles auxquelles peut être soumis l'ouvrage. Une fondation est donc destinée à transmettre au sol, dans les conditions les plus favorables, les charges provenant de la construction. [2]
1.3. DIFFÉRENTS TYPES DE FONDATIONS
Le Document Technique Unifié version 13.12 classe les fondations en deux grandes catégories : les fondations superficielles et les fondations profondes.
Lorsque le rapport de la largeur (B) à la hauteur (D) d’une fondation est inférieure à
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
Figure 1.3.1: Catégorisation des fondations [13]
Le fascicule 62 titre V définit plutôt trois catégories de fondation : - D
B < 4 ; fondations superficielles (semelles filantes ou isolées, radiers) - 4 ≤ D
B < 10 ; fondations semi-profondes (puits) - D
B ≥ 10 ; fondations profondes (pieux)
D : profondeur de la base de la fondation par rapport au Terrain Naturel B : largeur ou diamètre de la fondation.
1.3.1. FONDATIONS SUPERFICIELLES
On appelle « fondations superficielles », toutes les fondations dont l'encastrement D dans le sol de fondation n'excède pas quatre ou cinq fois la largeur B (le plus petit côté). Pour un ouvrage, on pourra opter pour des fondations superficielles si les sols sont assez homogènes et comportent des couches porteuses assez proches de la surface ; autrement, le choix se portera sur les fondations semi- profondes ou profondes.
Parmi les fondations superficielles, on distingue : (voir figure 1.3.2)
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
a. les semelles isolées, de section carrée, circulaire ou rectangulaire et supportant des charges ponctuelles ;
b. les semelles filantes dont la longueur est très grande par rapport àla largeur et supportant un mur ou une paroi ;
c. les radiers ou dallage de grandes dimensions et occupant la totalité de la surface de la structure. Ils ont une épaisseur h dictée par la descente des charges et le calcul Béton Armé.
Figure 1.3.2: Différents types de fondations superficielles [3]
1.3.2. LES FONDATIONS SEMI-PROFONDES
Elles sont généralement représentées par les puits.Les puits se placent en limite des deux domaines de fondations. Ils se rattachent, par le principe de réalisation, aux fondations profondes, mais sont généralement calculés suivants les règles des fondations superficielles.
1.3.3. LES FONDATIONS PROFONDES
Les couches superficielles d'un terrain sont souvent compressibles, molles, peu
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
Les fondations profondes sont donc celles qui permettent de reporter depuis la surface les charges dues à l'ouvrage qu'elles supportent sur des couches situées jusqu'à une profondeur variant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres, lorsque le sol en surface n'a pas une résistance suffisante pour supporter ces charges par l'intermédiaire de fondations superficielles.
Les deux types de fondations (profondes et superficielles) se différencient essentiellement par la prise en compte d'un frottement sur les parois latérales.
Les fondations profondes, notamment les pieux, transmettent les charges non seulement par leur base (résistance de pointe) mais aussi et surtout par leurs parois latérales (frottement latéral) (Figure 1.3.4). Ils permettent d'éviter la rupture du sol et de limiter les déplacements à des valeurs très faibles par rapport à des charges élevées. [3]
Un pieu comprend principalement trois parties à savoir : la tête qui reçoit directement les charges de la superstructure de l'ouvrage parfois par l'intermédiaire d'une semelle de répartition, la pointe qui assure la transmission de charge entre la base du pieu et le sol et le fût compris entre la tête et la pointe qui est le siège de la transmission des efforts latéraux.
La hauteur d'ancrage h est la longueur de pénétration du pieu dans les couches de terrain résistantes.
D'un point de vue mécanique on distingue la longueur D du pieu de la hauteur d'encastrement équivalente De (hauteur d’ancrage du pieu dans la dernière couche) définie à partir des résultats des essais de sols en place.
La valeur de De tient compte de la différence entre les caractéristiques mécaniques de la couche d'ancrage et celles des sols de couverture traversés par le pieu (Figure 1.3.3).
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
Figure 1.3.3 : Emplacement d'un pieu [3]
Figure 1.3.4 : Mode de travail d'un pieu [3]
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
Ils concernent les pieux battus et les pieux foncés. Leur mise en place se fait par vérinage, battage ou vibro-fonçage. Ils repoussent le sol et le compriment ; ce qui génère un bon frottement latéral.
- les pieux dont l'exécution se fait après extraction du sol du forage et qui, de ce fait, ne provoque pas le refoulement du sol.
Ils concernent les pieux forés et les puits. Leur mise en place se fait par substitution, ce qui a pour effet de remanier le sol et de le décomprimer. Le frottement latéral est donc diminué, sauf pour certains types de mise en œuvre (pieux exécutés à la tarière creuse, ou vissés moulés).
- les fondations injectées
Elles concernent les parois moulées, les barrettes.
