Orane TESTE Élève ingénieur Géotechnique Rapport de stage Deuxième Année Découverte du métier d Ingénieur dans un Bureau d Etude Géotechnique Tome principal et Annexes Année Universitaire 2010-2011 Période de stage du 30 Mai 2011 au 31 Juillet 2011
Remerciements Je tiens à remercier l ensemble des membres de l agence Fondasol Avignon pour ce stage. Je remercie tout d abord Mr Franck Miguet, le chef de l agence et mon maître de stage, qui m a permis d effectuer mon stage de fin de seconde année au sein de son agence en acceptant ma candidature et qui a fait tout son possible pour me faire découvrir le plus grand nombre d activités liées à un bureau d étude géotechnique. Grâce à sa présence, sa confiance et sa patience j ai pu apprendre énormément sur ce qu est le métier d ingénieur géotechnicien. J ai également pu apprécier l aide et les conseils de M. Eric Gauthier et M. Anthony Briffa, ingénieurs au sein de l agence. Merci aussi à M. Gilles Michel et M. Hervé Devise pour m avoir faire découvrir en pratique un certain nombre d investigations géotechniques ainsi que les démarches de préparation d un chantier. Enfin un grand merci au reste de l équipe, les sondeurs pour leurs explications ainsi que Mme Françoise Gellé et Mme Jessica Morratti, pour leur accueil et leur gentillesse, ce qui a rendu mes deux mois de stage d autant plus agréables. 2
Sommaire INTRODUCTION... 4 I-Présentation de l entreprise... 5 I.I - L entreprise Fondasol... 5 1.1.1) Généralités... 5 1.1.2) Des moyens importants... 6 1.1.3) Fondasol à travers la France et à l étranger... 7 I.2 - L agence d Avignon... 7 1.2.1) Généralités... 7 1.2.2) Les investigations... 8 1.2.3) Qualité et Sécurité... 9 II-Le métier d ingénieur géotechnicien... 10 II.1 Les étapes avant la réalisation de l étude... 10 II.2 L étude géotechnique... 12 II.3 Le rapport d'étude... 16 II.3.1 La présentation de la mission... 16 II.3.2 Description générale du site... 16 II.3.3 Les résultats des investigations... 16 II.3.4 Application au projet... 17 II.3.5 Quelques recommandations... 23 III-Exemple d étude : Réalisation d un bâtiment... 24 III.1 Le projet... 24 III.2 Programme d investigation... 24 III.3 Description du site... 24 III.4 Le contexte géologique... 25 III.5 Résultats des investigations... 26 III.5.1 Coupe lithologique... 26 III.5.2 Caractéristiques mécaniques... 26 III.5.3 Hydrogéologie... 27 III.6 Analyse du mode de fondations... 27 III.6.1 Rappel des contraintes... 27 III.6.2 Mode de fondations... 27 III.6.3 Hypothèses de calcul... 28 Déroulement du stage... 29 Pourquoi choisir cette étude de cas?... 29 Bilan personnel... 30 CONCLUSION... 30 Bibliographie... 31 ANNEXES... 32 3
INTRODUCTION Dans le cadre de mes études d ingénieur en Géotechnique, ce stage de fin de seconde année, dédié à la découverte du métier d ingénieur géotechnicien, m a permis d acquérir une expérience plus poussée dans ce domaine et dans le monde de l entreprise. Ce rapport a pour objectif de présenter l entreprise au sein de laquelle j ai effectué ce stage ainsi que les activités qui m ont été confiées, le but de ce stage étant de découvrir plus précisément à quoi correspond le métier d ingénieur en géotechnique et ainsi avoir une vision plus directe de mon futur métier. J ai décidé d effectuer mon stage au sein de l entreprise FONDASOL, plus particulièrement j ai réalisé mon stage au sein de l agence d Avignon (Vaucluse). Il s agit d un bureau d étude en géotechnique. Ce groupe, leader français dans le domaine de l étude géotechnique, m a permis d élargir mes connaissances dans ce domaine. Durant mes neuf semaines de stage, du 30 Mai 2011 au 29 Juillet 2011, j ai effectué différentes activités liées au métier d ingénieur et en particulier la rédaction de rapports d études géotechniques. Le rapport suivant décrit les travaux réalisés durant ces deux mois et l apport personnel occasionné par cette expérience. Après avoir décrit l entreprise et son environnement, je m attacherai à décrire en quoi consiste le métier d ingénieur géotechnicien pour finalement présenter une étude de cas. 4
I-Présentation de l entreprise I.I - L entreprise Fondasol 1.1.1) Généralités Le groupe FONDASOL est un bureau d étude géotechnique crée en 1958 par Charles SAINT REMY PELLISSIER, spécialisé dans l étude des sols et des fondations. Le siège de l entreprise se situe depuis sa création à MONTFAVET dans le Vaucluse. L activité de la société est principalement dédiée à l étude de l interaction entre le sol et les fondations mais également la conception et le dimensionnement d ouvrages géotechniques. Elle intervient dans différents domaines de la construction tels que les bâtiments, les équipements publics, les ouvrages industriels, le génie civil, les ouvrages maritimes ou encore la consolidation des sols. L ensemble des missions géotechniques accomplies par FONDASOL entrent dans le cadre défini par la norme NFP 94-500 selon l enchainement décrit dans le tableau suivant : Etape Phase d avancement du projet Missions d ingénierie géotechnique Objectifs en termes de gestion des risques liés aux aléas géologiques Prestations d investigations géotechniques Etude préliminaire Etude d esquisse Etude géotechnique préliminaire de site (G11) Première identification des risques Fonction des données existantes 1 2 Avant projet Projet Assistance aux Contrats de Travaux (ACT) 3 Exécution Etude géotechnique d avant-projet (G12) Etude géotechnique de projet (G2) Etude et suivi géotechniques d exécution (G3) Supervision géotechnique d exécution (G4) Identification des aléas majeurs et principes généraux pour en limiter les conséquences Identification des aléas importants et dispositions pour en réduire les conséquences Identification des aléas résiduels et dispositions pour en limiter les conséquences Fonction des données existantes et de l avant-projet Fonction des choix constructifs Fonction des méthodes de construction mises en œuvre Fonction des conditions rencontrées à 5
