Conception et construction des pieux

Voici en résumé les principales utilisations des pieux :

• Fondation lorsque le sol présente une faible cohésion
• Pour résister aux forces de soulèvement ou de renversement
• Pour limiter le tassement pour un équipement de précision
• Pour encaisser les charges latérales
• Fondation dans un sol gonflant ou susceptible d’affaissement
• Pour les culées
• Pour certaines constructions dans des corps d’eau, incluant la mer
• Pour retenir le sol dans le cas d’une excavation profonde

Il y a différentes manières possibles de construire et d’installer les pieux, selon leur type et les conditions de sol. En général, les pieux peuvent être subdivisés en trois catégories de base :

• Les pieux à grand déplacement de sol : ils comprennent tous les types de pieux battus et coulés en place (à pointe fermée).
• Les pieux à faible déplacement de sol, ceux dont la section transversale est relativement petite : Ce type comprend les pieux en H et les pieux tubulaires battus dont l’extrémité est ouverte, de sorte que le sol pénètre dans la section évidée.
• Pour former les pieux de remplacement, on emploie une technique de forage pour enlever le sol et on place du béton armé dans une excavation (tubé ou non). Les pieux en béton préfabriqué, en bois ou en acier peuvent également être placés dans un forage et peuvent être inclus dans cette catégorie.

Le type de pieu approprié dépend du type de structure et de l’emplacement du projet, des conditions du sous-sol et de la durée de vie prévue du projet. Pour les structures terrestres, l’application pourrait requérir de pieux inclus dans les catégories mentionnées ci-dessus, mais pour une structure marine (ou dans un corps d’eau), les pieux à déplacement de sol sont à privilégier.

Bien que les matériaux pour les pieux, leur installation et leur fabrication puissent être indiqués avec précision, le calcul de leur capacité portante est une procédure complexe qui repose actuellement sur des concepts théoriques de mécanique des sols et des roches, mais surtout sur des méthodes empiriques basées sur l’expérience. Chacune de ces équations et solutions analytiques a ses limites et ses hypothèses, c’est pourquoi la capacité portante des pieux prédite par chaque méthode diffère. De plus, les variations des conditions de sol et le manque de fiabilité des paramètres de sol entraînent des incertitudes supplémentaires et augmentent encore l’importance des essais de charge des pieux in situ au début de leur installation.

Les essais de charge des pieux se divisent en trois grandes catégories :

• Essais de charge statique des pieux
• Essais de charge dynamique à l’aide du système PDA (Pile Driving Analyzer)
• Essais d’intégrité des pieux

Les essais de charge statique sont le moyen le plus précis pour déterminer la capacité des pieux, mais ils sont coûteux et peuvent ne pas être réalisables en raison de difficultés d’accès sur certains chantiers. Le système PDA est l’outil le plus populaire pour déterminer la capacité axiale des pieux.

Les essais de charge dynamique consistent à générer une impulsion à l’aide du marteau de battage (pour les pieux battus) ou d’une masse tombante (pour les pieux forés), puis à déterminer l’intégrité et la capacité des pieux par calage des signaux. En utilisant l’onde descendante comme signal d’entrée, la méthode de calage des signaux révise de manière itérative un modèle numérique d’interface sol-pieu jusqu’à ce que les valeurs calculée et mesurée de l’onde de force ascendante réfléchie correspondent. Le logiciel le plus couramment utilisé pour le calage des signaux est CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program).

Pour l’essai de charge dynamique, le calage des signaux nécessite généralement une analyse détaillée au bureau et demande des efforts de l’équipe d’ingénierie. Cette méthode ne peut pas être utilisée en temps réel pour guider les décisions d’acceptation des pieux pendant le battage sur le chantier. Par conséquent, les critères d’acceptation de la capacité des pieux (critères d’arrêt) doivent être établis avant le battage. Les critères d’arrêt du battage des pieux peuvent être déterminés par analyse de l’équation d’onde, qui est basée sur la dynamique du battage des pieux.

L’analyse de l’équation d’onde évalue l’effet de la propagation des ondes de contrainte pendant le processus de battage des pieux; la méthode employée est une analyse par éléments finis. On utilise généralement l’équation d’onde pour étudier les problèmes suivants :

• Capacité des pieux : production d’un graphique de la capacité des pieux en fonction du taux de pénétration minimal des pieux pour différents coups de marteau
• Compatibilité de l’équipement : évaluation des niveaux de puissance du marteau de battage et sélection du niveau de puissance requis
• Contraintes de battage : détermination de la contrainte maximale du pieu et de la fatigue du matériau du pieu pendant l’installation

En résumé, la conception de fondations sur pieux est un processus hybride qui commence par l’analyse technique au bureau et se poursuit par la validation et l’optimisation de la conception sur le chantier. Le type de pieu, son matériau, sa longueur, son épaisseur, sa capacité, etc., sont tous sélectionnés à l’aide de solutions analytiques et numériques. Une analyse de l’équation d’onde est nécessaire pour déterminer les critères d’arrêt du battage des pieux. Il faut également faire un essai de charge dynamique de certains pieux pendant et après la construction pour valider la conception ou la corriger, s’il y a lieu.

Conclusion

Les équipes de géotechnique et d’ingénierie des structures de BBA ont travaillé sur différents types de projets de fondations profondes, depuis la conception détaillée, les spécifications d’exploitation et l’assurance qualité jusqu’à l’évaluation des conceptions, les analyses d’équation d’onde et l’analyse des essais de charge dynamique. Nous serons en mesure d’aider les clients à relever les défis que posent les fondations profondes.