5) Fondations

5-1) Sol de fondations

5-1-1) Rappel

Il convient toujours de se rappeler que l’agression sismique arrive par le sol. Ainsi la structure est d’abord sollicitée par ses fondations .Pour que la superstructure , calculée pour résister au seisme,puisse être sollicitée a son tour,il faudrait que les semelles resistent en premier pour pouvoir garder encore debout cette superstructure.5-1-2) Propriétés des fondations

Les fondations sont les éléments principaux pour transmettre les charges de la structure au sol d’assise.Les différents types de fondations retenus pour asseoir la structure se doivent de résister aussi bien aux charges verticales qu’aux moments et aux forces horizontales transmis par les éléments verticaux .La résistance aux forces latérales mobilise le frottement semelle-sol et la butée du sol pour l’équilibre au cisallement.Pour ce faire,l’ancrage des fondations est à rechercher.Les désordres sont immédiats et conséquents pour les semelles fondées à faible profondeur.Ainsi les sols sensibles aux tassements et déformables,surtout de grande profondeur, et ayant de faibles caractéristiques géotechniques,sont à éviter.Par contre,un ancrage profond,pour asseoir les semelles sur un sol de bonne consistance(voire rocheux),confère un comportement plus favorable de la structure aux sollicitations sismiques.

5-2) Aperçu sur la liquéfaction

5-2-1) La liquéfaction :

Le phénomène de la liquéfaction est la perte temporaire des caractéristiques initiales des grains du sol pouvant ainsi se comporter comme un liquide.La liquéfaction se produit quand ces grains perdent le contact intime entre eux. En outre les effets sismiques sont amplifiés dans les sols saturés d’eau.Cette amplification risque de faire perdre au sol sa fonction d’assise,le rendant ainsi incapable de supporter les semelles.

5.2.2) Précautions

5.2.2.a) Le meilleur moyen d’éviter le phénomène de liquéfaction est surement de ne pas construire sur des sols liquéfiables.

5.2.2.b) Si tel n’est pas le cas,il est nécessaire de déterminer par un laboratoire,les critères de liquéfaction selon la réglementation en

vigueur.Sachant ainsi la susceptibilité à la liquéfaction,il y a lieu de concevoir des fondations pour contrecarrer les effets de la liquéfaction d’une part .D’autre part une structure sur un tel sol,doit être dotée d’une bonne ductilité.Cette ductilité confère à la structure une habilité aux déformations.Aussi est-il nécessaire de lier les différents points d’appui de l’infrastructure.Ces liaisons permettent un comportement d’ensemble du système de fondations en évitant ou du moins en réduisant les effets de tassement.

5.2.3) Critères de liquéfaction

Les règlements de construction parasismique donnent des critères pour déterminer la sensibilité à la liquéfaction d’un sol.

5.2.3-a) Règlement RPS2000

a-1) Paramètres

Les paramètres déterminant la liquéfaction des sols sont : La granulométrie La forme des grains La densité du sol en place La contrainte effective due éventuellement au poids propre du

sol

a-2) Sols susceptibles de se liquéfier

a-2-1) Sables – Limons Avec :

Un degré de saturation : Sr~ 100% Un granulométrie caractérisée par : Coefficient d’uniformité Cu<=15 Diamètre : 0.05mm<=D50<1.5mm

a-2-2) Les sols argileux fins Avec :

Diamètre D15>0.005mm Limite de liquidité : LL<=75% Teneur en eau naturelle : wn> 0.9LL Indice de liquidité < 0.75

5.2.3-b) Règles PS92

b-1) identification des sols liquéfiables :

Sont considérés comme susceptible de liquéfaction les sols suivants :

b-1-a) Sables-Sables vasards et silts tels que :

Degré de saturation Sr~ 100% Granulométrie assez uniforme telle que : Cu = D50/D15<15 Diamètre à 50% : 0.05mm<=D50<1.5mm Et soumis à l’état final du projet à une contrainte effective

verticale effective telle que :

Contrainte effective Zones Ia,Ib Zone II Zone IIIσ’v 0.20MPa 0.25MPa 0.30MPa

b-1-b) Sols argileux de caractéristiques tels :

Diamètre à 15% : D15 > 0.005mm Limite de liquidité : WL < 35% Teneur en eau : w > 0.9 WL Point représentatif sur le diagramme de plasticité se situant au

dessus de la droite « A » dudit diagramme.Sont considéres à contrario comme exempts de risque :

b-1-c) Les sols dont la granulométrie de :

Diamètre à 10% : D10 > 2mm

b-1-d) Les sols pour lesquels les deux conditions suivantes sont remplies

D70 > 74 μ Ip > 10%

5-2) Exemple de calcul de semelle   :

5-2-a ) Sollicitations :

Soit une semelle sous poteau soumise aux sollicitations suivantes :

Charges permanentes :

Charges d’exploitation :

Charges sismiques :

Contrainte admissible sol :

5-2-b ) Dimensionnement de la semelle :

5-2-b-1 ) Cas 1 : G + Q + E

h

A

N

T M

L

L

Pour une semelle de :

Poids de la semelle :

PS = 10.935t

La contrainte sur le sol est :

Soit :

Diagramme des contraintes sur le sol :

5-2-b-2 ) Cas 2   : G +/- E

Excentricités résultantes :

Le cas défavorable à retenir est :

Il est à noter que l’excentricité (-0.932m) est en dehors du noyau central dont les limites sont :

σ1=20.25

σ2=1.14

N

T M

L

Remarque 1 :

La résultante de la charge verticale est en dehors du noyau central,la répartition de la pression sur le sol est triangulaire.

Remarque 2 :

Le sol,sous les sollicitations apportées par la semelle,ne peut travailler qu’à la compression et non à la traction.Aussi la partie négative du diagramme des pressions sur le sol,ne sera pas à considérer étant donné que la semelle est soulevée et ne peut s’appuyer sur le sol.

Diagramme des pressions sur le sol – Résultante des pressions

La résultante des charges verticales est appliquée à :

0.45

0.45

0.932

0.418 0.932 1.35

N2.2

0.418 0.932 1.35

N2.2

a 2a

3a

Contrainte maximale sur le sol :

La réaction RS doit équilibrer La résultante verticale N2.2 de 28.435t.Son point d’application est au droit de la verticale portant la résultante N2.2 soit (a=0.418m).C’est aussi le centre de gravité du diagramme triangulaire des pressions sur le sol.Si σ est la contrainte maximale sur le sol , alors :

5-2-b-3 ) Cas 3   : G + Q

Remarque 1   :

Le point de passage de la résultante est à l’intérieur des limites du noyau central.La semelle appuie sur le sol par toute sa surface.Donc le diagramme des contraintes sur le sol est trapézoîdale et la contrainte minimale est positive.

5-2-b-4 ) Cas 4   : Frottement et glissement sur le sol

Le coefficient de frottement est :

La contrainte admissible de cisaillement du sol au niveau de la semelle est :

Le cas 2 est celui le plus défavorable pour la vérification de non glissement de la semelle. Soit :

N2.2=28.435tAvec l’effort latéral sismique de :TE = 11.00t

L’effort dû au frottement est :

L’effort mobilisé par le cisaillement du sol en place pour une surface de la semelle de : 0.60*2.70m².

La résistance totale au glissement de la semelle est :