En tant qu'étudiant en génie ou ingénieur, vous êtes-vous déjà demandé comment les ponts, les murs de soutènement et les piles peuvent résister aux énormes forces horizontales du vent, de l'eau ou de la pression du sol ? La réponse réside dans la manière intelligente dont les tas de pâte sont fabriqués.
Lorsque ces pièces de fondation spéciales sont enfoncées à un angle par rapport à la verticale, elles confèrent aux structures qu'elles supportent la résistance et la stabilité dont elles ont besoin pour être sûres et durer longtemps.
Que vous soyez intéressé par le génie civil, structurel ou géotechnique, il est important pour votre carrière de savoir comment fonctionnent les pieux battus et à quoi ils peuvent servir.
Dans cet article, j'en apprendrai plus sur les tas de pâte, y compris leur objectif, leurs avantages et les éléments les plus importants à prendre en compte lors de la conception d'un tas.
Préparez-vous à découvrir une partie intéressante de l'ingénierie qui a changé ma façon de vivre pendant des centaines d'années.
Introduction à la pile de pâte
Définition formelle:
Un pieu enfoncé à une inclinaison par rapport à la verticale pour fournir une résistance aux forces horizontales.
Un pieu battu est un type de pieu qui est mis en place à un angle par rapport à la verticale afin qu'il puisse résister aux forces latérales.
En ingénierie, ce type de pieu est souvent utilisé pour soutenir des structures offshore, des tours et des ponts.
Il peut également être utilisé pour déplacer des charges selon un angle et des forces en ligne droite.
Dans cet article, nous parlerons de ce qu'est une pile de pâte et de son utilisation en ingénierie.
Concepts de base de la pile de pâte
Angle de frappe :
L'angle de frappe est l'angle entre la verticale et l'axe de la pile.
L'angle de frappe peut être différent pour chaque structure, selon le type de bâtiment, les conditions du sol et d'autres facteurs de conception.
La capacité d'arrachement maximale d'une pile de pâte augmente à mesure que l'angle de pâte augmente, jusqu'à une valeur maximale qui est atteinte lorsque l'angle de pâte est d'environ 20°.
La capacité d'extraction maximale diminue après cet angle.
Moments de flexion :
Les tas de pâte peuvent se plier à cause de leur propre poids ou à cause de forces extérieures au tas.
L'importance du moment de flexion dépend de la longueur, de la largeur et de l'angle de frappe du pieu.
Lors de la conception d'un pieu battu, le moment de flexion doit être pris en compte pour s'assurer que le pieu peut supporter les charges prévues.
La vérité choquante sur les fondations inclinées : comment les tas de pâte peuvent sauver vos structures
Toujours difficile à comprendre ? Je change un peu le point de vue :
Vous en avez assez de voir les bâtiments et les ponts que vous avez construits avec acharnement s'effondrer à la moindre force horizontale ? Eh bien, ne vous inquiétez pas ! Nous avons la réponse à vos problèmes de construction : il vous suffit d'enfoncer vos pieux en biais.
Oui, c'est vrai, oubliez d'être grand et embrassez le monde merveilleux des piles de pâte ! Qui a besoin d'une base solide quand vous pouvez en avoir une inclinée ? D'accord, d'accord, avant que vous ne commenciez à vous demander si je suis fou, examinons la science et l'ingénierie derrière cette approche qui semble aller à l'encontre du bon sens.
Revenons maintenant à l'explication.
But et avantages de la pile de pâte
L'objectif des pieux battus est de transférer le moment de renversement à une combinaison de pieux verticaux et battus qui peuvent supporter à la fois les forces de compression et de tension.
Répartition des charges et résistance aux forces horizontales
Dans la conception préliminaire, la charge sur le pieu battu est généralement considérée comme étant dans une direction axiale.
Les charges peuvent être réparties entre les pieux battus et les pieux verticaux d'un groupe à l'aide d'un graphique ou en utilisant des méthodes analytiques.
Les tas de pâte peuvent supporter beaucoup de force latérale, et ils transmettent cette force latérale en partie sous la forme d'une force axiale au lieu de simplement se plier et se cisailler.
Les forces horizontales sont arrêtées par la résistance passive du pieu battu, qui est basée sur la partie horizontale de la charge axiale.
Capacité d'extraction des tas de pâte
Le poids qu'un tas de pâte peut supporter dépend de sa forme et de sa pente.
Les pieux carrés ou rectangulaires peuvent être retirés plus facilement que les pieux ronds.
Lorsque la densité du sable augmente, le rapport entre la capacité d'extraction rugueuse et lisse diminue.
Le rapport d'élancement (L/d) d'un pieu incliné affecte sa capacité d'arrachement ultime.
Au fur et à mesure que le rapport d'élancement augmente, la capacité d'arrachement ultime diminue.
Moment de flexion et tassement du sol environnant
Les tas de pâte qui tiennent debout peuvent se plier à cause de leur propre poids ou à cause de forces extérieures.
