Introduction
Le Calcul Géotechnique selon l’Eurocode est une étape essentielle pour garantir la sécurité et la performance des projets de construction en Europe. Cette norme offre un cadre précis pour l’analyse des sols et des structures.
Les ouvrages sont classés en trois catégories selon la complexité des études géotechniques nécessaires.
Les fondations sont essentielles pour répartir les charges d’une structure sur le sol, garantissant sa stabilité. Le choix de la fondation dépend du type d’ouvrage et de la résistance du sol.
Étude du Sol
Avant de commencer la conception et les calculs, il est important de comprendre le sol où la structure sera construite. On réalise des études de sol pour déterminer ses propriétés par campagnes de reconnaissance in situ et accompagner par des essais au laboratoire.
Analyse des Propriétés du Sol
Les données des études de sol servent à analyser ses caractéristiques. On définit ensuite des paramètres comme la portance (capacité du sol à supporter des charges), la compressibilité (comment le sol se comprime sous une charge), et la perméabilité (facilité avec laquelle l’eau traverse le sol).
Méthodologie du Calcul Géotechnique selon l’Eurocode
Les fondations sont conçues pour supporter les charges transmises par la structure tout en garantissant que le sol ne s’affaisse pas de manière excessive. Le calcul géotechnique aide à déterminer le type et la taille des fondations nécessaires.
Trois Types de fondations existent :
- Fondations Superficielles : Situées près de la surface du sol. Elles reposent sur une couche de sol stable proche de la surface (ex. : semelles isolées, semelles filantes, radier).
- Fondations Semi-Profondes : Plus profondes que les superficielles, mais pas aussi profondes que les profondes. Elles atteignent des couches de sol plus stables que les superficielles (ex. : pieux-forés, fondations sur puits).
- Fondations Profondes : Enfoncées très profondément pour atteindre des couches solides ou supporter de lourdes charges. Utilisées lorsque le sol proche de la surface n’est pas assez résistant (ex. : pieux, caissons, paroi moulée, micropieux).
Selon le fascicule 62 titre V et la Norme NF P 94-261, en fonction de la profondeur d’encastrement équivalente De et la largeur B, la fondation est déterminée comme suit :
- De/B < 1,5 ⇒ Fondation superficielle (semelles isolées, filantes, radier);
- 5 < De/B < 1,5 ⇒ Fondation semi-profonde (puits, caisson) ;
- De/B > 5 avec D > 3 ⇒ Fondation profonde (Pieux, micropieux, barrettes, colonnes de sol ciment) ;
Calcul des Charges
Il est nécessaire de vérifier la conformité de la fondation choisie et la résistance du terrain par rapport aux charges que la structure exercera sur le sol dans les différentes situations de projet stipulées par l’Eurocode « EN 1990 : Eurocodes structuraux : Bases de calcul des structures » :
- Situations de projet durables ;
- Situations de projet transitoires ;
- Situations de projet accidentelles ;
- Situations de projet sismiques ;
Les charges auxquelles le sol est soumis sont classées par l’Eurocode « EN 1990 : Eurocodes structuraux : Bases de calcul des structures » de la manière suivante :
- Actions permanentes G : elles sont de « longue durée », d’origine pondérale (structure, poids du sol et pression du sol) et actions dues à l’eau (pression statique) ;
- Actions Variables Q : elles ont un caractère non permanent qui regroupent les actions climatique (vent, neige) et les actions d’exploitation (charge trafic, charges bâtiments, mouvements fluides, vibration) ;
- Actions Accidentelles : elles proviennent de phénomène se produisant exceptionnellement, réparties en actions provoquées (choc, explosion) et actions naturelles (actions dynamiques de l’eau (marée exceptionnelle, embâcle) et actions gravitationnelles (glissement de terrain, chute de pierre)) ;
- Actions particulières : définies par l’Eurocode « Eurocode 1 : EN 1991-1-6 : Actions sur les structures : Partie 1-6 : Actions générales — Actions en cours d’exécution » ;
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Vérification aux Etats limites et Combinaisons des Actions
Pour le calcul aux états-limites, il faut utiliser des modèles structuraux et de charges adaptées. On doit s’assurer que les états-limites ne sont pas dépassés en entrant les valeurs appropriées pour :
- Les actions ;
- Les propriétés des matériaux ;
- Les données géométriques.
Il est nécessaire de vérifier toutes les situations de projet et les cas de charge pertinents et critiques.
On peut utiliser soit la méthode des coefficients partiels, soit des méthodes probabilistes pour le dimensionnement.