Cas parti culie rs Etude d un ou plusieurs éléments géotechniques Diagnostic géotechnique (G5) Analyse des risques liés à ces éléments géotechniques l exécution Fonction de la spécificité des éléments étudiés Tableau 1 : Enchaînements des missions types d ingénierie géotechnique selon la norme NFP 94-500. FONDASOL est reconnu dans le domaine de l étude géotechnique mais s ouvre également vers d autres activités grâce à la filiale Fondaconcept, le département Grand Projet ainsi que le département géophysique. L ensemble de ces structures sont basées au sein du siège social de l entreprise. Grâce à l ensemble de ses compétences FONDASOL peut afficher un chiffre d affaires d environ 41,9 M en 2010. Malgré sa compétitivité, la société affiche un chiffre d affaires en légère baisse depuis 2008 comme le montre l histogramme suivant : 50 40 30 20 10 0 CA en Millions d'euros Figure 1 : Evolution du chiffre d affaires de Fondasol Le groupe s attache toujours à optimiser ses études et à en réduire les coûts ce qui rend d autant plus fidèle la clientèle et attire les professionnels du bâtiment afin de travailler avec FONDASOL pour leur étude de sols, cependant du fait de la crise financière qui a touché ce secteur on observe cette légère baisse du chiffre d affaires. 1.1.2) Des moyens importants Si FONDASOL a su garder une place importante dans le milieu des études de sols et de fondations c est grâce à la mise en place de moyens importants qu ils soient matériels, de personnes ou encore technologiques. L entreprise est composée d un effectif de 496 personnes dont 133 cadres (ingénieurs et géologues) qui interprètent les données recueillies par les 103 ouvriers de l entreprise. 6
Un nouveau poste a été récemment créé, REI qui signifie Responsable Equipes Investigations, afin d avoir un suivi plus direct des équipes sur chantier et de l avancement des investigations. La société possède également quatre laboratoires d essais sur l ensemble du territoire dont le principal est implanté au siège de la société. D un point de vue matériel, le groupe possède un important nombre de machines afin de réaliser différents types d investigations qui vont des essais in-situ (reconnaissance de sols, prélèvement d échantillons de sols, essais mécaniques, essais d eau ) aux prospections géophysiques (sismiques, électriques, radar) en passant par les essais de laboratoire. Enfin l ensemble du groupe dispose de moyens informatiques internes tels que le réseau intranet consistant en une base de données pour toutes les agences de FONDASOL, les logiciels de calcul de tassements ou de dépouillement de données propres à l entreprise (par exemple W-Semel le logiciel de calcul de tassement sous fondations superficielles). 1.1.3) Fondasol à travers la France et à l étranger Le réseau est fort d une répartition de ses agences couvrant l ensemble du territoire français. Il se compose de 6 directions régionales (Sud Est, Sud Ouest, Centre, Nord Normandie et Paris, Ouest Bretagne et Est) mais également de la filiale Fondaconcept spécialisée dans le dimensionnement et la conception de fondations spéciales ainsi qu une direction Géologiegéophysique et une direction Grands travaux. Il y a 27 agences réparties en France et une au Luxembourg. La répartition de toutes ces agences sur l ensemble du territoire français permet d être efficace et rapide dans l exécution des travaux en limitant le déplacement des équipes. I.2 - L agence d Avignon 1.2.1) Généralités J ai effectué mon stage de deuxième année au sein de l agence d Avignon située à Vedène (84). L agence est constituée de trois ingénieurs géotechniciens dont le chef d agence, d un technicien, d un responsable équipes investigations (REI), de deux secrétaires et de 8 sondeurs (cf. Figure 2 page suivante). 7
Figure 2 : Organigramme de l agence d Avignon L agence intervient sur une zone importante du Sud Est qui comprend le Vaucluse (84), le nord du Gard (30), le sud de l Ardèche (07), de la Drôme (26) et des Hautes Alpes (05) ainsi que les Alpes de haute Provence (04). En général les missions réalisées sont des missions de type G12 (cf. I.1 tableau 1), pour des projets de moyenne ampleur. En 2010, FONDASOL Avignon a réalisé 415 affaires concernant principalement des études de fondations de villas, de bâtiments industriels et commerciaux ou de bâtiments résidentiels. Plus rarement, l agence peut être amenée à réaliser des études pour des projets plus importants de type renforcement de talus, murs de soutènement ou fondations de ponts. L agence d Avignon bénéficie de la proximité du siège de la société, ceci facilite les échanges d informations mais permet également d avoir à proximité les locaux techniques ainsi que le laboratoire d essais. 1.2.2) Les investigations L agence travaille avec quatre équipes sur le terrain composées de deux sondeurs. Les principaux types d investigations réalisées sont les sondages pressiométriques, pénétrométriques, de reconnaissance au tracto-pelle, carottés et les essais d eau. Pour cela l agence dispose des quatre machines suivantes : 8
AC1 et AC44 : il s agit de deux foreuses pneumatiques wagon-drill portées sur un camion permettant de réaliser des forages de reconnaissance géologique avec la réalisation d essais pressiométriques ou de prélever des échantillons de sol au carottier. Ces machines permettent aussi de faire des reconnaissances de fondations par forage incliné. PSD18 T S2 : le pénétromètre statique dynamique lourd sur camion. Cet engin est performant cependant du fait de sa taille importante il est très encombrant et ne peut donc pas être utilisé sur certains chantiers dont les accès sont difficiles. SOCO : cette carotteuse permet de réaliser des forages de taille plus importante et de prélever des échantillons intacts de sol afin de l identifier. Elle peut également être utilisée pour la pose de piézomètre ou d inclinomètre et la réalisation de sondages pressiométriques. En complément de ces essais in-situ, des sondages de reconnaissance au tracto-pelle sont réalisés sur la plupart des chantiers par le technicien afin d avoir une idée plus précise de la nature des sols en surface. Le technicien peut prélever des échantillons des sols découverts en vue d essais de laboratoire. Durant mon stage j ai pu assister à la réalisation d un sondage pressiométrique avec l équipe AC1 ainsi qu à plusieurs sondages au tracto-pelle avec le technicien de l agence. Cela m a permis d avoir une approche directe des investigations réalisées sur le terrain. 1.2.3) Qualité et Sécurité Dans le but d améliorer son efficacité et la qualité de ses prestations, l ensemble de la société est certifié selon le système de management qualité ISO 9001. En complément, l agence d Avignon a obtenu le renouvellement, durant mon stage, de la certification MASE pour une durée de trois ans. Cette certification vise l amélioration de la Sécurité, de l Hygiène et de l Environnement. Ceci est important pour l agence qui travaille régulièrement sur sites chimiques et pétrochimiques mais également nucléaires car cette certification entre dans les critères de sélection des entreprises. Les sondeurs et le technicien habilités à travailler sur ce genre de site participent régulièrement à des formations pour améliorer la sécurité sur les chantiers. Annexe 1 : Certification MASE 9