En raison du mouvement du sol autour d'eux, les tas de pâte en vrac ou les dépôts qui se resserrent peuvent se charger latéralement.
Par exemple, un tubage permanent doit être mis en place lors du durcissement de l'argile.
Avantages de la pâte à frire
La pâte à tas est importante car elle peut apporter un soutien supplémentaire aux bâtiments qui sont touchés par des choses comme les tremblements de terre, le vent et les vagues.
La pâte à tas peut également rendre plus difficile le retrait des tas du sol dans le sable, et elle peut aider à rendre les pentes plus stables.
De plus, la pâte à frire peut réduire le mouvement du chapeau de pile et de la superstructure tout en permettant de grandes rotations.
Dans l'ensemble, les pieux battus peuvent rendre les structures plus stables et résilientes, les rendant plus résistantes aux forces latérales et s'assurant qu'elles dureront longtemps.
Utilisations de la pile de pâte dans la construction et l'ingénierie
Dans la construction et l'ingénierie, les pieux battus sont souvent utilisés pour donner aux structures un support et une résistance aux forces latérales.
Ces pieux sont enfoncés selon un angle par rapport au plan vertical.
Cela les rend suffisamment solides pour résister aux moments de renversement causés par le vent ou les charges sismiques.
Dans cette section, nous parlerons des différentes façons d'utiliser les pieux battus dans la construction et l'ingénierie.
Soutenir les structures offshore
Les pieux battus sont souvent utilisés pour construire des structures telles que des plates-formes pétrolières, des éoliennes et des structures flottantes en mer.
De fortes forces de vagues et de vent poussent sur ces structures, ce qui peut entraîner des charges latérales importantes qui doivent être arrêtées.
Les pieux battus sont utilisés pour donner à ces structures la résistance latérale requise et assurer leur stabilité.
Tours de soutien
Les tours, comme les tours de transmission et les tours de communication, sont également construites à l'aide de pieux battus.
La plupart du temps, ces tours sont hautes et minces, ce qui les rend vulnérables aux vents et aux tremblements de terre.
Les pieux battus sont utilisés pour maintenir la structure stable sous ces charges et pour s'assurer qu'elle est sûre et qu'elle durera longtemps.
Ponts de soutien
Lors de la construction de ponts, les pieux battus sont souvent utilisés pour soutenir les culées, les piliers et d'autres parties de la structure qui sont soumises à des charges latérales.
L'utilisation de pieux battus garantit la stabilité et la sécurité du pont, en particulier dans les endroits où il y a beaucoup de tremblements de terre ou de vents forts.
Structures marines de soutien
Les piles de pâte sont également utilisées pour construire des choses comme des jetées, des quais et des brise-lames qui sont sur l'eau.
De fortes forces de vagues sont souvent exercées sur ces structures, ce qui peut entraîner des charges latérales importantes.
Les pieux battus sont utilisés pour donner à ces structures la résistance latérale nécessaire et assurer leur stabilité.
Résister à la propagation latérale
Dans la construction géotechnique, les pieux battus peuvent également être utilisés pour empêcher le sol de se répandre latéralement.
Dans les endroits où le sol est faible ou où il y a beaucoup de tremblements de terre, l'épandage latéral peut causer beaucoup de dégâts aux bâtiments.
Les pieux battus sont utilisés pour donner à la structure la résistance latérale nécessaire et la maintenir stable.
Comparaison des piles de pâte et des piles verticales
Comportement sous charges latérales
Par rapport aux piles verticales et positives, il a été constaté que les piles négatives peuvent mieux supporter les charges latérales.
Avec la même charge, un tas de pâte positif est 19% plus susceptible de se plier qu'un tas vertical.
Le tas ne peut pas supporter autant de poids qu'une couche uniforme de sable grossier car il est recouvert d'une fine couche de sable fin, ce qui le rend moins résistant.
Frottement et pression de terre passive
Pour les pieux verticaux et battus, la pression de terre passive est affectée par la quantité de frottement de la surface du pieu contre le sol.
La pâte typique (horizontale à verticale) des pieux inclinés varie de 1:5 à 1:3, selon les conditions du sol et les besoins de la structure.
Résistance aux charges latérales
Les groupes de pieux avec à la fois des pieux en pâte et des pieux verticaux sont plus résistants aux charges latérales dans la direction de la pâte ou contre la pâte que les groupes de pieux avec uniquement des pieux verticaux.
Un groupe avec des piles négatives est plus résistant qu'un groupe similaire avec des piles positives.
Facteurs affectant l'angle de pile optimal
Facteurs affectant l'angle optimal des piles de pâte en ingénierie
Le meilleur angle de frappe pour un projet dépend d'un certain nombre de facteurs qui sont propres à ce projet.
Dans cette section, nous parlerons des éléments qui affectent le meilleur angle pour une pile de pâte pour un projet donné.
Rapport d'élancement du pieu
Le rapport d'élancement (L/d) d'un pieu incliné détermine son arrachement.
La capacité d'extraction ultime diminue à mesure que le rapport d'élancement augmente.
