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Un défaut de dimensionnement du système de colonnes ballastées. - Par exemple: au prétexte que le DTU 13.2 « fondations profondes » inclut un chapitre consacré aux colonnes ballastées, on a parfois dimensionné celles-ci comme s’il s’agissait de pieux. Mais les colonnes ballastées ne sont en rien des pieux, dont elles ne possèdent ni la raideur, ni la portance et surtout pas la résis- tance aux sollicitations parasites, incli- nées ou horizontales. Les colonnes ballastées ne peuvent en aucun cas supporter des charges permanentes nettement inclinées sur leur axe longitudinal. - Autre exemple: la confiance exces- sive placée dans l’effet de resserre- ment des sols entre les colonnes. Certains parkings et voies de circula- tion bâtis sur des sols argileux com- pressibles, ont été traités par des colonnes ballastées « flottantes », dont on attendait, par effet de resser- rement, un comportement global de type « radier souple ». Or, le resserrement des sols très fins ou argileux est pratiquement négli- geable entre des colonnes ballastées. La sous-évaluation des tassements résiduels. Il s’agit d’une cause technique très fréquente qui, outre une surestima- tion du comportement des sols natu- rels, repose aussi sur le recours à des méthodes de calculs trop optimistes. C’est le cas de la méthode dite du « module équivalent », ou encore de la méthode de Priebe, lesquelles, lors- qu’il existe un contraste important entre les modules du sol naturel et des colonnes et si, également, la maille du réseau est relativement lâche, conduisent à de graves sous- estimations du tassement finalement observé. Colonnes ballastées Fiche A.6 Colonnes ballastées Fondations et infrastructures Fiche A.6 Reproduction interdite sans autorisation des éditeurs ©2011 Agence Qualité Construction, Fondation Excellence SMA Quelques rappels Les colonnes ballastées sont des empreintes verticales élancées que l’on a ménagées dans le sol par diverses techniques et remplies de matériau noble (le « ballast ») calibré et com- pacté. Elles permettent de substituer un matériau granulaire frottant à un sol généralement fin, de moindre raideur et compressible, en vue d’obtenir une amélioration mécanique globale de l’ensemble sol + colonnes, notamment en termes de compressibilité. Les colonnes ballastées sont réalisées selon un réseau prédéterminé, dont la maille dépend de divers paramètres, comme les caractéristiques géoméca- niques du sol naturel et l’intensité des charges appliquées. Afin de mieux opérer le transfert de ces charges vers les têtes de colonnes ballastées, il est indispensable d’interpo- ser un matelas de répartition, constitué lui aussi de matériaux nobles granulai- res fortement compactés, à la base duquel on place généralement une géomembrane. Les défauts de conception sont très majoritairement à l’origine des sinistres impliquant des colonnes ballastées L’incompatibilité entre colonnes ballastées et sols à traiter est la plus fréquente. En effet, les colonnes ballastées ont absolument besoin, pour pouvoir fonctionner, de disposer d’une étreinte latérale des sols qui empê- che leur expansion latérale sous l’ef- fet des charges appliquées en tête. Ceci concerne tout particulièrement des sols organiques, dont la tourbe, mais aussi des limons et argiles mous pour lesquels les colonnes ballastées sont à exclure. 2. Le diagnostic 1. Le constat Par recherche de moindre coût, les colonnes ballastées ont pu servir d’alternative à des solutions classiques de fondations profondes par pieux et plancher porté. Or, mises en œuvre dans des contextes géotechniques échappant à leur domaine d’utilisation recommandé, elles ont entraîné des désordres qui se sont traduits par des tassements, parfois spectaculaires et affectés d’un différentiel marqué, et toujours d’une amplitude très largement supérieure aux calculs initiaux (jusqu’à 20 à 30 fois dans certains cas), avec pour conséquences : - dévers de poteaux de structure ; - fissuration et déformation de dallage allant jusqu’à l’inaptitude à l’exploitation de locaux et de parkings ; - basculement de bâtiments d’habitation. Sans atteindre de tels extrêmes, de nombreux désordres ont été suscités par l’inadéquation du traitement du sol par colonnes ballastées au regard des exigences structurelles de l’ouvrage à construire. En effet, même si le traitement par colonnes ballastées permet d’obtenir une réduction du tassement du sol, il ne l’annihile pas pour autant et le tassement résiduel peut demeurer excessif pour l’ouvrage projeté. Techniques de réalisation des colonnes ballastées Par voie humide 1. Pénétration jusqu’à la profondeur requise. Création par lançage d’un espace annulaire autour de l’aiguille vibrante. 2. Mise en œuvre du ballast depuis la surface et refoulement latéral du sol autour de la colonne. Par voie sèche 1. Le vibreur descend jusqu’à la profondeur souhaitée sous l’effet des vibrations et du lançage d’air. 2. La colonne est construite par apport de ballast via le tube laté- ral longeant le vibreur. 3. Le dia- mètre des colonnes varie selon la résistance du sol. Finition par nivel- lement et compactage de surface. 1 1 2 3 2 Document : © Solétanche Bachy

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• Un défaut de dimensionnement dusystème de colonnes ballastées.