II-Le métier d ingénieur géotechnicien Le but de ce stage de fin de seconde année est de découvrir le métier d ingénieur, en particulier en géotechnique. La principale tâche qui m a été attribuée est la rédaction des rapports d étude à destination des clients pour différents projets. Avant la rédaction de ces rapports, plusieurs phases de préparation de l affaire puis d analyses des résultats obtenus lors des programmes d essais in-situ réalisés se succèdent. En effet l ingénieur a différentes étapes à réaliser, se succédant de la manière suivante : - Visite préalable du chantier, - Etablissement du devis, - Instruction aux opérateurs géotechniciens, - Suivi du chantier, - Dépouillement et contrôle des essais, - Rédaction du rapport d étude. Je n ai pas pu participer à l ensemble de ces étapes. En effet durant mes deux mois de stage j ai principalement effectué le dépouillement et le contrôle des essais afin de m attacher à la rédaction de rapports. J ai également effectué quelques visites préalables de chantier en compagnie d Anthony BRIFFA, ingénieur au sein de l agence. Cette partie du rapport s attache à détailler l ensemble des étapes qui constituent une étude, que ce soit avant l étude à proprement parlée puis lors de l étude et finalement les étapes que comporte la rédaction du rapport. II.1 Les étapes avant la réalisation de l étude Avant la réalisation de l étude proprement dite il faut établir un certain nombre d étapes au préalable. Une fois toute ces étapes réalisées il sera possible à l ingénieur d établir un devis qui sera transmis au client. Si le devis est accepté, alors l étude géotechnique pourra débuter. Consultation Tout d abord les clients potentiels sollicitent l agence pour la réalisation d une étude géotechnique. Un contact est alors établi entre le client et un des ingénieurs afin d avoir plus d informations à propos du projet telles que la situation géographique mais aussi des plans du projet, un plan de masse et des coupes de l ouvrage en question. La mission Grâce à l ensemble des informations du projet et selon la demande du client, l ingénieur défini quel sera le type de mission à réaliser (cf. I.1 tableau 1). 10
En général l agence traite des missions de type G12. Ce type de missions comprend l exécution des essais, le suivi des résultats et la rédaction du rapport d étude. Dans ce dernier est compris les principes de construction des ouvrages envisagés ainsi que des exemples de prédimenssionnement de ces ouvrages. Dans l agence, les missions sont principalement traitées pour des fondations de bâtiments (villas, bâtiments industriels, ). Des missions de type G5 sont également réalisées en tant que diagnostic géotechnique afin de déterminer les causes d un sinistre d un point de vue géotechnique, en particulier lors de l apparition de fissures sur une villa mais également donner des propositions de réparations envisageables. La géologie du site Pour chaque projet envisagé l ingénieur doit établir une première enquête géologique du site afin de connaître le contexte local. Pour cela on doit utiliser la carte géologique de la zone étudiée à l échelle 1/50000 mais également les éventuelles études géotechniques existantes réalisées sur le même site, ainsi que les connaissances personnelles quant à la géologie de la région. La visite du site Suite à ces différentes actions, une visite de chantier est programmée afin d avoir une vision directe de ce qu est le lieu d étude. Lors de cette visite l ingénieur chargé de l affaire doit prendre note de certains points importants liés au site. L ensemble des points suivants doivent être connu afin de déterminer au mieux le programme d investigations qui sera proposé dans le devis : Les conditions d accessibilité du site : ceux sont des informations très importantes pour le choix des essais à réaliser. En effet l une des machines d investigations possédées par l agence, le pénétromètre lourd PSD18 T S2 est très encombrante et certains accès trop étroits ne permettent pas son emploi. Le contexte géologique et hydrogéologique du site : présence de cours d eau, de sources, d affleurement, L aspect du site : présence de végétation, zone de mitoyenneté, Les points particuliers : éventuelle présence de réseaux enterrés, topographie, présence de lignes électriques, L ensemble de ces informations est minutieusement noté pour permettre à l ingénieur d avoir toutes les informations nécessaires mais aussi aux techniciens pour l implantation des sondages si l affaire est réalisée par l agence. 11
Le programme d investigation Le choix du programme d investigations dépend de plusieurs paramètres liés au site mais également au projet. Comme citées précédemment, les conditions d accessibilité du site peuvent parfois limiter les investigations. De plus l agence s efforce d établir un programme d investigations en accord avec la taille du projet et de l ouvrage à réaliser afin de rester dans des ordres de prix raisonnables pour les clients. Le programme doit donc être composé de la nature des investigations à réaliser et nécessaires selon l ingénieur pour permettre de déterminer l ensemble des caractéristiques du sol pour l étude (sondages de reconnaissances au tracto-pelle, sondages pressiométriques, pénétrométriques) mais également le nombre de ces sondages, leur profondeur et le nombre d essais. Il est important de programmer un nombre suffisant d essais pour obtenir l ensemble des informations nécessaires mais également faire attention de ne pas vendre trop d essais ce qui augmenterait le prix de l étude et pourrait empêcher d obtenir l affaire. Le devis Toutes ces informations permettent à l ingénieur de rédiger le devis. Dans ce document sont rassemblés la liste des documents mis à disposition lors de l appel d offre, les caractéristiques du site et du projet, une ébauche du contexte géologique, le programme d investigations complet et finalement le bordereau de prix de la proposition. Dans ce bordereau de prix est spécifié le coût total des prestations qui comprend le coût des investigations mais aussi celui de la partie rédaction du rapport par l ingénieur. Le devis, une fois complet sera remis au client afin que celui-ci choisisse si FONDASOL Avignon est l entreprise qui devra réaliser son étude géotechnique. II.2 L étude géotechnique Une fois l acceptation du devis par le client, l étude géotechnique peut commencer. Elle consiste en la réalisation des essais, l exploitation des résultats et leur analyse ainsi que la rédaction du rapport d étude. L étude se compose de quatre principales parties. Tout d abord il faut planifier l affaire puis s en suit la préparation du chantier, son suivi et finalement l exploitation des résultats obtenus. La planification 12