1.3.3.2. DIFFERENTES CATEGORIES DE PIEUX
Pieux façonnés à l’avance - battu préfabriqué
- métal battu
- tubulaire précontraint - battu enrobé
- battu ou vibro-foncé, injecté haute pression Pieux à tube battu exécuté sur place - battu pilonné
- battu moulé Pieux forés - foré simple - foré tubé - foré boue - tarière creuse - vissé moulé -
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
Pieux foncés - béton foncé - métal foncé
Micropieux de diamètre inférieur à 250 mm - type I
Le micropieu de type I est un pieu foré, de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage est équipé ou non d’armatures et rempli d’un mortier de ciment au moyen d’un tube plongeur. Le tubage est récupéré en l’obturant en tête et en le mettant sous pression au-dessus du mortier.
- type II
Le micropieu de type II est un pieu foré, de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage est équipé d’une armature et rempli d’un coulis ou de mortier de scellement par gravité ou sous une très faible pression au moyen d’un tube plongeur.
Lorsque la nature du sol le permet, le forage peut être remplacé par le lançage, le battage ou le fonçage.
- type III
Le micropieu de type III est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage est équipé d’armatures et d’un système d’injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. Si l’armature est un tube métallique, ce tube peut être équipé de manchettes et tenir lieu de système d’injection.
L’injection est faite en tête à une pression supérieure ou égale à 1 MPa. Elle est
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS SUR LA FONDATION
- type IV
Le micropieu de type IV est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage est équipé d’armatures et d’un système d’injection qui est un tube à manchettes mis en place dans un coulis de gaine. Si l’armature est un tube métallique, ce tube peut être équipé de manchettes et tenir lieu de système d’injection. On procède à l’injection à l’obturateur simple ou double d’un coulis ou mortier de scellement à une pression d’injection supérieure ou égale à 1 MPa.
L’injection est répétitive et sélective.
Lorsque la nature du sol le permet, le forage peut être remplacé par le lançage, le battage ou le fonçage.
Une classification plus générale des pieux est représentée dans le diagramme ci- dessous :
Figure 1.3.5 : Diagramme de classification des pieux [3]
PIEUX
Bois
Métallique Mixtes
Béton armé Béton précontraint
Avec refoulement du sol en place Sans refoulement du sol en place
Pieux battus
Pieux foncés
Pieux battus
Micropieux Pieux
forés
2.1. INTRODUCTION ... 15 2.2. DÉFINITION D’UN REMBLAI D’ACCÈS ... 15 2.3. CARACTÉRISTIQUES DES MATÉRIAUX GRANULAIRES NÉCESSAIRES AU REMBLAI ... 16 2.4. CONTRÔLES DE REMBLAIS CONTIGUS EN MATÉRIAUX GRANULAIRES ... 16 2.5. MATÉRIAUX A EXCLURE ... 17 2.6. LES PROBLÈMES POSÉS PAR LA CONSTRUCTION DES REMBLAIS SUR SOLS MOUVANTS ... 17
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LES REMBLAIS D’ACCÈS
2.1. INTRODUCTION
Les sols mous ou très compressibles sont caractérisés par une faible résistance au cisaillement, une faible cohésion non drainée CU à court terme et un accroissement sensible de la cohésion non drainée par laconsolidation.
La construction de remblais sur certains sols (vases, argiles molles, tourbes, etc.) dont la cohésion non drainée n’est que de quelques dizaines de kilopascals pose deux principaux problèmes : celui des tassements engendrés par le chargement de la couche de sol compressible et celui de la stabilité.
2.2. DÉFINITION D’UN REMBLAI D’ACCÈS
Les remblais contigus, appelés aussi remblais techniques ou blocs techniques, sont une partie intégrante des ouvrages. Ils contribuent à la stabilité de l'ouvrage et assurent la transition entre les structures rigides, souvent en béton, et le déblai ou le remblai courant. Leurs rôles sont souvent sous-estimés, voire méconnus, alors qu'ils sont parfois le cœur, donc la clé de la réussite de certains ouvrages. La maîtrise des conditions de mise en œuvre de ces remblais particuliers est nécessaire pour garantir la durabilité des ouvrages. Le non-respect de certaines règles peut entraîner de graves dysfonctionnements pouvant conduire à la ruine de la structure. [6]
Pour la conception du remblai, il est nécessaire :
- de prévoir une dalle de transition entre le remblai contigu et l’ouvrage d’art pour éviter la fissuration au niveau de la jonction et
- d’assurer un bon assainissement au niveau de la jonction du remblai et de l’ouvrage pour éviter la chute de portance et l’érosion du remblai, et sous la dalle de transition. Cet assainissement peut être effectué en matériaux granulaires qui respectent la règle des filtres vis-à-vis du matériau de remblai ou en matériaux géotextiles drainants et filtrants.