- Par exemple : au prétexte que leDTU 13.2 « fondations profondes »inclut un chapitre consacré auxcolonnes ballastées, on a parfoisdimensionné celles-ci comme s’ils’agissait de pieux. Mais les colonnesballastées ne sont en rien des pieux,dont elles ne possèdent ni la raideur,ni la portance et surtout pas la résis-tance aux sollicitations parasites, incli-nées ou horizontales.

Les colonnes ballastées ne peuventen aucun cas supporter des chargespermanentes nettement inclinées surleur axe longitudinal.

- Autre exemple : la confiance exces-sive placée dans l’effet de resserre-ment des sols entre les colonnes.Certains parkings et voies de circula-tion bâtis sur des sols argileux com-pressibles, ont été traités par descolonnes ballastées « flottantes »,

dont on attendait, par effet de resser-rement, un comportement global detype « radier souple ».

Or, le resserrement des sols très finsou argileux est pratiquement négli-geable entre des colonnes ballastées.

• La sous-évaluation des tassementsrésiduels.

Il s’agit d’une cause technique trèsfréquente qui, outre une surestima-tion du comportement des sols natu-rels, repose aussi sur le recours à desméthodes de calculs trop optimistes.

C’est le cas de la méthode dite du« module équivalent », ou encore dela méthode de Priebe, lesquelles, lors-qu’il existe un contraste importantentre les modules du sol naturel etdes colonnes et si, également, lamaille du réseau est relativementlâche, conduisent à de graves sous-estimations du tassement finalementobservé.

Colonnes ballastées

Fiche A.6

Colonnes ballastées

Fondations et infrastructures

Fiche A.6

Reproduction interdite sans autorisation des éditeurs©2011 Agence Qualité Construction,Fondation Excellence SMA

Quelques rappelsLes colonnes ballastées sont desempreintes verticales élancées que l’ona ménagées dans le sol par diversestechniques et remplies de matériaunoble (le « ballast ») calibré et com-pacté.

Elles permettent de substituer unmatériau granulaire frottant à un solgénéralement fin, de moindre raideur

et compressible, en vue d’obtenir uneamélioration mécanique globale del’ensemble sol + colonnes, notammenten termes de compressibilité.

Les colonnes ballastées sont réaliséesselon un réseau prédéterminé, dont lamaille dépend de divers paramètres,comme les caractéristiques géoméca-niques du sol naturel et l’intensité descharges appliquées.

Afin de mieux opérer le transfert deces charges vers les têtes de colonnesballastées, il est indispensable d’interpo-ser un matelas de répartition, constituélui aussi de matériaux nobles granulai-res fortement compactés, à la baseduquel on place généralement unegéomembrane.

Les défauts de conception sont très majoritairement à l’origine des sinistres impliquant des colonnes ballastées

• L’incompatibilité entre colonnesballastées et sols à traiter est laplus fréquente.

En effet, les colonnes ballastées ontabsolument besoin, pour pouvoirfonctionner, de disposer d’uneétreinte latérale des sols qui empê-che leur expansion latérale sous l’ef-fet des charges appliquées en tête.

Ceci concerne tout particulièrementdes sols organiques, dont la tourbe,mais aussi des limons et argiles mouspour lesquels les colonnes ballastéessont à exclure.

2. Le diagnostic

1. Le constat

Par recherche de moindre coût,les colonnes ballastées ont puservir d’alternative à dessolutions classiques de fondationsprofondes par pieux et plancherporté.

Or, mises en œuvre dans descontextes géotechniqueséchappant à leur domained’utilisation recommandé, ellesont entraîné des désordres qui se sont traduits par destassements, parfois spectaculaireset affectés d’un différentielmarqué, et toujours d’uneamplitude très largementsupérieure aux calculs initiaux(jusqu’à 20 à 30 fois danscertains cas), avec pourconséquences :- dévers de poteaux de

structure ;- fissuration et déformation de

dallage allant jusqu’à l’inaptitudeà l’exploitation de locaux et de parkings ;

- basculement de bâtimentsd’habitation.

Sans atteindre de tels extrêmes,de nombreux désordres ont étésuscités par l’inadéquation dutraitement du sol par colonnesballastées au regard desexigences structurelles del’ouvrage à construire. En effet,même si le traitement parcolonnes ballastées permetd’obtenir une réduction dutassement du sol, il ne l’annihilepas pour autant et le tassementrésiduel peut demeurer excessifpour l’ouvrage projeté.