Cette première étape est très importante pour la bonne gestion de l agence. La préparation du planning des chantiers est effectuée une fois par semaine par les ingénieurs, le technicien et le responsable équipes investigations. Pour établir le planning, il faut tout d abord tenir compte de la disponibilité des équipes et des machines mais également des délais, des autres chantiers en cours et des commandes entrantes. En effet il faut réussir à gérer la disponibilité des sondeurs et des machines au cas où elles seraient utilisées par d autres agences de FONDASOL. C est régulièrement le cas pour le pénétromètre lourd qui ne sait être utilisé que par un seul sondeur et qui est souvent envoyé sur des chantiers pour l agence de Nice. Lors de ce planning, le nombre de jours de réalisation des essais est défini sachant qu en général un chantier dure une à deux journées pour les affaires classiques. Si des sondages au tracto-pelle sont prévus il faut vérifier si le technicien est disponible pour les effectuer mais également prévoir son passage au préalable pour l implantation des sondages. La préparation de la partie chantier Cette partie est indispensable et est réalisée par l ingénieur mais également par le technicien. Elle permet d organiser au mieux le chantier et de définir précisément les actes que devront effectuer les sondeurs. Le rôle du technicien dans cette préparation est premièrement de se rendre sur les lieux afin d implanter les différents sondages sur l ensemble du projet en effectuant des marques au sol. Si cela est nécessaire il est possible de devoir améliorer les accès au site, en général ceci est réalisé en même temps que les sondages au tracto-pelle car l engin utilisé permet de rendre accessible plus facilement les zones parfois encombrées. Au cas où des réseaux enterrés seraient susceptibles d être présents dans la zone de projet, le technicien doit effectuer des DICT (Demande d Intention de Commencement des Travaux) afin d obtenir des plans les plus précis possibles des réseaux existants. Cela peut impliquer un déplacement des sondages. L ingénieur quant à lui, doit déterminer sur une fiche, qui sera remise aux sondeurs, la liste complète des sondages à réaliser, leur profondeur, le nombre et la cote des essais et si il faut prélever ou non des échantillons de sols pour d éventuelles analyses en laboratoire. Les sondeurs ont également à leur disposition un plan de situation du projet ainsi que le plan d implantation. Le suivi du chantier Pour le bon déroulement d une affaire il est important de suivre l évolution d un chantier, la réalisation des investigations car il est parfois nécessaire d effectuer des adaptations en fonction de la nature du terrain rencontré mais également des résultats des premières investigations. Le programme peut être modifié que ce soit dans le nombre d investigations mais surtout dans la profondeur des sondages. Par exemple si les terrains rencontrés au début ne sont pas satisfaisants pour le projet, l ingénieur peut prendre la décision d approfondir les essais jusqu à obtenir des sols plus 13
résistants. Afin d éditer un rapport d étude satisfaisant et contenant toutes les informations nécessaires, on doit s assurer que les résultats sont adéquats et suffisants pour effectuer des conclusions convenables sur la méthode de fondation pour le client. Le dépouillement et l analyse des résultats Les principaux types d essais utilisés dans l agence sont les essais pressiométriques ou pénétrométriques. Ces sondages nécessitent un travail d analyse de la part de l ingénieur. Les essais de reconnaissance géologique au carottier ou à la pelle mécanique quant à eux sont directement analyser par le technicien qui exerce le sondage. Dans ce paragraphe je vais décrire rapidement le fonctionnement de ces essais ainsi que leur objectif. L essai pressiométrique : Cette technique nécessite l utilisation d une sonde cylindrique descendue dans un forage à la profondeur souhaitée pour réaliser l essai. On y injecte alors de l eau sous pression par palier afin d entraîner une déformation du sol jusqu à sa rupture. Le paramètre directement mesuré durant l essai est le volume d eau injectée. Suite à différentes corrections de calibrage et d étalonnage de la sonde on obtient une courbe à partir des données de pression et de volume. Le but de cet essai est de déterminer grâce à cette courbe : - le module pressiométrique E M correspondant à la pente de la courbe dans la zone de comportement pseudo-élastique du sol. - la pression limite pl correspondant à la résistance du sol à la rupture. - la pression de fluage pf correspondant à la pression à partir de laquelle la différence de tassements devient importante. - Le rapport correspondant à l état de consolidation ou de fracturation de la roche. Le mode opératoire et le dépouillement de cet essai sont énoncés dans la norme NFP 94-110. Photo 1 : Réalisation d essais pressiométriques à l aide du Wagon-drill 14