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LES REMBLAIS D’ACCÈS
2.3. CARACTÉRISTIQUES DES MATÉRIAUX GRANULAIRES NÉCESSAIRES AU REMBLAI
Le matériau choisi doit être non mouvant, non gonflant, insensible à l'eau, non érodable et présenter des paramètres physico-chimiques non agressifs vis à vis du béton et des armatures.
Le matériau granulaire doit être exempt d'éléments supérieurs à 50 mm (Dmax <
50 mm) et le passant à 80 µm doit être inférieur à 12 %.
Lorsque le diamètre maximal des éléments est compris entre 31,5 et 50 mm (31,5 mm < Dmax < 50 mm), il est nécessaire de mettre un dispositif de protection du drainage, qu’il s’agisse d’un matériau roulé ou concassé. [6]
2.4. CONTRÔLES DE REMBLAIS CONTIGUS EN MATÉRIAUX GRANULAIRES
Le contrôle des remblais contigus comprend l'agrément des matériaux lors de la phase de préparation et le contrôle d'exécution lors de la mise en œuvre.
L'agrément du matériau s'attache à vérifier la compatibilité de ses caractéristiques géotechniques avec les hypothèses retenues dans les études d'exécution. Compte tenu de l'importance de ces remblais, un contrôle d'exécution est indispensable afin de garantir la durabilité de la totalité de l'ouvrage. Ils portent sur :
- les critères de granulométrie et d’argilosité (teneurs en fines, DMAX) ; - la densité de référence (Essai Proctor ou planche d’essai) ;
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LES REMBLAIS D’ACCÈS
2.5. MATÉRIAUX A EXCLURE
Conformément aux règles usuelles de calcul, la justification des ouvrages en terre est menée en considérant une cohésion de calcul prise égale à zéro (c’= 0 kPa).
De ce fait les argiles et limons sont à exclure sans traitement car :
- ils conduisent à un dimensionnement non économique des soutènements ; - ils sont sensibles à l'eau et peuvent mettre en péril la pérennité de l’ouvrage ; - ils sont difficiles à mettre en œuvre ;
- ils pourraient être saturés d’eau.
Les roches tendres évolutives de type argilites, marnes, schistes, ou craie, non traitées, sont à exclure car elles créent des fines dans le temps, générant des vides et des affaissements.
Les Mâchefers d'Incinération d'Ordures Ménagères (MIOM) sont des matériaux alternatifs récents pour lesquels des soucis d'agressivité chimique pourraient conduire à la ruine de l'ouvrage par corrosion des armatures. Sans étude particulière, le recul n'est actuellement pas suffisant sur ce type de matériau pour conseiller son utilisation en remblai contigu. [6]
2.6. LES PROBLÈMES POSÉS PAR LA CONSTRUCTION DES REMBLAIS SUR SOLS MOUVANTS
2.6.1. PROBLÈMES DE STABILITÉ
La mise en place des remblais sur sols mouvants cause un accroissement des contraintes au sein de ce sol. Vu que les sols mouvants sont de faible portance, ils se rompent au cours de la construction sous l’effet des contraintes induites par le remblai. Il en découle donc un affaissement important et brutal du remblai surtout en cas d’augmentation de la teneur en eau du sol. Par ailleurs, il se produit des déformations du sol support qui se traduisent par des soulèvements importants du Terrain Naturel autour du remblai. Les deux ruptures généralement observées sont :
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LES REMBLAIS D’ACCÈS
2.6.1.1. LA RUPTURE PAR POINÇONNEMENT
Elle se traduit par un affaissement généralisé du remblai (qui pénètre dans le sol support) et un soulèvement du Terrain Naturel. Ce soulèvement induit des bourrelets qui se forment de part et d’autre des talus. La hauteur d’un bourrelet est la moitié de la hauteur du déplacement vertical du remblai. [11]
2.6.1.2. LA RUPTURE DE TYPE CIRCULAIRE
En raison de la géométrie des remblais et des talus, c’est le plus fréquent des types de ruptures de ceux-ci. Cette rupture se manifeste par un enfoncement localisé du remblai. On enregistre la formation d’un bourrelet dans le sens du déplacement du remblai, due au soulèvement du Terrain Naturel. A la différence de celle de la rupture par poinçonnement, la hauteur de ce déplacement est identique à celle du bourrelet qui se forme. Mais celle-ci varie en fonction des propriétés mécaniques du sol. Pour des raisons simplificatrices, on assimile généralement la ligne de rupture à une courbe circulaire et le glissement est dit rotationnel. [11]
Figure 2.6.1: Rupture par poinçonnement [14]
CHAPITRE 2 : GÉNÉRALITÉS SUR LES REMBLAIS D’ACCÈS
Figure 2.6.2 : Rupture de type circulaire ou glissement rotationnel [14]
2.6.2. LES PROBLÈMES DE TASSEMENTS
Contrairement à la rupture par défaut de stabilité, le tassement est une déformation lente du sol sous le poids du remblai qui se traduit :
- par un enfoncement vertical au centre du remblai ;
- par un enfoncement vertical combiné à un déplacement latéral du sol de fondation, sous l’emprise du remblai ;
- par un déplacement latéral de sol de fondation, hors emprise du remblai.