Techniques de réalisation des colonnes ballastées

Par voie humide

1. Pénétration jusqu’à la profondeur requise. Création par

lançage d’un espace annulaireautour de l’aiguille vibrante.2. Mise en œuvre du ballast

depuis la surface et refoulementlatéral du sol autour

de la colonne.

Par voie sèche

1. Le vibreur descend jusqu’à laprofondeur souhaitée sous l’effetdes vibrations et du lançage d’air.

2. La colonne est construite parapport de ballast via le tube laté-ral longeant le vibreur. 3. Le dia-

mètre des colonnes varie selon larésistance du sol. Finition par nivel-lement et compactage de surface.

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Colonnes ballastées

ancrage dans des couches résistantesprésentant un poids à forte pente, ilest aussi à proscrire en raison durisque de tassements différentiels.

• Exclure les colonnes ballastées quine reposent pas, en pointe, dansdes couches résistantes.

Le comportement en masse de solscompressibles traités par des colon-nes « flottantes » n’est pas maîtrisa-ble.

• Examiner avec la plus grandeattention les cas où des différen-tiels très faibles sont requis parl’ouvrage projeté.

De tels cas sont le plus souventincompatibles avec le recours à descolonnes ballastées, sauf à ne devoirtraiter qu’une épaisseur réduite desol compressible (jusqu’à 5 m envi-ron) et avec une haute densité demaillage.

• DTU 13.2 :Fondations profondes.

• Recommandations pour le contrôle de la conception et de l’exécution des colonnesballastées, COPREC 2001.

• Colonnes ballastées,Ammar Dhouibet Francis Blondeau,Presses des Ponts et Chaussées 2005.

Agence Qualité Construction29, rue de Miromesnil75008 Paris

Fondation Excellence SMA114, avenue Émile Zola75739 Paris Cedex 15

Reproduction interdite sans autorisation des éditeurs©2011 Agence Qualité Construction,Fondation Excellence SMA

4. À consulter

Pour en savoir pluswww.qualiteconstruction.comwww.smabtp.fr

Mise

en

page

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l Hou

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L’essentiel

• Procéder à une étude géotech-

nique complète afin de vérifier

l’acceptabilité des colonnes bal-

lastées par les sols à traiter.

• Procéder à un examen réaliste du

comportement des colonnes bal-

lastées, notamment en matière

de performances vis-à-vis du gain

de tassement.

• En toute hypothèse, vérifier si le

tassement résiduel, après traite-

ment du sol, est devenu accepta-

ble au regard des exigences du

projet d’ouvrage à construire.

Fondations et infrastructures

Fiche A.6

• L’inadéquation des tassementsrésiduels au regard des exigencesde l’ouvrage à construire.

Un traitement par colonnes ballas-tées procure fréquemment un gaind’un facteur 2 à 4 sur l’amplitude destassements des sols.

Mais, pour des sols fortement com-pressibles, cela peut conduire àobserver des tassements résiduels del’ordre de la dizaine de centimètres,voire davantage, qui demeurerontquand même inacceptables auregard des exigences du comporte-ment de l’ouvrage projeté.

• Conduire une étude géotechniquecomplète de type G2 et faire sui-vre l’exécution des colonnes bal-lastées par une mission G4 dugéotechnicien.

Le recours à des colonnes ballastéesconstitue en effet un pari sur le com-

portement du sol beaucoup plusimportant qu’au travers d’une solu-tion technique de type fondationsprofondes. Il faut donc absolumentréduire l’aléa géotechnique.

• Exclure les colonnes ballastées enprésence de sols organiques et desols mous.

Ces types de sols sont incapables deprocurer l’étreinte latérale nécessaireau bon fonctionnement des colonnesballastées.

• Abandonner le calcul des tasse-ments par les méthodes dumodule équivalent ou de Priebe.

Il convient d’opter au maximum pourles calculs aux éléments finis de typePLAXIS, et de préférence en 3D.

• Limiter les colonnes ballastées aucas des fiches courtes et homo-gènes.

L’expérience montre que des colon-nes d’une hauteur supérieure à12/15 m sont beaucoup plus sensi-bles aux déformations. Quant à leur

3. Les bonnes pratiques

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2

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6

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Fact

eur

de r

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des

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Rapport des sections A/Ac

Greenwood et Kirsh 1984Munfakh 1984Van Impe 2001Priebe 1995, � = 1/3Kempfert et al. 1999Calculs E.F. T errasoL 1984Résultats à la centrifugeuseDivers

�c = 45,0°

�c = 42,5°

�c = 40°

�c = 37,5°

�c = 35°

Extrait de Colonnes ballastées par Ammar Dhouib et Francis Blondeau.

Facteur de réduction des tassements

A-EXE 4P 20/03/11 19:56 Page 3