L essai pénétrométrique Ces essais sont effectués grâce au camion pénétromètre lourd (cf. Photo 2). Le pénétromètre stato-dynamique est adapté aux sols alluvionnaires (limons, sables, argiles, graviers) mais ne peut pas être utilisé dans des sols trop rocheux car on risquerait d obtenir le refus à très faible profondeur. La méthode opératoire peut varier en fonction des sols susceptibles d être rencontrés : - Dans des sols argileux, on peut utiliser le pénétromètre en mode statique c est-à-dire par fonçage par poinçonnement d une pointe au bout d un train de tige dans le sol. - Dans les sols graveleux, on utilise le mode dynamique du pénétromètre qui consiste à enfoncer la pointe par battage. Cette technique d essai permet de déterminer des caractéristiques du sol telles que la résistance de pointe qc et le frottement latéral fs. Photo 2 : Le pénétromètre lourd (SOCOMAFOR) Une fois tous ces paramètres définis par des logiciels de dépouillement des résultats, grâce aux données relevées sur le terrain par les sondeurs, l ingénieur peut évaluer la nature et la résistance des matériaux qui composent le sol, avec l aide des coupes géologiques réalisées lors des sondages à la pelle mécanique. Ces derniers sondages permettent d avoir une reconnaissance visuelle des sols, de la tenue des parois et de l éventuelle présence d arrivée d eau. L intégralité de ces informations ainsi que les éventuels résultats d analyse laboratoire permettent de comparer les résultats obtenues pour chaque investigations et ainsi vérifier leur cohérence ou au contraire mettre en évidence l hétérogénéité du terrain et les anomalies qui peuvent exister. Les caractéristiques géologiques et mécaniques de l ensemble du terrain d étude se précisent et la position de la nappe est déterminée à différent point du projet. S en suit alors la rédaction du rapport d étude s appuyant sur toutes les analyses et les interprétations effectuées par l ingénieur à propos du terrain rencontré. 15
II.3 Le rapport d'étude Quelque soit le type de la mission réalisée, chaque affaire se termine par la réalisation d un rapport. Lors de mon stage je n ai eu à faire que des rapports pour des missions de type G12, il s agit donc d études de projet dont le rapport a pour but de proposer un système de fondations ainsi que des ébauches de calculs à destination du bureau d études structures. Le rapport doit regrouper l ensemble des informations regroupées tout au long de l étude ainsi que les conclusions apportées. Les différentes parties qui composent le rapport sont décrites dans ce paragraphe. II.3.1 La présentation de la mission Dans cette partie on présente le type de la mission selon la norme NFP 94-500 ainsi que le nom du projet et des clients. On y développe également le programme d investigations réalisées que ce soient des essais in-situ, des analyses laboratoires ou le nivellement des sondages en Z relatif. II.3.2 Description générale du site Il est important de faire une description assez précise du site que ce soit au niveau de la topographie mais également de l état général du terrain par rapport à la végétation. La présence de talus autour du site d étude ou de zone de mitoyenneté est à préciser car cela peut agir sur le choix des fondations et de leur mise en œuvre. Le contexte géologique général de la zone (carte géologique au 1/50000 ) ainsi que l enquête documentaire sur les risques de la commune (inondations, présence d argiles, sismicité, ) sont décrits dans cette partie. L ensemble de ces informations est recherché sur internet (argiles.fr, prim.net, infoterre.brgm.fr). Finalement, les documents à disposition lors de l étude sont listés. II.3.3 Les résultats des investigations Cette troisième partie comporte : - une coupe lithologique-type du site établi en analysant et en synthétisant l ensemble des résultats des investigations tout en faisant apparaître clairement les anomalies éventuellement observées. 16
- les caractéristiques mécaniques des différents terrains qui se succèdent. On y précise un ordre de grandeur, pour chaque couche différente, du module pressiométrique, de la pression limite nette et aussi du terme de pointe statique pour les essais pénétrométriques. - les éventuels résultats des essais et analyse en laboratoire. - une description hydrogéologique du terrain, la position d une éventuelle nappe ou circulations d eau. - la classe du site vis-à-vis du risque sismique au sens des règles sismiques PS92. II.3.4 Application au projet Cette partie est la plus technique du rapport. Elle comprend : - la description du projet, du type d ouvrage envisagé, - un rappel des caractéristiques du site, - les possibles adaptations du projet au site, - l analyse des modes de fondations, - le calcul de la capacité portante, - une estimation des tassements. a- Analyse du mode de fondation Le but principal de ce rapport est de donner au client cette analyse du mode de fondation de l ouvrage étudié. Dans ce paragraphe du rapport sont énumérés les systèmes de fondations possibles selon l avis de l ingénieur. Les principaux modes de fondations possibles sont les suivants : - Semelles superficielles de type filantes ou ponctuelles (plots) - Fondations profondes de type micropieux ou pieux - Radier général - Fondations semi-profondes par puits Le choix du type de fondation dépend de diverses paramètres tels que la nature du sol, du contexte géologique et géotechnique (caractéristiques mécaniques) mais également le type d ouvrage à réaliser (avec ou sans étages, structures en béton ou métallique), la fonction de l ouvrage (bâtiment industriel, habitation, hangar, ). On doit également indiquer la profondeur des fondations par rapport au niveau du terrain fini, leurs dimensions, la nature du sol dans lequel les fondations doivent être ancrées et la profondeur d ancrage. Il est parfois possible de proposer deux types de fondations pour le même projet, le client en consultation avec le bureau d étude structure pourra alors choisir la solution la plus adaptée en fonction de leurs compétences mais aussi du coût. En effet il faut toujours faire en sorte de proposer un système de fondations dont le coût sera en accord avec l ampleur du projet. 17
b- Hypothèses de calcul Quelque soit le type de fondation choisi, la capacité portante du sol est le paramètre essentiel pour le bureau d étude structure afin de dimensionner les fondations du nouveau bâtiment. Le calcul de cette capacité portante, aux ELU (Etats Limites Ultimes) et aux ELS (Etats Limites de Services), est régit par les normes suivantes : - le DTU 13.12 pour des semelles superficielles - le DTU 13.2 pour les fondations profondes Les méthodes de calcul sont donc différentes pour chaque type de fondations. Les fondations superficielles On distingue le calcul établis grâce aux résultats d essais pressiométriques de celui établis grâce aux essais pénétrométriques. Pour un sol sous une semelle soumise à une charge verticale centrée de largeur B, de longueur L et d encastrement D, on calcule la contrainte limite de rupture q u (MPa) par les formules suivantes : Pour les essais pressiométriques : q u = k p. p Le * + γ D avec : k p : facteur de portance qui dépend des dimensions de la fondation, de son encastrement relatif et de la nature du sol (cf. Figure 3) Figure 3 : Détermination du facteur Kp 18
