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Pieux de fondation : quand sont-ils nécessaires et comment les concevoir

Les pieux de fondation sont des éléments structuraux qui permettent d’atteindre les couches de sol les plus résistantes situées en profondeur. Découvrez comment les concevoir

Il y a des situations où il n’est pas possible de trouver un sol suffisamment résistant en surface pour soutenir une structure de manière sûre et stable. Cependant, grâce aux fondations profondes et en particulier aux pieux de fondation, il est possible de résoudre ce problème de manière efficace.

Dans l’article suivant, nous explorerons les différentes typologies de pieux de fondation, chacune avec des caractéristiques spécifiques. Nous verrons comment ces éléments peuvent être utilisés en fonction des besoins du projet et des caractéristiques du sol. Nous fournirons également quelques conseils utiles pour leur conception.

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Qu’est-ce que les pieux de fondation?

Les pieux de fondation sont des éléments structuraux qui entrent dans la catégorie des «fondations profondes ou indirectes», car ils ont la capacité de transférer la charge verticale de la structure à des couches de sol plus résistantes et stables situées à des profondeurs plus importantes.

Contrairement aux fondations superficielles, qui transfèrent la charge au sol uniquement à travers le plan d’appui, les pieux de fondation transmettent la charge à la fois par frottement le long de la surface latérale de la fondation et par charge de pointe, en fonction du rapport entre le diamètre du pieu et sa hauteur.

Les pieux de fondation peuvent être réalisés dans différents matériaux, tels que le béton armé, l’acier ou le bois. Ils sont coulés en place ou enfoncés dans le sol pour atteindre les couches porteuses et fournir la résistance nécessaire contre les forces externes qui ne pourraient pas être gérées par une fondation superficielle.

L’objectif principal des fondations sur pieux est de réduire les tassements à long terme, en exploitant les caractéristiques mécaniques des substrats profonds et en évitant les problèmes liés à la présence, dans les couches superficielles, de sols mous, de nappes phréatiques ou de cavités.

Quand utiliser les fondations sur pieux ?

Parmi les différentes typologies de fondations auxquelles il est possible de recourir pour garantir la sécurité et la stabilité d’une œuvre, il est généralement opportun de faire appel aux pieux de fondation lorsque:

  • le sol en surface a une capacité portante insuffisante pour soutenir la charge de la structure. Les pieux de fondation permettent d’atteindre des couches de sol plus profondes et stables, distribuant la charge de manière efficace pour éviter les tassements et les déformations excessives ;
  • la structure doit être isolée des sols superficiels qui sont sujets à des phénomènes dommageables tels que l’érosion, l’érosion hydrique ou l’action d’agents externes. Les pieux de fondation permettent de positionner les fondations en dessous de ces sols problématiques, protégeant ainsi la structure des effets nocifs ;
  • il est techniquement impossible de réaliser des fondations superficielles, comme dans le cas des structures offshore ou en présence de sols caractérisés par des gradients de filtration élevés, des sols incohérents ou des situations rendant impossible l’utilisation d’autres types de fondations ;
  • les tassements prévus sont incompatibles avec le type de structure à réaliser, car ils dépassent la limite maximale que celle-ci peut supporter. Les pieux de fondation, en atteignant des profondeurs élevées, permettent de gérer de manière contrôlée les tassements absolus et différentiels, garantissant ainsi la stabilité et la sécurité à long terme de la structure.

Typologies de pieux de fondation

Les pieux de fondation peuvent être classés selon différents critères tenant compte du matériau, des dimensions ou des technologies de construction utilisées pour la réalisation de ces éléments structuraux.

En ce qui concerne les dimensions, on peut diviser les pieux de fondation en:

  • pieux de petit diamètre: ceux qui ont un diamètre inférieur à 25 cm et des longueurs principalement comprises entre 5 et 20 m ;
  • pieux de diamètre moyen: ceux d’un diamètre compris entre 30 et 60 cm, avec des longueurs généralement variant de 5 à 25 m ;
  • pieux de grand diamètre: ceux qui ont un diamètre supérieur à 80 cm et peuvent atteindre des longueurs souvent de l’ordre de 20 à 40 m.

