[PDF] Choix de la profondeur de reconnaissance pour les fondations

: accroissement admissible du tassement que provoquerait l'existence d'une couche de sol très compressible

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: coefficient sans dimension permettant de déterminer la profondeur des sondages de reconnaissance pour le critère en tassement

'zo: composante verticale de la contrainte effective due au poids des terres agissant sur une facette horizontale

 'z: augmentation de la composante verticale de la contrainte effective, due au chargement de la fondation, agissant sur une facette horizontaleT: composante tangentielle de la contrainte

étudier un sol de fondation, est un problème à la fois technique et économique. IL n'est pas question, bien sûr, de reconnaître la totalité du sol. Il faut donc procéder par sondages, ce qui introduit une double incertitude :. incertitude sur le sol situé entre les sondages ; incertitude sur le sol situé à une profondeur plus grande que celle atteinte par les sondages.

la première incertitude est liée à une interpolationentre les différents sondages ; dans de nombreux cas il est possible de faire cette interpolation sans grand risque d'erreur et, si l'on estime qu'il y a un risque, il est aisé de décider, sur le chantier, de faire un sondage supplémentaire ; tout ceci est de la pratique courante et il est inutile d'en parler plus longuement ici ;

la seconde incertitude est liée à une extrapolationet, de ce fait, elle est beaucoup plus grande que la première : toute extrapolation implique un risque qu'il s'agit de minimiser ; l'objet de cette étude est de proposer quelques règles dans ce but.

Bien entendu, il est inutile de disposer d'une règle pour choisir la profondeur des sondages lorsque le but de la reconnaissance est simplement de vérifier un détail géologique dont l'existence est prévisible. C'est le cas, par exemple, si l'on a une couche compressible (argile, silt...) reposant sur un substratum relativement indéformable (rocher, graviers compacts, marnes dures...). Il suffit alors de pousser la reconnaissance jusqu'au substratum et d'y pénétrer de quelques mètres.Mais le problème est plus ardu lorsqu'il s'agit de recon

naître un terrain a priori inconnu, ou encore un terrain dont on sait qu'il est très erratique. Il faut alors disposer d'un critère de choix. Pour cela, nous plaçant dans le cas des fondations superficielles, nous analysons différents risques d'instabilité (Première Partie) et de tassement (Deuxième Partie). Cette analyse nous conduit à proposer des critères de choix de profondeur de reconnaissance en fonction des caractéristiques du bâtiment (géométrie et charge) et de celles du sol qui apparaît au voisinage de la surface et qui est susceptible de servir d'assise à des fondations superficielles (radiers, semelles).

A la fin de cette étude, nous présentons des exemples d'applications et des recommandations à l'intention des praticiens.

1 Critère se rapportant au risque d'instabilité

Notre but, dans cette première partie, est de déterminer la profondeur de sol à reconnaître pour faire le calcul de pression portante avec le maximum de sécurité. Il est donc logique de s'appuyer sur des résultats concernant la pression portante et la profondeur de sol intervenant dans sa détermination.

1.1 Rappels de résultats concernant la pression portante des fondations et la profondeur de la zone de sol Intervenant dans son calcul.

La théorie de la plasticité fournit un moyen de déterminer la pression portante d'un sol sous une fondation donnée, moyennant les hypothèses suivantes :

. le critère de rupture est celui de Coulomb B = c + ntg, lorsque  g 0) ou celui de Tresca B = C, lorsque  = 0) ;. l'état de déformation est plan.

Commençons par le cas d'un sol homogène. Il est bien connu, grâce T de nombreuses expériences et à des observations sur le terrain, que la rupture du sol se produit dans une zone limitée par une surface que nous appellerons "surface de rupture (Fig. 1). La profondeur (mesurée à partir de la base de la fondation) atteinte par cette surface de rupture dépend de nombreux paramètres (angle de frottement, , cohésion, c, et poids volumique, du sol ; largeur. B, de la fondation et profondeur, D, de sa base) mais on peut en simplifier le calcul en supposant = 0. On obtient alors une majorante de cette profondeur que nous appelons H1 et qui ne dépend que de  (Tableau 1).

èQDECQV m WQVLCVI SC EQ kORC 6OR6CIRGC 5QI EQ IV5LVIC SQR' EC 6Q' SlVR 'OE xOÇOoéRC SlQRoEC SC cIOLLCÇCRL 1 uWm CL A 'ORL SGcPRP' 'VI EQ cPoVIC m7

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profondeur de sol intervenant dans le calcul de la pression portante. Ce cas est intéressant à titre de référence mais il n'est évidemment pas le plus défavorable. De nombreux travaux [1,2, 3, 4, 5, 6| ont montré, en effet, qu'il y a des cas de sols composés de deux couches pour lesquels la pression portante est plus faible et la profondeur de sol intéressée plus grande que dans le cas du sol homogène.

