Fondation sur pieux: aptitude, classification et construction
Pertinence de la fondation sur pieux:
Les fondations sur pieux sont utilisées dans les conditions suivantes:
(i) Lorsque le sol près de la surface du sol ou à une profondeur raisonnable est trop meuble ou meuble.
(ii) Lorsque les charges sont si élevées qu'il n'y a pas assez de surface prévue pour accueillir la taille de fondation requise.
(iii) Lorsque des charges latérales importantes agissent sur la fondation.
(iv) Les fondations sur pieux sont utilisées lorsqu'il est prévu que la structure supporte des charges de soulèvement importantes dans les pylônes de transmission et les structures souterraines sous la nappe phréatique.
(v) La fondation sur pieux est utilisée lorsqu'elle est soumise à des charges inclinées, à des charges excentriques et à des moments.
Classification des pieux:
Les pieux sont classés comme suit:
a) Classification basée sur les matériaux et la composition:
(i) Pieux en bois:
Les pieux en bois sont fabriqués à partir de troncs et sont bien assaisonnés, droits et exempts de tout défaut. En Inde, les piles de bois composées en grande partie de troncs de sal. Ces pieux ont une longueur comprise entre 4 et 6 m. Les pieux en bois sont utilisés là où une bonne couche de support est disponible à une profondeur relativement faible.
ii) pieux en béton:
Les pieux en béton sont préfabriqués ou coulés sur place. Les pieux préfabriqués sont coulés et durcis sur le site de coulée, puis transportés sur le site pour y être installés. Ces piles sont suffisamment renforcées pour résister aux contraintes de manipulation du peuplement et aux contraintes de travail. Les pieux préfabriqués conviennent normalement aux petites longueurs. Les pieux coulés sur site sont construits en perçant un trou dans le sol, puis en remplissant le trou avec du béton après la mise en place du renforcement.
iii) pieux en acier:
Les pieux en acier sont généralement constitués de sections en H laminées ou de sections de tuyaux épaisses. Ces piles sont utilisées pour résister à de fortes contraintes d’impact et pour lesquelles une moindre répartition de la conduite est souhaitée. Les palplanches d'acier et les palplanches en H sont généralement utilisés pour soutenir l'excavation à ciel ouvert et pour constituer une barrière anti-infiltration.
(iv) Pieux composites:
Un pieu composé de deux matériaux comme le béton et le bois ou le béton et l'acier est appelé pieu composite. Les pieux composites sont utilisés dans les situations où une partie du pieu est constamment sous l'eau. La partie de la pile qui sera sous l'eau peut être faite de bois non traité et l'autre partie peut être de béton.
b) Classification basée sur la méthode d'installation:
(i) Pieux forés:
Les pieux forés sont construits dans des trous pré-percés, soit à l'aide d'un cuvelage, soit en utilisant un agent stabilisant en circulation, comme une boue liquide. Le forage est ensuite rempli de béton après la mise en place de l'armature. L'avantage de la pile de cartes est qu'il n'y a pas de dommages dus à la manipulation et à la conduite, ce qui est courant dans les piles entraînées.
Les piles de planches sont des types suivants:
Pieux de petit diamètre jusqu'à 600 mm de diamètre; pieux de grand diamètre-diamètre supérieur à 600 mm; sous pieux alésés.
ii) pieux battus:
Les pieux battus peuvent être en béton, en acier ou en bois. Ces pieux sont enfoncés dans le sol par l'impact d'un marteau. Le forage n'est pas nécessaire pour ce type de pieux. Lorsqu'un tas est enfoncé dans des sols granulaires, il densifie le sol et augmente sa résistance. Mais quand une pile est enfoncée dans de l'argile saturée, le sol au lieu d'être compacté est remoulé avec une réduction de la résistance.
iii) Pieux battus et coulés sur place:
C'est un type de pieu battu. Ils sont construits en enfonçant un boîtier en acier dans le sol. Le trou est ensuite comblé avec du béton en mettant en place l'armature et le carter est progressivement soulevé.
c) Classification basée sur la fonction:
Les piles sont des types suivants en fonction de son utilisation:
(i) Pieux porteurs d'extrémité:
Les pieux qui transfèrent leur charge à une couche dure et relativement incompressible, telle que la roche ou le sable dense, sont appelés pieux porteurs. Ces pieux tirent leur capacité portante des bouts en bout à la fin du pieu.
ii) Pieux de friction:
Les pieux qui ne reposent pas sur une couche dure mais tirent leur capacité de charge du frottement superficiel ou de l'adhérence entre la surface du pieu et le sol environnant sont appelés pieux de friction.
(iii) pile de tension:
Les pieux de tension sont également appelés pieux de soulèvement. Ces pieux servent à ancrer les structures soumises au soulèvement dû à la pression hydrostatique.
(iv) Piles de compactage:
Ces pieux sont utilisés pour compacter un sol granulaire en vrac afin d'augmenter sa capacité portante. Les pieux de compactage ne supportent pas de charge et peuvent donc être constitués d'un matériau plus faible. Les tas de sable peuvent être utilisés comme tas de compactage.