Les déplacements verticaux ont couramment une amplitude de plusieurs dizaines de centimètres. Pour les couches très mouvantes ou de forte épaisseur, cette amplitude peut atteindre plusieurs mètres. Notons que ces déplacements sont plus importants dans l’axe du remblai vers la crête du talus, ce qui provoque une déformation de la plate-forme. Les déplacements horizontaux sont généralement plus faibles que les déplacements verticaux. [11]
3.1. CADRE PHYSIQUE ...22 3.2. DESCRIPTION DE LA RÉGION DE TOVEGBAME ...25 3.3. ACTIVITÉS ÉCONOMIQUES ...29 3.4. CARACTÉRISTIQUES DU PONT ...29
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
3.1. CADRE PHYSIQUE
Le Bénin est un pays subsaharien situé en Afrique de l’Ouest.
Figure 3.1.1 : Carte de l’Afrique de l’Ouest (SANOFI Afrique de l’Ouest, 2007- 2016)
3.1.1. SITUATION GÉOGRAPHIQUE
Le Bénin est situé sur la côte ouest-africaine entre 6°15’ et 12°25’ de latitude Nord et entre 0°45’ et 4°00 de longitude est. Il est limité au Nord par le fleuve Niger qui constitue la frontière avec la République du Niger, au Nord-Ouest par le Burkina Faso, à l’Ouest par le Togo, à l’Est par le Nigeria et au Sud par l’Océan Atlantique.
De forme allongée en latitude, le Bénin s’étend du Nord au Sud sur une longueur de 700 km. Sa largeur varie de 125 km (le long de la côte) à 325 km (à la latitude de Tanguiéta). Sa superficie est de 114.763 km². [1]
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
Figure 3.1.2 : Situation géographique du Bénin [1]
3.1.2. RELIEF
Quatre grands domaines topographiques caractérisent le Bénin (Adam et Boko,
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
- La plaine côtière, basse, sableuse, souvent marécageuse ne dépasse nulle part 10 m d’altitude. Elle est un complexe de plusieurs cordons littoraux séparés par des bas-fonds marécageux et des lagunes. Ces cordons emprisonnent, au contact des plateaux, deux lacs : le lac Nokoué et le lac Ahémé.
- Les plateaux sont notamment de deux types : les plateaux de terre de barre et le plateau de grès de Kandi.
Les plateaux de terre de barre du Bas-Bénin font suite à la plaine côtière.
D’altitude comprise entre 20 m et 200 m, ces plateaux sont légèrement inclinés vers le Sud et entaillés par des vallées orientées Nord-Sud (vallées de l’Ouémé, du Zou et du Couffo).
Le plateau de grès de Kandi se situe dans le Nord et le Nord-Est du Bénin, entre Ségbana et Kandi jusqu’au fleuve Niger. C’est un plateau d’une altitude moyenne de 250 m légèrement incliné vers la plaine alluviale du Niger.
- La pénéplaine cristalline occupe la plus grande partie du territoire avec de nombreuses collines. D’altitude moyenne comprise entre 200 m et 300 m, elle constitue une surface d’aplanissement qui s’élève progressivement à partir du Nord de Kétou à l’Est et de Lonkly à l’Ouest, pour atteindre 400 m à la latitude de Bembèrèkè. De là, elle redescend insensiblement jusqu’à 250 m au contact du plateau de Kandi.
- La chaîne de l’Atacora localisée dans le Nord-Ouest du pays se prolonge au Togo, au Ghana et au Niger et domine la plaine de Gourma par une falaise presque verticale. Sur la chaîne de l’Atacora se trouve le point le plus élevé du pays (658 m).
(Adam et Boko, 1993). [1]
3.2. DESCRIPTION DE LA RÉGION DE TOVÈGBAMÈ
TOVÈGBAMÈ est situé dans l’arrondissement de KODE dans la commune d’ADJOHOUN. La commune est située au centre du département de l’Ouémé, dans la vallée et à 32 km au Nord de Porto-Novo, capitale politique du Bénin. Elle est limitée au Sud par la commune de DANGBO, au Nord par celle de BONOU, à l’Est
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
par la commune de SAKÉTÉ et à l’Ouest par les communes d’Abomey-Calavi et de ZÈ. (RGPH3, INSAE 2002).
Figure 3.2.1 : Vue globale de la rivière Tovè (consultant, Avril 2015) Cette zone est traversée par une dépression qui admet une forte concentration de sols compressibles et précisément d’argile allant jusqu’à plusieurs mètres de profondeur.
