2395
Pieu sous charge latérale : développement de lois de dégradation pour prendre en
compte l’effet des cycles
Pile cyclic lateral loading: Development of degradation laws for describing the cyclic effect
Rosquoët F.
Laboratoire LTI (AE3899), Amiens, France
Thorel L., Garnier J., Chenaf N.
LUNAM Université, IFSTTAR, Nantes, France
RÉSUMÉ : A l’origine, le dimensionnement des pieux sous une charge latérale supposait que le sol est entièrement à l’état de rupture
(calcul aux états limites). Les méthodes de calcul ont progressé et le dimensionnement est maintenant réalisé en déplacement mais
sans possibilité de tenir compte de l’effet des cycles de chargement (sauf dans le cas des ouvrages offshore). Pour corriger cette
lacune, nous proposons deux méthodes : une méthode globale basée sur le déplacement en tête de pieu et sur le moment maximum, et
une méthode locale basée sur les courbes P-y. Pour la méthode globale, nous montrons que l’effet des cycles sur le déplacement est
essentiellement lié au rapport entre l’amplitude de la charge cyclique et la charge maximale. Nous proposons une loi de type
logarithme donnant le déplacement relatif en fonction du nombre de cycles. On notera que l’effet des cycles sur le moment maximum
est faible. La méthode locale est basée sur l’interaction entre le sol et le pieu permettant de relier directement la réaction latérale du
sol P et le déplacement du sol y. Nous introduisons un coefficient d’abattement qui permet de prendre en compte l’effet des cycles en
modifiant la réaction des courbes P-y statiques.
ABSTRACT: Generally, the design of pile under lateral cyclic loads supposed that the soil is completely in the state of failure (limit
states calculation). However, the calculation methods progressed and the design can be executed in displacement and at maximum
bending moment. To analyse the cyclic effect we propose two methods: the global method is based on pile head displacement and
maximum bending moments and local method is based on P-y curves. For the global method, we purpose an empirical law to evaluate
pile head displacements at application point. A simple power function of DF/F and a logarithm function of the number of cycles are
proposed to calculate pile head displacements under cyclic loading from the displacement values under applied monotonic loads. We
show that the effect of the cycles on the bending moments is weak. Local methods are based on the soil reaction profile, P and the pile
lateral displacement, y called P-y curves. We purpose a reduction coefficient then applied to the monotonic P-y curves to take the
cyclic effect on the soil degradation into account.
MOTS-CLES : Comportement sous chargements cycliques – Séismes
KEYWORDS: Pile under lateral cyclic load – Seism
1 INTRODUCTION
Le chargement latéral cyclique des pieux est généralement le
résultat des sollicitations mécaniques engendrées par les vagues,
le vent sur des structures offshore, l'amarrage de bateaux sur des
quais, des surcharges variables ou des dilatations thermiques. Il
est caractérisé par quatre paramètres qui sont la charge
maximum appliquée F ; l’amplitude de la variation de la charge
DF ; le nombre de cycles n et le type de chargement (non-
alterné ou alterné).
L’utilisation des modèles réduits de pieux permet de réaliser
des études paramétriques et ainsi améliorer notre
compréhension de ces phénomènes à multiples variables. Une
meilleure connaissance et quantification de la réponse des pieux
sous charge latérale cyclique permettra d’optimiser leurs
dimensionnement pour ce type de sollicitation mécanique.
La modélisation physique des structures géotechniques en
centrifugeuse est une technique assez répandue (Garnier 2001)
et a déjà été appliquée à l’étude de pieux sous charge latérale
cyclique dans le sable (Rosquoët 2004, Rakotonindriana 2009)
ou dans l’argile (Khemakhem 2012). La centrifugation des
modèles réduits est indispensable pour assurer le respect des
conditions de similitude qui imposent qu’un modèle à l’échelle
1/n soit testé sous une accélération centrifuge égale à n fois la
gravité terrestre.
Un important programme de recherche est en cours en
France sur les pieux sous charge cycliques (Projet national
SOLCYP). Les travaux décrits ci-dessous s’intègrent dans ce
programme et concernent les charges latérales cycliques. Le but
final de ces études est de proposer une méthode rationnelle de
dimensionnement des pieux soumis à de telles sollicitations et
d’évaluer l’influence du chargement latéral cyclique sur les
éléments qui permettent de dimensionner le pieu, c’est-à-dire le
déplacement horizontal en tête y, le moment maximum M ou
encore les relations entre la réaction du sol P et le déplacement
horizontal du pieu y, appelées « courbes P-y ».
L’étude se limite aux cas où les cycles dégradent la réaction
du sol et aux charges cycliques de service. Le pieu modélisé
peut être considéré comme un pieu souple. La partie du pieu
située à une profondeur supérieure à 3 fois la longueur de
transfert l
0
, n’a théoriquement plus d’influence sur la réponse
due à une charge en tête (Frank 1999). De fait, dans cette étude,
on admettra que l’effet des cycles se manifeste essentiellement
dans les couches de surface, à des profondeurs inférieures à 4 ou
5 fois le diamètre du pieu. A titre de comparaison, l’API (2002)
fixe cette profondeur limite à z/B = 2,625 pour des sables, soit
1,89 m dans notre cas.
2 DISPOSITIF ET MÉTHODE EXPÉRIMENTALE
Les essais ont été effectués dans des massifs secs homogènes de
sable de Fontainebleau NE34 de poids volumique 16 kN/m
3
(indice de densité I
D
= 86 %) reconstitués par pluviation. Le
pieu modèle au 1/40
ème
est mis en place à 1g par battage dans
les massifs préalablement reconstitués. Ce pieu modèle est testé
sous une accélération de 40 g. Il représente un pieu grandeur
réelle de 0,72 m de diamètre, de 12 m de longueur de fiche
ayant une rigidité à la flexion de 476 MN.m² (Figure 1). Il est
instrumenté par 20 paires de jauges de déformation collées sur