γ : masse volumique du sol. En général le terme γd car il représente le poids des terres en lieu de la fondation. Ce terme alors compensé par le poids de béton qui constitue la fondation. p Le * (MPa) : pression limite nette équivalente calculée comme la valeur moyenne des pressions limites nettes existant sur une profondeur égale à 1,5B située sous la semelle. Les pressions limites nettes étant toutefois plafonnées à 1,5 fois leur valeur minimale sur la profondeur envisagée. Pour chaque niveau, le logiciel de dépouillement calcule la pression limite nette correspondante permettant de calculer la pression limite nette équivalente citée précédemment. pl* = pl - po avec : pl : pression limite (MPa). po : contrainte totale horizontale dans le sol au niveau concerné et au moment où l on fait l essai (MPa). Pour les essais pénétrométriques : q u = k c. q ce + γ D avec : k c : facteur de portance qui dépend des dimensions de la fondation, de son encastrement relatif et de la nature du sol (cf. Figure 4) Figure 4 : Détermination du facteur kc 19
q ce (MPa) : résistance de pointe équivalente calculée comme la valeur moyenne des résistances de pointes nettes sur une profondeur égale à 1,5B située sous la semelle. Dans les deux cas, en cas d une charge inclinée, la valeur de q u est affectée du coefficient iδ, en fonction de l angle δ de la charge avec la verticale. Ainsi on obtient la valeur de capacité aux ELU et ELS par les formules suivantes : Aux ELS (en MPa) : q ELS = Aux ELU (en MPa): q ELU = Les fondations profondes La capacité portante dans le cas de fondations par pieux est fonction d un terme de pointe et d un terme de frottement latéral du sol sur le pieu. Le but de ce type de fondation est de transmettre les efforts appliqués à la structure de l ouvrage directement au sol porteur. Les efforts transmis aux pieux sont repris par : - le frottement latéral Qs dans les couches résistantes, - la résistance de pointe Qp s exerçant sous la base du pieu. Le schéma suivant représente le mécanisme de reprise des efforts par le pieu. Qs Qp Figure 5 : Schéma représentant un pieu 20
Calcul du terme de pointe : Selon le DTU 13.2, la formule suivante détermine la résistance de pointe Qp (en kn) d un pieu : Qp = A. q p Avec : A : aire de la section droite de la pointe du pieu q p : contrainte limite donnée par la relation : q p = kp. ple* avec : - ple* : pression limite nette moyenne au niveau de la pointe - kp : facteur de portance dépendant de la nature et de la compacité du terrain, du type de pieu, de sa mise en œuvre et de son encastrement. Annexe 2 : Détermination de kp, figure 3 et tableau V du DTU 13.2 Calcul du terme de frottement latéral : La formule suivante, extraite du DTU 13.2, exprime la valeur du frottement latéral Qs (en kn) : Avec : Qs = p. p : périmètre du pieu, hi : épaisseur de la couche i, qsi : frottement latéral unitaire de la couche i, fonction de la mise en œuvre et de la nature du pieu (par exemple : pieu battu, pieu foré, ). (Détermination de qsi en annexe 3) n : nombre de couches géologiques traversées ou atteintes par le pieu. Figure 6 : Schéma représentant les différentes couches traversées par le pieu 21
Finalement tous ces calculs nous permettent de calculer la capacité portante totale. Qtotal = Qs + Qp - Aux Etats Limites de Services (en kn) : Q ELS = - Aux Etats Limites Ultimes (en kn) : Q ELU = c- Ordre de grandeur des tassements sous fondations Le calcul des tassements s effectue uniquement dans le cas de fondations superficielles. Le calcul des tassements totaux et différentiels est important car ce phénomène peut entraîner d importants dégâts sur l ouvrage, en particulier l apparition de fissures. Si l ordre de grandeur des tassements est grand, il appartiendra au BET Structure de vérifier s ils sont admissibles pour le bâtiment. L ensemble de ces calculs est effectué par le logiciel W-Semel pour des tassements sous semelles superficielles d après les résultats des essais pressiométriques. Le logiciel s appuis sur les méthodes de calcul du DTU 13.12 suivantes : Tassements de consolidation : Tassements déviatorique : Avec : σ : composante normale de la contrainte du sol sous la fondation pour l état limite de service, B o : dimension de référence égale à 60 cm pour l essai pressiométrique standard, B : largeur de la fondation, α : coefficient de structure du sol fonction de la nature du sol (0,5 pour les limons par exemple), λ : coefficient de forme du domaine sphérique, λ :coefficient de forme du domaine déviatorique, E MS : valeur moyenne du module de déformation sur une épaisseur de 0,5B E MD : valeur moyenne du module de déformation sur une épaisseur de 8B. 22
Ces deux termes représentent les tassements en centimètre, directement sous la fondation (Sc) et plus en profondeur (Sd). Figure 6 : Méthode de calcul des tassements (DTU 13.12) Les méthodes de calculs citées précédemment sont utilisées uniquement aves les résultats des essais pressiométriques. Les résultats obtenus par les essais pénétrométriques ne permettent pas directement de déterminer ces tassements cependant il est possible d effectuer des corrélations en fonction du type de sol entre les modules pressiométriques et la résistance de pointe qc. Annexe 4 : Fiche de calcul de tassement II.3.5 Quelques recommandations A la fin du rapport, quelques recommandations sont données au client sur plusieurs points tels que : sujétions de conception et de réalisation des fondations Assise de dallage et voiries, les conditions de terrassement, la gestion des eaux de pluie. Il s agit de sujétions de conception et de réalisation mais également des conseils quant à la gestion des eaux de pluie, cause principale des désordres connus par un ouvrage. En effet l eau influe énormément sur les caractéristiques mécaniques et le comportement d un sol. Pour finir, le rapport contient des annexes comportant les plans de situation et d implantation et les résultats des essais in-situ et en laboratoire. 23