Les sols sont constitués d’une formation essentiellement argileuse molle sur les vingt (20) premiers mètres de profondeur et d’une formation plus consistante en profondeur. Un horizon sablonneux est rencontré à partir de 37 m à 40 m de
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
Photo 1 : Fissure horizontale
Ces fissures observées sur les ouvrages constituent des caractéristiques typiques de gonflement du sol. Elles sont généralement issues d’un effort de traction qui se développe pendant les phases de montée et d’affaissement de la structure comme le montre la photo ci-dessus.
- les fissures diagonales et verticales
Photo 2 : Fissure diagonale et fissure verticale fissure
diagonale
fissure verticale fissure horizontale
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
La fissure diagonale dans le support du pont est due à un effort de cisaillement et présente une ouverture de l’ordre de trois (03) centimètres. Ces efforts de cisaillement s’expliquent par des mouvements différentiels du sol. Les éléments en béton sont rigides et ne suivent donc pas ces mouvements et comme celui-ci ne présente pas de résistance à la traction, des fissures se produisent. Vu l’amplitude d’ouverture de la fissure, nous supposons des tassements considérables. Il s’agit là des caractéristiques typiques pour des fissures de gonflement.
- des fentes dans le sol en pleine saison des pluies et des dégradations (de type nid de flash) au niveau de la route comme le montre les photos ci-dessous.
Photo 3 : Fentes observées dans le sol
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
Photo 4 : Dégradations observées au niveau de la route
Il faut cependant noter que les problèmes liés au phénomène de gonflement proviennent souvent des couches superficielles (c’est-à-dire des couches qui sont plus en surface) car par le poids des couches surmontées, le pouvoir de gonflement des couches en profondeur diminue.
3.3. ACTIVITÉS ÉCONOMIQUES
La zone du projet se caractérise par la richesse de ses terres agricoles et par une forte densité de population rurale. Les principales activités économiques pratiquées sont l’agriculture, la pêche, le commerce, l’exploitation forestière et celle du sable fluvial durant la saison sèche. Actuellement l’activité dominante le long de la route est la vente de légumes, de tubercules, de poissons du fleuve Ouémé, sans oublier de l’essence provenant du Nigeria. La reconstruction du pont s’inscrit parfaitement dans la politique de développement des transports en République du Bénin et surtout dans le contexte du désenclavement et l’essor de la vallée de l’Ouémé, qui recèle des potentialités agricoles importantes. [4]
3.4. CARACTÉRISTIQUES DU PONT
L’objet de notre étude est le pont de TOVEGBAME.
CHAPITRE 3 : PRÉSENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
Il s’agit d’un pont à poutres à trois (3) travées indépendantes de 20 m de longueur chacune. Chaque travée est constituée de onze (11) poutres à section rectangulaire préfabriquées. [1]
La longueur totale de l’ouvrage est de 60 m.
Le tablier dont la largeur est de 10,60 m supporte deux voies de circulation de largeur 3,50 m chacune, et deux trottoirs de part et d’autre incluant les corniches de largeur totale 1,80 m pour chacun de l’ensemble trottoir-corniche. (Annexe 2)
LE TABLIER
Le tablier est constitué de onze (11) poutres préfabriquées, espacées en section transversale de 0,99m entre axes. Les poutres sont reliées entre elles par un hourdis de 20 cm d’épaisseur coulé sur place au moyen d’un coffrage perdu (dalle en béton armé ou en mortier de fibre).
Les poutres de longueur 20 m sont solidarisées entre elles par des entretoises aux abouts situées à 0,65 m des extrémités de chaque travée au droit des lignes d’appui.
Le tablier repose sur chaque appui (culée de rive ou pile intermédiaire) par l’intermédiaire d’une file transversale d’appareil d’appui. (Annexe 3)
APPUIS
Les piles sont composées d’un chevêtre rigide de section rectangulaire qui repose sur une file de trois (3) colonnes de Ø 1000 mm, le tout s’appuyant sur une semelle qui repose sur deux (2) files de trois (3) pieux Ø 1000. (Annexe 4)
4.1. INTRODUCTION ... 32 4.2. ESSAIS DE LABORATOIRE ... 32 4.3. MATÉRIELS ... 38 4.4. ÉTUDE DE FONDATION D’OUVRAGE D’ART A PARTIR DES ESSAIS AU PRESSIOMETRE DE MENARD
………. ... 40 4.5. ÉTUDE DE REMBLAI ... 48
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
4.1. INTRODUCTION
Il a été réalisé :- deux (02) sondages carottés avec prélèvement d’échantillons intacts ;
- deux (02) sondages pressiométriques avec un (01) essai à chaque mètre conformément à la norme NF EN ISO 22476-4 et
- des essais de laboratoire sur les échantillons intacts :
les essais d’identification complète, à savoir : l'analyse granulométrique conformément à la norme NF P 94-056, la détermination des Limites d'Atterberg (WL, WP, IP et IC) conformément à la norme NF P 94-051 et/ou l'équivalent de sable conformément à la norme NF P 18-597 dans le cas où le matériau est non plastique et la teneur en eau naturelle conformément à la norme NF P 94-050 ;
l’analyse physique : portant sur la teneur en Matière Organique conformément à la norme XP P 94-047 ;
l’Essai œdométrique conformément à la norme XP P 94 090-1 et
l’Essai de cisaillement direct à la boîte conformément à la norme NF P 94 071.