En fonction du matériau utilisé, on peut avoir : 

  • pieux en bois : fabriqués à partir des troncs d’arbres, ils se caractérisent par un fût à fibres droites, exempt d’impuretés et de nœuds. Ils sont enfoncés dans le sol par battage. Plus il y a de résine dans le bois, plus grande sera la résistance et la durabilité du pieu. La disponibilité de pieux en bois de grandes dimensions peut être limitée, et leur durabilité dans le temps peut être influencée par l’humidité du sol et les organismes xylophages ;
  • pieux métalliques : fabriqués en acier, ces pieux offrent une plus grande résistance et durabilité, et conviennent aux situations où une capacité portante élevée est requise. Ils sont souvent utilisés dans la construction de gratte-ciel ou de structures industrielles. Pendant le processus d’installation, les pieux métalliques sont battus ou forés, selon la technique de construction adoptée. Par rapport à d’autres types de pieux, ils sont plus résistants et durables, ce qui les rend particulièrement adaptés aux cas où il est nécessaire de surmonter des sols compacts ou rocheux. Cependant, leur coût peut être plus élevé, c’est pourquoi ils sont plus fréquemment utilisés dans des projets nécessitant une robustesse et une résistance structurelle particulières ;
  • pieux en béton : la majorité des fondations sur pieux sont réalisées en utilisant des pieux en béton armé. Cette typologie peut être divisée en deux catégories principales : 
    • pieux préfabriqués : cette catégorie comprend les pieux en béton armé qui sont préfabriqués en dehors du chantier. Après une période de maturation et de durcissement adéquate, ils sont transportés sur le lieu d’installation. Là, ils sont enfoncés dans le sol à l’aide de techniques telles que le battage ou le forage, exploitant leur résistance structurelle ;
    • pieux coulés en place : cette catégorie comprend les pieux en béton armé qui sont construits directement sur le chantier, contrairement à ceux préfabriqués. La caractéristique distinctive de cette typologie est la méthode d’enfoncement de la chemise métallique, utilisée comme coffrage. Cette chemise peut être enfoncée dans le sol par battage ou forage et peut être de type « perdu » ou récupérée une fois que le béton a terminé le processus de durcissement.

Enfin, en fonction de la technologie de construction adoptée pour la réalisation du pieu, on peut faire une distinction entre : 

  • pieux battus : réalisés en insérant le pieu de fondation dans le sol à travers le processus de battage ou de percussion. Ce procédé implique l’enfoncement du pieu par poussée, sans enlever de matériau, mais simplement en le déplaçant ou en le compactant;
  • pieux forés : prévoient l’enlèvement et le remplacement du sol en utilisant des équipements de forage. En général, une tarière ou une hélice est utilisée pour percer le sol, en éliminant le matériau pendant l’opération. Ensuite, le pieu est inséré dans le trou créé. Cette méthode est particulièrement utile en présence de sols plus compacts ou rocheux, où le simple battage pourrait être inefficace. L’enlèvement et le remplacement du sol permettent de créer une fondation plus résistante et stable.
Typologies de pieux de fondation

Typologies de pieux de fondation

Le calcul des pieux de fondation : facteurs et étapes

Le calcul des pieux de fondation est un processus complexe qui nécessite une évaluation précise de différents facteurs géotechniques, structuraux et environnementaux. Voici les principales étapes impliquées dans ce processus : 

  • caractérisation du sol : avant de commencer la conception, il est essentiel de mener une enquête géologique et géotechnique appropriée pour comprendre les caractéristiques du sol sur lequel les fondations seront construites. Cette étude peut inclure divers types de tests (tels que des carottages, des essais de pénétration statiques, des essais pressiométriques, etc.). Les données collectées fourniront des informations cruciales sur la composition du sol, sa résistance, la présence de nappes phréatiques et d’autres facteurs pouvant influencer la conception des fondations ;
  • définition des charges : l’étape suivante consiste à déterminer les actions que les fondations devront supporter. En fonction des caractéristiques du sol et des charges prévues, le type de pieu le plus approprié est sélectionné ;
  • dimensionnement des pieux : le dimensionnement des pieux est effectué en tenant compte des caractéristiques du sol et des charges appliquées. Des paramètres tels que la résistance à la pointe du pieu, la résistance latérale, etc., sont pris en compte ;
  • vérification de la capacité portante : il est nécessaire de vérifier que les pieux sont capables de supporter les charges prévues sans dépasser les limites autorisées. Cela se fait en calculant la capacité portante des pieux et en la comparant aux charges appliquées. La capacité portante peut être déterminée en utilisant des méthodes analytiques ou par des essais de charge sur les pieux.
Calcul des pieux de fondation issu du logiciel EdiLus

Calcul des pieux de fondation issu du logiciel EdiLus

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Comment insérer les fondations sur pieux

Comment définir la stratigraphie des sols pour les fondations et configurer les options de calcul de la charge limite

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