Pour cela nous allons considérer trois cas de sol bicouche présentant les caractéristiques communes suivantes :

Premier cas de sol bicouche : EQ 6OV6xC PRcGIPCVIC 5CVL 3LIC 6OR'PSGIGC 6OÇÇC IPoPSC (relativement à la couche supérieure), QeC6 VR PRLCIcQ6C SC EQ ÇCPEECVIC tVQEPLG 5O'('PDEC (la contrainte tangentielle, , n'est limitée que par la loi de Coulomb, x  c + n tg ) (Fig. 2a). Deux situations peuvent se présenter (Fig. 2b) :

. si H est plus grand que H1 (Tableau 1), la couche rigide profonde n'a aucune influence sur la rupture (plim2 = Plim1) et la surface de rupture se situe entièrement dans la couche supérieure ;

. si H est plus petit que H1' la présence de la couche rigide joue un rôle favorable (plim2 > Plim1 )

Ce premier cas de sol n'est donc pas défavorable par rapport au cas du sol homogène. Cependant nous allons voir que l'on peut le rendre défavorable par une simple modification de l'interface.

Deuxième cas de sol bicouche : cas identique au précédent, à ceci près que l'interface présente le IP'tVC ÇQvPÇQE SC oEP''CÇCRL' la contrainte tangen- tielle y étant nulle ( = 0). Dans la pratique cela peut être dû, par exemple, à la présence, à l'interface, d'une mince couche d'argile saturée de cohésion négligeable (Fig. 3a). Trois situations peuvent alors se présenter :

. si H est supérieure à une certaine borne (courbe 1 de la figure 3b) la couche inférieure n'a aucune influence (plim2 = plim1 ) ;M

sPo1 d uQ7 bOE xOÇOoéRC IC5O'QRL 'VI VR 'VD'LIQLVÇ IPoPSC1 -ORLQ6L T ElPRLCIcQ6C M  EPÇPLG 5QI EQ EOP SC -OVEOÇD  i 6 J 5 Lo 7

6PfSC''V' CL EQ 5IC''POR 5OILQRLC aEPÇm SQR' EC 6Q' SV 'OE

courbe (2) de la figure 3b, la présence de la couche inférieure rigide (alors située très près de la fondation) améliore la force portante par rapport au cas du sol homogène (plim2 > plim1 ) ;

. si H est compris entre ces deux bornes, la mauvaise adhérence à l'interface cause une diminution de la pression portante (plim2 < Plim1 ).

En comparant la courbe (1) de la figure 3b aux valeurs du Tableau 1 on constate que, dans le cas représenté par la figure 3a, la profondeur de sol intéressée risque d'être supérieure à celle relative au cas du sol homogène. (Nota : les courbes de la figure 3b ne dépendent que de l'angle de frottement,  parce que EC 6QE6VE Q GLG cQPL 5QI 'V5CI5O'P(LPOR SC' GLQL' SlGtVPEPDIC EPÇPLC [8, 9] ; en fait, ces courbes, relatives au terme Nc de la formule de pression portante, donnent une majorante de H).

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LT3TUCé 4ENIP9I M OhTNICLaP9C ;  K seGu 4E'rPLPT1EN CNILC OP rLC11TEN rELIPNIC rOVEA US 9P1

9TcUC11S1 CI UC OP rLC11TEN rELIPNIC oOT' ' UPN1 OC 9P1

P5ai9i:su fc9 tu 9ap ifa7flu ; OC1 rLErLT7I71 '79PNTdSC1 (fWB W) UC OP 9ES9xC TNa7LTCSLC 1ENI rOS1 aPTGOC1 dSC 9COOC1 (fB ) UC OP 9ES9xC 1Sr7LTCSLC (bih, -c), Nu7x 9id7cdiar9 mu7çurd 9u m519urdu5 (bih, -) ;

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Or farfp79iarB pu9 tu7x tu5riu59 9ap9 ifa7flu9 1d7ti19 fasma5durd 7r LT1dSC U5PçETL SNC aEL9C rELIPNIC rOS1 aPTGOC CI SNC rLEaENUCSL UC 1EO TNI7LC117C rOS1 3LPNUC dSC UPN1 OC 9P1 UC L7a7LCN9C US 1EO xE'E3àNCé Ncr9 pu fc9 "B fupc u9d te é pc sc7çci9u n7cpid1 tu p3irdu5ycfu udB tcr9 pu fc9 oB

farfu5rcrd fu9 tu7x fc9 ard 1d1 ycid9 tu ycear9 ya5d tiyy1*5urdu9 (W)B fumurtcrd ar far9dcduB ur fasmc5crd pc fa75u (') tu pc yih75u o ud pu9 fa75u9 tu pc yih75u -B n7u pu9 a5t5u9 tu h5crtu75 9ard pu9 sJsu9, Tci9 pu fc9 o (bih, -) c pÇcçcrdchu tu yci5u irdu5çuri5 pc fal19iar ; fÇu9d tarf fup7i.pé 9u7p n7u ra79 5udiurt5ar9 tcr9 pc 97idu ma75 1dcpi5 pu f5id:5u,