(v) Pieux d'ancrage:
Ces pieux sont utilisés pour fournir un ancrage contre la traction horizontale des palplanches.
(vi) Pieux et dauphins Fender:
Les pieux et les dauphins sont utilisés pour protéger la structure du front de mer des impacts de tout objet ou navire flottant.
Formule de nouvelles d'ingénierie:
Cette formule a été publiée par AM Wellington, rédacteur en chef d’ingénierie news (New York) en 1888. La formule a été développée en assimilant l’énergie appliquée par le marteau (utilisé pour le battage de pieux) au travail effectué obtenu comme
Q a = WH / F (S + C)
Où Qa = charge admissible en kg
W = Poids du marteau en kg
H = hauteur de chute du marteau en cm
S = pénétration par coup en cm
C = constante empirique en cm
= 0, 25 pour marteau simple et double effet
= 2, 5 pour un marteau
F = Facteur de sécurité et est pris comme 6.
La formule ci-dessus pour différents types de marteaux peut être écrite comme suit:
(i) Marteau à simple effet
Qa = WH / 6 (S + 0, 25)
ii) Marteau à double effet
Qa (W + ap) H / 6 (S + 0, 25)
où a = surface effective du piston en cm 2
p = pression de vapeur effective moyenne en kg / cm 2
(iii) marteau pilon
Q a = WH - 6 (S + 2, 5)
Hiley Formula:
On dit que la formule de Hiley est une formule complète et est écrite comme suit:
où Qu = capacité de charge finale de la pile
W = poids du marteau
H = hauteur de chute
S = pénétration par coup en cm
Test de charge de pieu :
Le test de charge sur pieu est la méthode la plus positive pour déterminer la capacité de charge d'un pieu. Les tests de charge peuvent être effectués soit sur:
(i) une pile de travail ou
(ii) une pile de test.
Une pile de travail est une pile coulée sur place ou entraînée pour supporter la charge de la superstructure. La charge d'essai maximale dans la pile de travail ne doit pas dépasser une fois et demie la charge nominale. Une pile d'essai est une pile installée exclusivement à des fins d'essai. La charge maximale pouvant être appliquée sur ce type de pieu est de 2, 5 à 3 fois supérieure à la charge nominale. Dans le cas contraire, la charge appliquée doit permettre un tassement total égal à un dixième du diamètre du pieu.
Un test de chargement de pile est montré à la figure 11.20. Cela consiste en
(i) Un cadre de réaction chargé de kentledge ou supporté par des pieux d'ancrage. La distance entre les supports du cadre de réaction et le pieu doit être au moins égale à 5 fois le diamètre du pieu.
(ii) Un vérin hydraulique pour appliquer une charge sur la tête du pieu
(iii) Un ensemble de comparateurs (3 ou 4 nuls) pour mesurer le tassement de la tête de pile.
Un ensemble de test de charge de pile verticale Les tests de charge de pile sont de deux types:
i) Essai de charge maintenu:
La pile est généralement chargée par levage et la charge est appliquée par incréments appropriés (environ 20% de la charge de travail estimée). Chaque charge supplémentaire est maintenue pendant deux heures ou jusqu'à ce que le taux de tassement atteigne 0, 2 mm / h, selon la première de ces éventualités (selon IS 2911-1985); l'incrément de charge suivant est ensuite appliqué.
Le décompte est enregistré sous chaque incrément de charge. Pour le test de charge initial, le chargement est poursuivi jusqu'à 3 fois la charge de calcul, selon la valeur la plus proche. Lors d'un test de routine, la charge est maintenue jusqu'à 1, 5 fois la charge de calcul. La charge est ensuite validée par étapes égales à zéro et un enregistrement de décompte est créé pour chaque libération de charge.
Les courbes de tassement pour le chargement et le déchargement sont dessinées comme indiqué à la figure 11.21. La charge ultime peut être lue sur la courbe si un point de défaillance bien défini est indiqué. Lorsqu'aucun point de rupture défini n'est obtenu, il peut être considéré comme une charge à laquelle le tassement est égal à 10% du diamètre du pieu.
Un facteur de sécurité de 2, 0 ou 2, 5 est appliqué pour obtenir la charge admissible.
ii) Test du taux de pénétration constant (ORP):
Le test CRP a été mis au point par Whitaker en 1963. Il s’agit d’un test de courte durée au cours duquel le pieu est pénétré dans le sol à un taux constant. Un taux de pénétration courant est de 0, 75 mm / min pour l'argile et de 1, 5 mm / min pour le sable. Les lectures de pression dans le vérin et le tassement sont notées à des intervalles appropriés ne dépassant pas 3 minutes.
L'essai est poursuivi jusqu'à ce que la charge commence à diminuer après avoir atteint une valeur maximale ou jusqu'à ce que la pénétration atteigne au moins 10% du diamètre du pieu, selon la valeur la plus proche.