III-Exemple d étude : Réalisation d un bâtiment Une société représentée par son architecte a sollicité l agence d Avignon pour réaliser une étude de sol pour la réalisation d un bâtiment à usage de bureaux. L analyse des résultats des investigations et la rédaction du rapport m ont été confiées avec l aide de mon maître de stage. Je vais donc présenter ce rapport dans cette partie. III.1 Le projet Ce projet prévoit la construction d un bâtiment à usages de bureaux en Avignon (84). Le bâtiment prévu est de type R+1 avec une structure métallique et sur une emprise au sol d environ 170m². Le bâtiment sera mitoyen d un bâtiment existant. La mission réalisée est une mission G12 au sens de la norme NFP 94-500 (cf tableau 1). Annexe 5 : Plan de situation III.2 Programme d investigation Les objectifs de cette étude sont de définir le contexte géotechnique et hydrogéologique du site, d analyser les modes de fondations, donner quelques recommandations particulières et mettre en évidence les anomalies éventuelles détectées durant l étude. Pour répondre à ces objectifs, le programme d investigations suivant a été réalisé : 1 sondage pressiométrique (SP1) descendu à 7m de profondeur avec réalisation de 6 essais répartis. 2 essais de pénétration stato-dynamique (SPF2 et SPF3) descendus respectivement à 6,6m et 6,55m de profondeur. III.3 Description du site Le terrain est une zone goudronnée (parking) sensiblement plane et horizontale dans son ensemble. Lors de l établissement du devis des demandes de DICT ont été effectuées ce qui nous permis de savoir que le terrain était constellé de réseaux enterrés dans la zone de construction (Télécom, EDF ), ce qui nous a conduit à faire des avant-trous au droit de nos sondages. 24
Une dalle en béton enterrée à proximité du sondage PSD3 dès 0,5/0,6m de profondeur a été découverte, ce qui laisse à penser qu il peut y en avoir d autres en d autres points du site. Du fait de la présence d une possible dalle, les sondages ont été réalisés avec des avanttrous. Au droit du sondage SP1, lors de l avant-trou, les sondeurs ont découvert des sols très mous avec une forte odeur d hydrocarbures ce qui a laissé penser à mon maître de stage qu il pouvait y avoir une ancienne cuve de fuel remblayée. Le choix a alors était de déplacer le sondage pressiométrique SP1 par rapport à son emplacement d origine, dans l angle Nord-Ouest du bâtiment. Annexe 6 : Plan d implantation Photo 3 : Vue d ensemble du site Malgré la présence d un bâtiment existant mitoyen, nous n avons pas effectué de reconnaissance de fondations du fait de la présence importantes de réseaux enterrés. III.4 Le contexte géologique D après la carte géologique d Avignon au 1/50000, les sols du site devraient correspondre à des alluvions de la basse plaine recouvertes de limons (Wurmien à Holocène). Zone d étude 25
La zone d étude présente un aléa faible quant aux risques de présence d argiles gonflantes, elle ne se situe pas dans une zone inondable et son risque sismique est modéré. III.5 Résultats des investigations III.5.1 Coupe lithologique Les sondages réalisés par les sondeurs m ont permis de réaliser une coupe lithologique-type du terrain rencontré. Cette étape a parfois été compliquée pour moi car il faut une part d expérience pour réussir à synthétiser l ensemble des résultats et d en retirer une coupe globale.grâce à l aide de mon maître de stage et des autre ingénieurs j ai pu au fur et à mesures faire ce genre de coupe avec de plus en plus d aisance. Les coupes obtenues par le logiciel de dépouillement permettent d effectuer cette synthèse mais également les échantillons de sols (cuttings) récupérer lors du forage réalisé pour l essai pressiométrique. Annexe 7 et 8 : essais pressiométrique SP1 / essai pénétrométrique PSD3 Ces sondages ont donc mis en évidence une superposition de : Une couche de remblais limoneux-graveleux. Aux vues des découvertes de dalle et d autres constructions au moment des avant-trous il se peut que l épaisseur des remblais soit ponctuellement importante en fonction des construction enterrées. On évalue la profondeur de cette couche d après les sondages jusqu à 0,6/0,8m de profondeur. Une couche de sols fins à dominante limoneuse jusqu à 4,8/5,1m de profondeur. Ponctuellement nous avons trouvé des minces bancs plus sableux à graveleux. Jusqu à la fin des sondages (soit 7m de profondeur) on observe une couche de galets et graviers à matrice sableuse. III.5.2 Caractéristiques mécaniques L ensemble des investigations permettent de mesuré les caractéristiques mécaniques des différentes couches : Très faibles dans les sols fins limoneux, avec : Module pressiométrique : Pression limite nette : Terme de pointe statique : 1,7 MPa E M 2,4 MPa (4 valeurs mesurées) 0,14 MPa p l -p 0 0,21 MPa 0,3 MPa q c 6 MPa NOTA : Les valeurs les plus hautes ont probablement été obtenues dans de minces bancs plus graveleux au cœur des limons. 26
Moyennes dans les galets, sables et graviers, avec : Module pressiométrique : Pression limite nette : Terme de pointe statique : 17,2 MPa E M 17,9 MPa (2 valeurs mesurées) 2,45 MPa p l -p 0 2,64 MPa 3,5 MPa q c 11MPa NOTA : Les caractéristiques mécaniques de ces galets, sables et graviers sont moyennes selon le sondage pénétrométriques PSD3 jusqu à 5,5m de profondeur. A partir de 5,5m de profondeur les caractéristiques mécaniques dans cet horizon sont moyennes à élevées au droit du sondage PSD3. III.5.3 Hydrogéologie Lors des investigations, un niveau d eau a été mesuré en fin de chantier à 2,3m de profondeur. La technique de forage à la boue bentonitique ne permet pas de déterminer s il s agit d un niveau de nappe naturel. III.6 Analyse du mode de fondations III.6.1 Rappel des contraintes Les principales contraintes et caractéristiques géotechniques reconnues dans ce projet sont : La présence de réseaux enterrés et de vestiges de construction enterrés (dalles béton, probable ancienne cuve à fuel ) en couverture. La présence de remblais sur 0,6/0,8m (hors zone de cuve enterrée), puis de limons peu compacts jusqu à 4,8/5,1m de profondeur puis de graviers et galets +- sableux. La présence d eau à partir de 2,3m de profondeur à l époque de nos investigations. Un projet en charpente métallique légère, transmettant des descentes de charge ponctuelles peu élevées, et des dallages reprenant peu de surcharges d exploitations (bureaux). III.6.2 Mode de fondations Compte tenu de la nature du projet et du contexte géotechnique du site, on a proposé au client de fonder le nouveau bâtiment sur fondations superficielles de type semelles isolées (plots) associées à un système de longrines en béton armé permettant d assurer la rigidité de l ensemble, descendues dans les limons à 1,2m de profondeur minimum par rapport au terrain actuel. 27