4.2. ESSAIS DE LABORATOIRE
Il est indispensable de faire une description sommaire des essais ci-dessus cités et des mécanismes d’interprétation qui y sont relatifs afin de permettre une compréhension et une interprétation aisée des résultats.
ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE : NF P 94-056
L’analyse granulométrique vise à déterminer le diamètre des granulats qui
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
série de tamis à mailles carrées. Les résultats sont traduits par le tracé de la courbe granulométrique.
La masse (M) de l’échantillon pour l’essai dépend de la dimension (D) du plus gros élément :
𝟐𝟎𝟎𝐃 < 𝐌 < 𝟔𝟎𝟎𝐃 ; Avec M en gramme (g) et D en millimètre (mm).
Suivant les dimensions des diamètres D, les sols sont conventionnellement classés dans les catégories suivantes :
Tableau 4.2.1 : Fractions Granulaires (EN ISO 14688-1 : Dénomination, description et classification des sols)
Fractions granulaires
Subdivisions Symboles
Taille des particules (mm)
Sol très grossier
Gros blocs LBo > 630
Blocs Bo > 200 à 630
Cailloux Co > 63 à 200
Sol grossier
Grave Gr > 2,0 à 63
Grave grossière CGr > 20 à 63 Grave moyenne MGr > 6,3 à 20 Grave fine FGr > 2,0 à 6,3
Sable Sa > 0,063 à 2,0
Sable grossier Csa > 0,63 à 2,0 Sable moyen MSa > 0,2 à 0,63 Sable fin FSa > 0,063 à 0,2 Sol fin
Limon Si > 0,002 à 0,063
Limon grossier CSi > 0,02 à 0,063
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Limon moyen MSi > 0,063 à 0,02 Limon fin FSi > 0,002 à 0,063
Argile CI ≤ 0,002
LIMITES D’ATTERBERG : NF P 94-051
Les Limites d’Atterberg sont des teneurs en eau pondérales correspondant à des états particuliers d’un sol. On peut distinguer quatre états : liquide, plastique, solide avec retrait et solide sans retrait. L’essai est effectué sur la fraction du matériau passant au tamis 0,400 mm. La limite de liquidité WL est la teneur en eau d’un sol remanié au point de transition entre les états liquide et plastique. On recherche la teneur en eau pour laquelle une rainure pratiquée dans un sol remanié placé dans une coupelle doit se refermer sur à peu près un centimètre sous l’effet d’environ vingt- cinq (25) chocs répétés.
La limite de plasticité (WP) est la teneur en eau d’un sol remanié au point de transition entre les états plastique et solide. On recherche la teneur en eau pour laquelle un rouleau de sol, de dimension fixée et confectionné manuellement se fissure sur 3 mm.
L’Indice de plasticité se calcule comme suit :
IP = WL - WP (4.1)
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Tableau 4.2.2 : Qualificatif des sols en fonction de l’indice de plasticité (MEHREZ KHEMAKHEM avec la collaboration de ZOUHEIR BOUARADA,
ELEMENTS DE GEOTECHNIQUE) Indice de plasticité Qualificatif
Ip ≤ 12 Sol non plastique
12 < Ip ≤ 25 Sol peu plastique 25 < Ip ≤ 40 Sol plastique
Ip > 40 Sol très plastique
Les limites d'ATTERBERG permettent de classer les sols suivant un diagramme de plasticité.
Figure 4.2.1 : Classification de Casagrande L’Indice de consistance se calcule comme suit :
IC = (WL-W) / IP (4.2)
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Il permet d'apprécier la consistance des sols plastiques.