Une courbe de pénétration de charge est tracée à partir des résultats de l'essai et la capacité de charge finale du pieu est prise égale à la charge:
(i) Au point de défaillance si un point de défaillance bien défini est disponible
(ii) Lorsque la charge atteint une valeur maximale et reste constante pour une pénétration de 50 mm ou plus.
(iii) Lorsque la pénétration correspond à 10% du diamètre du pieu, quelle que soit celle qui précède? Un facteur de sécurité de 2, 0 ou 2, 5 est appliqué pour obtenir la charge admissible.
Caractéristiques de construction des fondations sur pieux:
Trois types de matériaux sont utilisés pour la construction de pieux:
(i) bois
ii) acier
(iii) béton.
On utilise principalement des pieux en béton. Les pieux en bois et en acier sont préfabriqués et ont une section transversale rectangulaire, carrée, circulaire et en forme de H (pour l'acier uniquement). Les pieux en bois et en acier sont installés en les soulevant verticalement et en les enfonçant dans le sol à l'aide de marteaux, comme illustré à la figure 11.22.
Les pieux en béton sont installés soit en creusant un trou dans le sol, soit en s’enfonçant directement dans le sol. En fonction de la méthode d'installation, les pieux en béton sont généralement classés en (i) pieux forés (ii) des pieux battus.
(A) Pieux percés:
Les étapes de la construction des pieux forés sont les suivantes:
(i) forage de trou
(ii) Stabilisation du trou
(iii) Mise en place de l'armature
iv) Bétonnage
(i) Forage du trou:
Pour les pieux forés de petit ou moyen diamètre, les tarières à main sont utilisées pour le forage de sols souples et cohésifs sur une profondeur limitée à 4, 5 mètres. Si la profondeur de forage dépasse 4, 5 mètres, des vis mécaniques sont utilisées. Comme indiqué à la figure 11.23, des plates-formes de forage mécanisées montées sur grue sont utilisées pour les pieux de grand diamètre.
(ii) Stabilisation du trou:
Pour un sol non autoportant, un agent stabilisant sous forme de boue de bentonite est mis en circulation. La boue de bentonite se déplace à travers la tige de forage jusqu'à la base du trou et remonte en emportant le sol détaché. Une densité de boue de 10, 5 à 12 KN / m 3 est suffisante pour la stabilité du trou. Le lisier est réutilisé après avoir permis à la coupe de sol de se déposer dans un étang.
(iii) Emplacement des renforts:
Une fois le forage terminé, la cage de renforcement est abaissée dans le trou.
(iv) Bétonnage:
Une fois que l'armature est placée à l'intérieur du trou, un béton bien mélangé est versé dans le trou à l'aide d'un entonnoir placé à l'entrée du trou. Le bétonnage est réalisé selon une technique appelée bétonnage au trémie dans laquelle le béton est envoyé par un tuyau pour déplacer progressivement la boue de bentonite, comme le montre la figure 11.24. Prudence et habileté sont nécessaires pour l'opération de bétonnage.
(B) Pieu préfabriqué en béton armé:
Les pieux en béton préfabriqué sont coulés horizontalement à l'aide de coffrages en acier dans une cour de coulée. (Le diamètre et la longueur de ces pieux sont limités à 450 mm et 20 m respectivement). Le coffrage est supprimé une fois le béton pris et le pieu durci. Les piles sont soulevées du chantier de coulée en position horizontale et sont maintenues à la verticale avant de pénétrer dans le sol à l'aide d'un équipement de conduite.
Le matériel de conduite comprend (figure 11.25):
(i) Cadre de battage
ii) Marteau pilon
a) marteau pilon
b) Marteau pneumatique
c) Marteau vibrant.
(iii) les dépendances:
Les accessoires sont des composants qui sont placés entre la tête de pieu et le marteau pour transférer la force motrice au pieu en toute sécurité, c'est-à-dire sans aucun dommage pour la tête de pieu. La figure 11.27 montre divers composants placés entre la tête de pieu et le marteau.
(C) Pieux en béton coulé sur place et battus:
Les pieux coulés sur place avec entraînement sont ceux dans lesquels un trou est créé en entraînant un tuyau en acier à bout fermé, puis du béton armé est coulé dans celui-ci.
Ces piles sont de deux types:
(i) Pieux tubés
(ii) Pieux non emballés
Si le tuyau en acier enfoncé dans le sol est rempli de béton, il est appelé pieu en béton coulé sur site et piloté. Si le tuyau en acier est retiré et que le trou est rempli de béton, on parle alors de pieu en béton coulé sur place et non gainé.
Dans le cas de pieux gainés, un tube en acier fin et un mandrin central sont enfoncés ensemble à l'aide d'un appareil de battage de pieux. Après avoir atteint la profondeur requise, le mandrin est contracté et retiré et le bétonnage est effectué dans le tube en acier après la mise en place de la cage de renforcement. La pile non enrobée est construite en entraînant un boîtier avec un sabot conique détachable à la base.
La cage de renforcement est placée dans le boîtier et le béton est coulé. Au fur et à mesure que le bétonnage progresse, le tubage est tiré lentement et le sabot conique amovible est laissé au bas du pieu, comme indiqué à la figure 11.29.