Dans ce projet, les sols rencontrés étaient de faible portance en surface. Cependant la solution proposée n est pas une prise de risque car la structure métallique légère du futur bâtiment est adaptée à ce type d aléa. III.6.3 Hypothèses de calcul Ce paragraphe est donné en complément au client comme une ébauche dimensionnelle des fondations. J ai effectué ces calculs selon les méthodes explicitées précédemment (cf. II.3.4 b-) Contrainte de calcul Nous avons retenu dans notre cas : q ce = 0,6 MPa k C = 0,3 (fondations coulées pleine fouille) D négligeable q u = 0,18 MPa q u p le = 0,20 MPa k p = 0,9 (fondations coulées pleine fouille) D négligeable q u = 0,18 MPa Pour notre projet nous prendrons une contrainte de rupture égale à : q u = 0,18 MPa Nous en déduisons les contraintes de calculs aux Etats Limites : Aux Etats Limites de Services : Aux Etats Limites Ultimes : q ELS = 0,06 MPa q ELU = 0,09 MPa Tassements prévisionnels sous fondations J ai pu estimer les tassements selon la méthode pressiométrique du DTU 13.12 (Fondations superficielles pour les bâtiments) grâce au logiciel W-semel. Pour une dimension de fondation donnée, par exemple pour des semelles ponctuelles carrées de 1m de côté, ancrées à 1,2m dans les limons et transmettant une contrainte effective égale à 0,06 MPa les calculs ont mis en évidence des tassements totaux (et différentiels vis-à-vis des murs de mitoyenneté existants) de moins d un centimètre, hors remaniement des fonds de fouilles. Cette valeur de tassement est juste un ordre de grandeur que l on fournit au BET structure pour le dimensionnement des fondations, cependant il lui appartient de dire si ces tassements sont admissibles pour le bâtiment. 28
Déroulement du stage J ai effectué mon stage du 30 Mai 2011 au 29 Juillet 2011. Dès le début j ai pu assister avec les techniciens à l implantation de sondages, cependant je ne suis pas allée sur le terrain. En effet dans un premier temps j ai effectué un grand nombre de rapports simples pour me familiariser avec le travail de l ingénieur. La rédaction de rapports d étude a été ma principale fonction tout au long du stage. Durant mes deux mois de stage j ai rédigé un peu plus de vingt rapports d étude. Ils ont été élaborés avec l aide des ingénieurs de l agence et chacuns des rapports étaient attentivement relus. Afin de comprendre plus précisément la nature des résultats que j analysais au quotidien j ai pu aller visiter un chantier proche de l agence où une équipe effectuait des essais pressiométriques. J ai également pu assister à plusieurs reprises à des sondages de reconnaissance au tracto-pelle avec le technicien Hervé DEVISE. Ces sorties sur le chantier étaient nécessaires pour moi car cela m a permis d avoir une vision directe des résultats et des techniques utilisées et cités dans tous mes rapport d étude. En fin de stage j ai effectué des essais de plaque, une journée au laboratoire ainsi que des visites de chantier afin de découvrir le plus grand nombre d activités liées à une étude géotechnique. Tout au long du stage j ai pu bénéficier de l aide des techniciens et des ingénieurs, ce qui m a permis d avoir des réponses rapidement à mes interrogations. Pourquoi choisir cette étude de cas? J ai choisi de vous présenter cette étude de sol car elle a été la cause de nombreuses discussions avec mon maître de stage. En effet les sols rencontrés lors de cette étude étaient de mauvaises qualités et la présence d un bâtiment existant mitoyen ne permettait pas d admettre des tassements différentiels trop importants, c est pourquoi en premier lieu nous avons pensé à un système de fondations profondes ou à un radier général. Cependant la présence de vestiges enterrés aurait pu créer des points durs au niveau des fondations. Le coût de ce type de fondations était aussi à prendre en compte car élevé. Ne trouvant pas de solutions plus avantageuses et pas trop risquées, j ai commencé la rédaction de mon rapport avec comme proposition de mode de fondation par pieux. Après une discussion téléphonique avec l architecte du projet, on a été informé de la nature de la structure de l ouvrage, une structure métallique et donc légère. J ai du alors reprendre mon rapport car dans ces conditions nous pouvions proposer au client de fonder son bâtiment sur des fondations superficielles rigidifiées, plus avantageuses. 29
Ce rapport a été assez compliqué pour moi que ce soit pour établir la coupe lithologique du site et également l analyse du mode de fondations.il a été la cause de nombreuses interrogations et remises en question c est pourquoi j ai choisi de le développer dans ce rapport de stage. Bilan personnel D un point de vue personnel ce stage est une grande réussite pour moi. Tout d abord je me suis sentie très rapidement intégrée au sein de l équipe ce qui m a permis d être à l aise dans l agence et ainsi pouvoir me concentrer sur mon travail. L ambiance de travail a toujours été excellente ce qui ne pouvais être que positif pour ce stage. Ce stage a également été très instructif pour moi. J ai appris énormément sur ce qu est le métier d ingénieur géotechnicien en bureau d étude, sur les techniques utilisées, ainsi que les normes associées. Je n avais pas d idée concrète sur ce métier mais la passion et l intérêt de M. Franck MIGUET pour son métier m ont donné une excellente approche et vision du métier d ingénieur géotechnicien. En effet ce métier est très intéressant et passionnant car aucune affaire est identique à une autre, cela permet de ne pas entrer dans une certaine monotonie. J ai beaucoup sur le plan géotechnique mais également sur le plan gestion du personnel car c est une part importante de la vie d une entreprise. Finalement je pense avoir été utile lors de stage et aidé les ingénieurs à avancer dans leur travail. CONCLUSION Ce stage a été une expérience professionnelle très enrichissante. J ai beaucoup appris dans le domaine de la géotechnique et je pense avoir bénéficié de la confiance de mon maître de stage au travers des tâches qui m ont attribuées. J ai pu mettre au profit de l agence, les connaissances que j ai acquises durant mes deux premières années études et les approfondir au près de professionnels grâce à leur mise en pratique. Ce stage a été l occasion de se détacher du cadre scolaire pour découvrir la réalité du métier d ingénieur en géotechnique. Les bilans qu ils soient humains ou techniques sont très positif à la fin de ce stage. 30