Sélection et Calcul de Fondations
Comprendre la Sélection et Calcul de Fondations
Vous êtes un ingénieur en génie civil chargé de concevoir les fondations d’une nouvelle structure industrielle dans une zone urbaine.
La structure sera un bâtiment de trois étages utilisé comme atelier de fabrication. Les conditions du sol sur le site sont hétérogènes et vous devez choisir entre des fondations superficielles ou des pieux.
Pour comprendre le Choix de types de fondation, cliquez sur le lien.
Données fournies:
- Charges de la structure:
- Poids propre du bâtiment : 500 kN
- Charge d’exploitation (charge mobile sur les planchers) : 300 kN
- Charge du vent : 100 kN
- Charge totale : 900 kN
- Propriétés du sol:
- Profil du sol : Les 3 premiers mètres sont composés de limon argileux avec une capacité portante de 150 kPa, suivis de sable dense jusqu’à 10 mètres avec une capacité portante de 300 kPa.
- Niveau de la nappe phréatique à 4 mètres de profondeur.
- Règlements locaux:
- Facteur de sécurité minimum requis : 3
- Profondeur minimum des fondations : 1.5 mètre sous la surface
Tâche:
Déterminer si des fondations superficielles sont adéquates ou s’il est nécessaire de recourir à des pieux. Si les fondations superficielles sont adéquates, calculer les dimensions requises. Sinon, déterminer la profondeur et le type de pieu nécessaire.
Correction : Sélection et Calcul de Fondations
Données:
- Charge Totale (Q)
\[ = \text{Poids propre} + \text{Charge d’exploitation} + \text{Charge du vent} \] \[ = 500 kN + 300 kN + 100 kN \] \[ = 900\, \text{kN} \]
- Propriétés du Sol à 1.5 m de profondeur:
Hypothèses raisonnables basées sur des références courantes pour les types de sols mentionnés:
– Capacité portante = 150 kPa
– Cohésion (c) = 25 kPa
– Poids volumique du sol (\(\gamma\)) = 17 kN/m\(^3\).
Facteurs de Capacité Portante pour Limon Argileux:
- \( N_c \) = 5.14
- \( N_q \) = 1.0
- \( N_\gamma \)= 0 (car le sol est cohésif)
Étape 1: Calcul de la Capacité Portante du Sol
Calcul de la Capacité Portante Ultime (\(q_u\)):
\[ q_u = c \times N_c + \gamma \times D_f \times N_q + 0.5 \times \gamma \times B \times N_\gamma \] \[ q_u = 25 \times 5.14 + 17 \times 1.5 \times 1.0 + 0.5 \times 17 \times B \times 0 \] \[ q_u = 128.5 + 25.5 + 0 \] \[ q_u = 154 \text{ kPa} \]
Calcul de la Capacité Portante Nette (\(q_n\)):
\[ q_n = q_u – \gamma \times D_f \] \[ q_n = 154 – 17 \times 1.5 \] \[ q_n = 128.5 \text{ kPa} \]
Zone Requise (A) et Dimensions de la Semelle:
\[ A = \frac{\text{Charge Totale}}{q_n} \] \[ A = \frac{900}{128.5} \] \[ A \approx 7.00 \text{ m}^2 \]
Pour une semelle carrée (\(B = L\)):
\[ B = L = \sqrt{7.00} \approx 2.65 \text{ m} \]
Étape 2: Vérification du Facteur de Sécurité
\[ \text{Facteur de Sécurité} = \frac{\text{Capacité portante nette}}{\text{Charge totale}/A} \] \[ \text{Facteur de Sécurité} = \frac{128.5}{\frac{900}{7.00}} \approx 1.0 \]
Le facteur de sécurité est beaucoup trop bas (nécessite un minimum de 3). Ceci indique que les dimensions proposées pour les fondations superficielles sont insuffisantes pour répondre aux exigences de sécurité, nous amenant à considérer l’option des pieux.
Étape 3: Alternative avec les Pieux
Sélection des Pieux:
Optons pour des pieux forés, car ils conviennent mieux aux conditions de nappe phréatique élevée.
Capacité d’un Pieu Standard:
Supposons une capacité portante de 1000 kN par pieu.
Nombre de Pieux Requis:
\[ \text{Nombre de Pieux} = \frac{\text{Charge Totale}}{\text{Capacité portante par pieu}} \] \[ \text{Nombre de Pieux} = \frac{900}{1000} \approx 1 \]
Dans la pratique, on prévoira probablement plus d’un pieu pour des raisons de distribution des charges et de stabilité, et les calculs seront ajustés en fonction des données d’essais de charge et des analyses dynamiques.
Conclusion
Les fondations superficielles dans leur forme proposée initialement sont inadéquates en raison d’un facteur de sécurité inacceptablement bas.
L’option des pieux semble plus appropriée. Une analyse détaillée avec des données d’essai de sol précises et une étude dynamique des charges serait nécessaire pour finaliser le design.
Sélection et Calcul de Fondations
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