Tableau 4.2.3 : Qualification en fonction de l’indice de consistance (MEHREZ KHEMAKHEM avec la collaboration de ZOUHEIR BOUARADA,
ELEMENTS DE GEOTECHNIQUE) Consistance
du sol Ic Identification en place
Liquide Ic < 0 On peut facilement enfoncé le doigt sur plusieurs cm Très molle 0 à 0,25 Le pouce s’enfonce facilement sur plusieurs cm
Molle 0,25 à 0,50 Le pouce peut être enfoncé sur plusieurs cm avec un effort modéré
Ferme 0,50 à 0,75 Empreinte avec le pouce, mais pénétration seulement avec un grand effort
Très ferme 0,75 à 1 Facile à rayer avec l’ongle du pouce Dure Ic > 1 Difficile à rayer avec l’ongle du pouce
ÉQUIVALENT DE SABLE : NF P 18-597
Pour le réaliser, on remplit partiellement au préalable une éprouvette cylindrique d’une « solution lavante » destinée à faire floculer les fines. La prise d’essai humide y est versée et l’ensemble est agité mécaniquement selon un mouvement alternatif horizontal. On fait alors remonter les fines en injectant de la solution lavante dans le sable à l’aide d’un tube jusqu’à atteindre le volume prévu. Après avoir laissé le mélange au repos pendant 20 mn, on mesure en millimètre (s) la hauteur du niveau supérieur du floculat et celle de la partie sédimentée en se repérant sur la base d’un piston taré déposé à sa surface. L’Équivalent de Sable est le rapport de ces deux hauteurs en pourcentage. L’essai permet de mettre en évidence la proportion relative
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
TENEUR EN EAU : NF P 94-050
Elle exprime la quantité d’eau en pourcentage que contient un solide. On pèse une quantité (30g à 50g pour les argiles, 1kg à 3kg pour les graviers et les sables) de sol humide (MH), on pèse l’échantillon à l’étuve (105° - 110°) jusqu’à ce que la masse reste constante (MS). La Teneur en Eau se calcule comme suit :
COMPRESSIBILITÉ À L’ŒDOMÈTRE : XP P 94 090-1
L’essai permet de déterminer les paramètres de consolidation (perméabilité et tassement) des sols.
L’échantillon de sol est placé dans une boîte cylindrique rigide de section circulaire entre deux (2) pierres poreuses assurant son drainage. Un piston permet d’appliquer sur l’échantillon une contrainte verticale uniforme constante pendant un temps déterminé. On mesure alors la variation de hauteur de l’éprouvette par rapport au sol en fonction de la contrainte appliquée. On recommence le processus à différents paliers de chargement de 24 heures. A partir de cet essai, on peut établir des courbes de compressibilité (indice des vides en fonction de la contrainte) et de consolidation (variation relative de tassement en fonction du logarithme du temps) utiles pour évaluer l’amplitude des tassements et les durées de consolidation des sols.
ESSAI DE CISAILLEMENT RECTILIGNE A LA BOÎTE : NF P 94 071
Cet essai détermine les paramètres de résistance au cisaillement (la cohésion et l’angle de frottement) d’un matériau, utiles pour les études de stabilité de terrain (talus, fondation profonde).
(4.3) W = (MH – MS) /MS
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
L’essai s’effectue sur une éprouvette de sol placée dans une boîte de cisaillement constituée de deux (2) demi-boîtes constituant un plan de glissement correspondant au plan de cisaillement de l’éprouvette. Il consiste à appliquer sur la face supérieure de l’éprouvette un effort vertical maintenu constant et à produire sous l’effort un cisaillement selon le plan horizontal de glissement en leur imposant un déplacement relatif. L’expérience est renouvelée plusieurs fois avec des valeurs diverses de pression perpendiculaire et on détermine alors la courbe intrinsèque caractéristique de l’échantillon.
4.3. MATÉRIELS
Les principaux matériels sont présentés par les figures ci-dessous :
Figure 4.3.1 : Echantillonneur de tamis pour l’analyse granulométrique
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Figure 4.3.3 : Agitateur des éprouvettes pour l’Equivalent de Sable
Figure 4.3.4 : Œdomètre
Figure 4.3.5 : Machine de Cisaillement
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Figure 4.3.6 : Boîte de Casagrande
Figure 4.3.7 : Schéma d’un essai au pressiomètre et un pressiomètre Ménard
4.4. ÉTUDE DE FONDATION D’OUVRAGE D’ART A PARTIR
DES ESSAIS AU PRESSIOMÈTRE MENARD
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Fascicule 62 Titre V de SETRA en utilisant les résultats des essais SP1 et SP2.
(Annexe 6 et 7)
La solution retenue pour les fondations de l’ouvrage est une file de quatre (4) pieux Ø1000 au droit des culées et deux (2) files de trois (3) pieux Ø1000 au droit des appuis intermédiaires. La longueur des pieux est de 60 m. Bien que les investigations géotechniques soient limitées à 45 m de profondeur, le consultant a effectué un dimensionnement des pieux sur une longueur de 60 m en attribuant les caractéristiques géotechniques (pression limite) des couches sous-jacentes et sécuritaires pour le calcul. [1]
4.4.2.
ESSAI AU PRESSIOMETRE MENARD :
NF EN ISO 22476-4 Cet essai consiste à effectuer une mise en charge latérale du terrain grâce à une sonde descendue dans un avant-trou sensiblement de même diamètre, parfaitement réalisé, car il ne doit pas modifier les propriétés du sol. Cette sonde est dilatable radialement par application d’une pression interne croissante (Figure 4.3.7). On détermine les déformations correspondantes en mesurant la variation de volume de la cellule centrale.Trois (3) caractéristiques du sol sont ainsi déduites :
- le module pressiométrique EM qui définit le comportement pseudo-élastique du sol ;
- la pression limite Pl qui caractérise la résistance de rupture du sol ;
- la pression de fluage pf qui définit la limite entre le comportement pseudo- élastique et l’état plastique.