Etats Limites Ultimes : Critères de stabilité dans le Calcul Géotechnique selon l’Eurocode
Les états doivent être classés comme états-limites ultimes « ELU » ceux qui concernent :
- La sécurité des personnes ;
- Et/ou la sécurité de la structure.
Les états-limites ultimes suivants doivent être l’objet de vérifications chaque fois qu’il y a lieu:
- Perte d’équilibre de tout ou partie de la structure considérée comme un corps rigide ;
- Défaillance due à une déformation excessive, à la transformation en mécanisme de tout ou partie de la structure, à une rupture, à une perte de stabilité de tout ou partie de la structure, y compris ses appuis et fondations ;
- Défaillance provoquée par la fatigue ou d’autres effets dépendant du temps.
Pour résumer, voici les cinq états limites ultimes définis par les Eurocodes qui nécessitent toujours une vérification :
- EQU (Équilibre statique) : Pendant la phase de conception pour garantir que la structure reste en équilibre.
- STR (Structure : rupture déformation) : Lors de la conception détaillée pour vérifier la résistance et les déformations.
- GEO (Géotechnique : rupture déformation) : Avant la construction, après l’étude géotechnique, pour vérifier la stabilité des fondations.
- UPL (Soulèvement global) : Avant et pendant la construction pour prévenir les soulèvements globaux.
- HYD (Soulèvement local) : Avant la construction, Particulièrement dans les zones susceptibles de soulèvement local.
Quelle que soit la nature de la fondation superficielle, il est impératif de justifier les états limites ultimes comme suit :
- Stabilité générale ;
- Portance ;
- Résistance au glissement ;
Pour chaque ouvrage reposant sur des fondations profondes, il est nécessaire de justifier, le cas échéant, par rapport aux états limites ultimes :
- Stabilité de chaque pieu et de la fondation complète vis-à-vis d’une rupture locale du terrain ;
- Résistance à la rupture des fondations profondes ;
- Stabilité de l’ouvrage porté vis-à-vis des déplacements de la fondation sur pieux ;
- Stabilité d’ensemble de la fondation complète vis-à-vis d’une rupture générale du site.
Les combinaisons d’actions :
Les combinaisons d’actions à considérer sont les suivantes :
- ELU Fondamentaux : combinaison des actions pour les situations de projet durables et transitoires.
- ELU Accidentels : combinaison des actions pour les situations de projet accidentelles.
- ELU Sismiques : combinaison des actions pour les situations de projet sismiques.
Etats limites Services ELS
Les états doivent être classés comme états-limites de service « ELS » ceux qui concernent :
- Fonctionnement de la structure ou des éléments structuraux en utilisation normale ;
- Confort des personnes ;
- Aspect de la construction.
Il convient que la vérification des états-limites de service repose sur des critères concernant les aspects suivants :
a) les déformations qui affectent :
- L’aspect ;
- Le confort des utilisateurs ;Ou la fonction de la structure (y compris le fonctionnement des machines ou des services) ;
- Ou qui endommagent des finitions ou des éléments non structuraux ;
b) les vibrations :
- Qui nuisent au confort des personnes ;
- Ou qui limitent l’efficacité fonctionnelle de la structure ;
c) les dommages susceptibles de nuire :
- À l’aspect ;
- À la durabilité ;
- À la fonction de la structure.
Pour la fondation superficielle, il est impératif de justifier les états limites ultimes comme suit :
- Tassement chargement à ELS quasi-permanent ;
- Charges excentrées ;
- Limitation de la charge transmise à la fondation ;
- Parfois analyse des vibrations ;
Pour chaque fondation profonde, il faut vérifier :
- Que la fonction de la structure est maintenue pendant sa durée de vie en contrôlant les déplacements de la fondation sur pieux.
- Que la charge transmise à la fondation est inférieure à une proportion spécifiée de la charge de fluage.
- Que les sollicitations axiales et transversales sont conformes aux exigences de la norme.
Les combinaisons d’actions :
Les combinaisons d’actions aux états limites de service (ELS) :
- Combinaisons caractéristiques : Charges courantes à vérifier pour s’assurer que la structure fonctionne normalement ;
- Combinaisons fréquentes : Charges qui se produisent souvent pour garantir que la structure est stable dans des conditions régulières ;
- Combinaisons quasi-permanentes : Charges presque constantes, comme les charges permanentes, pour assurer que la structure reste fonctionnelle sur le long terme ;
Conclusion
Il est important de vérifier que la structure et ses fondations resteront stables sous toutes les conditions possibles. Les calculs incluent des analyses de stabilité pour s’assurer qu’il n’y aura pas de glissements de terrain, de tassements excessifs ou d’autres problèmes pouvant affecter la sécurité de la structure.