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IÇirh1riu75 n7i taid t1fitu5 tu pc m5ayartu75 tu 5ufarrci9*9crfu9 é uyyufd7u5 ma75 7r m5akud tu yartcdiar9 ru farrc=dB c m5ia5iB n7u pu 9ap n7i cmmc5c=d ur 975ycfu ud ma75 pun7up ip mu7d u9disu5 pu9 çcpu759 tu f ud mm, Lp mu7d cpa59 fcpf7pu5 pc m5u99iar ma5dcrduB mpis' B n7Çc75cid pu 9ap 9Çip 1dcid lasa*h:ru tu fc5cfd15i9din7u9 f ud C, Nu fuddu m5u99iar ma5*dcrduB ip t1t7id pc m5u99iar ctsi99ipu, mcts' B mc5 pc ya5*s7pu fpc99in7u ;

N ; m5ayartu75 tu pc c9u tu pc yartcdiar 0 è a ; mait9 çap7sin7u t7 9ap tcr9 pc fa7flu tÇ1mci99u75 N 9id71u urd5u pc 975ycfu t7 9ap ud pu riçuc7 tu pc c9u tu pc yartcdiar 0b ; fauyyifiurd tu 91f75id1B h1r15cpusurd m5i9 1hcp é o,

Qc5dcrd tu péB d5ai9 fc9 mu7çurd 9u m519urdu5 ;, 9i pc m5u99iar ctsi99ipu cir9i fcpf7p1u u9d iry1*5iu75u é pc m5u99iar 5un7i9uB (mcts' m m) ip u9d isma9*

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SC' LCIÇC 4QECVI SC EQ 5IOcORSCVI SC IC6ORRQP''QR6C SQR' EC' 6Q' p n9K CL Ip H9K1 4OPI EQ cPoVIC h 5OVI EQ SGcPRPLPOR

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REVUE FRANÇAISE DE GEOTECHNIQUE NUMERO 764

2 Critère se rapportant au risque de tassement

Essayons, malgré tout, d'appliquer au risque de tassement, correspondant à l'ignorance des propriétés du sol situé en dessous du niveau des sondages, une démarche voisine de celle de la première partie. Supposons en effet que l'on ait reconnu le sol jusqu'à la profondeur H. Ce qui pourrait arriver de pire, c'est que le sol situé à une profondeur supérieure à H soit infiniment déformable quelle que soit la contrainte appliquée. Cette hypothèse est évidemment inacceptable car elle conduit à un tassement infini de la fondation quel que soit H. Par ailleurs, elle est physiquement peu raisonnable puisque  zz,J, k,'   )J JF z kJ $  z)g Dans ces conditions on est conduit obligatoirement à un certain arbitraire dans le choix du critère.

2.1 Critère en contraintes

. l'augmentation de contrainte due à la fondation (qui est la cause de la déformation) se dissipe avec la profondeur ;

. les propriétés mécaniques, et en particulier le module de déformation, augmentent avec la profondeur.

Malheureusement, ces constatations n'ont qu'un caractère qualitatif. Pour aboutir à des résultats quantitatifs il faut lier la variation des propriétés mécaniques à la profondeur.

Dans le cas d'un sol relativement homogène on peut remarquer que le module de déformation est d'autant plus grand que la contrainte de consolidation est plus élevée. Pour un sol normalement consolidé, celle-ci est égale à la contrainte effective due au poids des terres sus-jacentes. D'où l'idée, développée par Burmister 114), que le risque tassement est d'autant plus faible que l'augmentation de la contrainte effective l'zo due à la surcharge apportée par la fondation est petite par rapport à la contrainte verticale effective l'zo due au poids des terres. On remarquera que ce critère tient compte simultanément des deux raisons invoquées plus haut.

Pratiquement cette condition peut s'exprimer de la manière suivante. On peut négliger le tassement dû aux couches situées au-dessous de la profondeur H à laquelle est vérifiée la relation (Fig. 12) :

) JB   JJ ))J$ l'J ( ,S  

z  J J   JJ ))J$ - l'J  

- l'z : contrainte verticale effective à la profondeur H due  la surcharge apportée par la fondation ;

Par exemple, Burmister recommande :

On peut donc logiquement considérer que la valeur ainsi déterminée est une expression raisonnable de la profondeur des sondages de reconnaissance (*). Encore faut-il en donner une détermination pratique.

Pour un sol homogène sur une profondeur infinie l'augmentation de contrainte verticale due à une surcharge ne dépend pas des propriétés mécaniques (du moins si l'on fait l'hypothèse d'un comportement élastique et linéaire du sol). On peut alors représenter graphiquement la condition ci-dessus (Fig. 13) [16, 17].

(*) Cette condition est également utilisée dans les normes de calcul des fondations en usage en URSS [18] pour limiter conventionnellement l'épaisseur de la couche compressible dans les méthodes de calcul du tassement.

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Oaut ; sat7pu autas1d5in7u,

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Iu9 ya5s7pu9 (ê) ud ('j) fart7i9urd é ;