On calcule également le rapport EM/Pl qui permet d’apprécier la consistance du sol suivant les critères énumérés dans le tableau ci-dessous :
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Tableau 4.4.1 : Interprétation de la consolidation des sols à partir du rapport EM/Pl [17]
Type Tourbe Argile Limon Sable Grave
α EM/Pl α EM/Pl α EM/Pl α EM/Pl α Surconsolidé ou très
serré _ > 16 1 > 14 2/3 > 12 1/2 > 10 1/3 Normalement
consolidé ou normalement serré
1 9 à 16 2/3 8 à 14 1/2 7 à 12 1/3 6 à 10 1/4 Sous consolidé altéré
et remanié ou lâche _ 7 à 9 1/2 5 à 8 1/2 5 à 7 1/3 _ _
Type Roche
α Très peu
fracturé 2/3
Normal 1/2
Très fracturé 1/3 Très altéré 2/3
α est un coefficient rhéologique dépendant de la nature du sol.
4.4.3. DÉTERMINATION DE LA CAPACITÉ PORTANTE SOUS LES CULÉES ET LES PILES
4.4.3.1. CAPACITÉ PORTANTE D’UN PIEU ISOLÉ
DÉTERMINATION DES CHARGES LIMITES DE RUPTURE
En compression, on définit la capacité portante d’un pieu isolé sur la base de la charge limite en compression QU et de la charge limite de fluage QC. Pour un pieu mis en place sans refoulement du sol : (QU = QPU + QSU) et (QC = 0,5 QPU + 0,7
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
pointe ; QSU est l’effort limite mobilisable par frottement latéral sur la hauteur du fût :
A représente la section à considérer en pointe, définie par l´aire de la section enveloppe pour les pieux tubulaires ouverts ;
P désigne le périmètre de la section enveloppe pour les pieux tubulaires ouverts ;
qu est la contrainte de rupture relative au terme de pointe : qu = kp ple*
ple* désigne la « pression limite nette équivalente ».
La pression limite nette équivalente Ple*est calculée par l’expression :
- a est pris égal à la moitié de la largeur B de l’élément de fondation si celle-ci est supérieure à 1,00 m ou bien il est égal à 0,50 m dans le cas contraire ;
- h désigne la hauteur de l’élément de fondation contenue dans la fondation porteuse et
- pl*(z) est obtenu en joignant par des segments de droite sur une échelle linéaire les différents pl* mesurés. [17]
𝐐𝐩𝐮 = 𝛒𝐩 𝐀 𝐪𝐮 ; 𝐐𝐬𝐮 = 𝛒𝐬 𝐏 ∫ 𝐪𝟎𝐡 𝐬(𝐳). 𝐝𝐳 (4.4)
𝐏𝐥𝐞∗ = 𝟏
𝐛 + 𝟑𝐚∫ 𝐏𝐥∗𝐝𝐳 𝐚𝐯𝐞𝐜 ∶ 𝐛 = 𝐦𝐢𝐧 (𝐚, 𝐡)
𝐃+𝟑𝐚
𝐃−𝐛 (4.5)
CHAPITRE 4 : MÉTHODOLOGIE DE L’ÉTUDE
Figure 4.4.1 : schéma de principe pour le calcul des pressions limites équivalentes [17]
qS(z) est le frottement latéral unitaire limite à la cote z, calculé suivant les indications de l’annexe C.3 du [17] et selon les expressions analytiques des courbes de frottement unitaire limite le long du fût du pieu associé au tableau II du [17]:
- courbes Q1 à Q4 (n désignant le numéro de la courbe) : 𝐪𝐬 = 𝐪𝐬𝐧 𝐩𝐥
𝐩𝐧(𝟐 − 𝐩𝐥
𝐩𝐧) 𝐩𝐨𝐮𝐫 𝐩𝐥
𝐩𝐧 ≤ 𝟏 MPa 𝐪𝐬 = 𝐪𝐬𝐧 𝐩𝐨𝐮𝐫 𝐩𝐥
𝐩𝐧 ≥ 𝟏 MPa
Avec : qsn = 0,04n (MPa) et pn = (1 + 0,5n) (MPa), ces courbes étant bornées supérieurement par la courbe Q5.
- courbes Q5 à Q7 : 𝐐𝐬: 𝐪𝐬 = 𝐦𝐢𝐧 (𝐩𝐥−𝟎,𝟐
𝟗 ; 𝐩𝐥+𝟑,𝟑
𝟑𝟐 ) 𝐩𝐨𝐮𝐫 𝐩𝐥 ≥ 𝟎, 𝟐 𝐌𝐏𝐚