Densité du sable
Jusqu'à 20 degrés d'angle de pâte, la capacité d'extraction d'un tas de pâte dans le sable augmente.
Après ça, ça commence à baisser.
Le rapport entre la capacité d'extraction rugueuse et lisse diminue à mesure que la densité du sable augmente.
Autres facteurs
Outre le rapport entre la largeur du pieu et la profondeur et la densité du sable, l'angle optimal du pieu battu peut également être affecté par :
- État du sol.
- Exigences structurelles.
- La taille et la direction des charges sur le côté.
- Angle de frottement d'interface.
- Teneur en humidité.
Taille et forme des grains.
Comprendre la pâte dans le battage de pieux
Les types de pieux comme les pieux battus sont entraînés à un angle par rapport à l'axe vertical pour résister aux forces horizontales.
Dans cette section, nous parlerons des différentes parties des pieux battus qui sont utilisées dans le battage des pieux.
Mesure de l'angle de frappe
La plupart du temps, un gabarit est utilisé sur le terrain pour mesurer l'angle du frappeur dans une pile de frappeurs.
Le meilleur angle de frappe pour un projet donné dépend d'un certain nombre de facteurs spécifiques au projet, tels que les conditions du sol, les besoins de la structure, ainsi que la taille et la direction des charges latérales.
Chargement latéral et tassement
Les pieux battus sont utilisés pour déplacer des charges inclinées et des forces horizontales, et ils peuvent se charger latéralement si le sol qui les entoure se déplace.
Lors de la détermination du meilleur angle de frappe pour un projet, il est important de bien réfléchir aux conditions du sol et aux besoins structurels du projet.
Impact sur l'équipement
Lorsque des tas de pâte sont utilisés, le piston et le cylindre s'usent davantage, ce qui peut les faire durer moins longtemps.
Lors de la conduite de tas de pâte, une extension de cylindre peut être nécessaire pour réduire l'usure et rendre les choses plus sûres.
Répartition de la charge
Dans la conception préliminaire, les charges des pieux battus sont généralement considérées comme étant axiales.
Les charges peuvent être réparties entre les pieux battus et les pieux verticaux d'un groupe à l'aide d'un graphique ou en utilisant des méthodes analytiques.
La flexion secondaire et le mouvement de la semelle sur pieu doivent tous deux être pris en compte, en particulier lorsque la semelle sur pieu est rigide.
Mesure sur le terrain de la pile de pâte
Mesure sur le terrain de l'angle de frappe d'une pile
Un gabarit peut être utilisé sur le terrain pour mesurer l'angle de pâte sur une pile.
Pour mesurer l'angle, vous pouvez utiliser un clinomètre ou un niveau numérique.
Vous pouvez également utiliser un ruban à mesurer et un fil à plomb pour mesurer la profondeur et la distance entre deux points sur la pile.
Avec cette information, vous pouvez déterminer l'angle de frappe de la pile.
Vous pouvez également utiliser une station totale avec un réticule circulaire concentrique pour mesurer avec précision l'angle de frappe d'une pile sans arrêter la construction.
Caractéristiques de comportement des pieux battus sous charge verticale
Les chercheurs se sont penchés sur le comportement des tas de pâtes simples lorsqu'ils sont chargés par le haut.
Au fur et à mesure que l'angle de frappe augmente, la capacité d'arrachement des pieux bruts de pâte construits dans du sable dense augmente et atteint sa valeur maximale.
Le rapport de la capacité d'arrachement ultime entre les pieux rugueux et lisses diminue à mesure que la densité du sable augmente.
Méthode d'optimisation et d'ajustement de l'orientation des pieux
Un algorithme génétique a également été utilisé pour élaborer une méthode d'optimisation et d'ajustement de l'orientation des pieux.
Avec cette méthode, les pieux battus d'un quai sur pieux peuvent être tournés afin qu'ils ne se croisent pas dans l'espace.
En s'assurant que les pieux battus sont mis en place de la meilleure façon, la stabilité et la sécurité du quai peuvent être améliorées.
Dans l'ensemble, il existe différentes façons de mesurer l'angle de frappe d'un pieu sur le terrain, et des recherches ont été menées pour en savoir plus sur le comportement des pieux de frappe sous une charge verticale.
La stabilité et la sécurité des structures soutenues par des pieux battus peuvent également être améliorées en proposant un moyen d'optimiser et d'ajuster la direction des pieux.
Séquence de travail sur les pieux marins
Conseil : Activez le bouton de sous-titrage si vous en avez besoin. Choisissez "traduction automatique" dans le bouton des paramètres, si vous n'êtes pas familier avec la langue parlée. Vous devrez peut-être d'abord cliquer sur la langue de la vidéo avant que votre langue préférée ne soit disponible pour la traduction.
Conclusion
En conclusion, les tas de pâte sont une partie fascinante et importante de l'ingénierie qui mérite notre attention et notre appréciation.
Depuis l'Antiquité jusqu'à aujourd'hui, ils ont montré qu'ils sont importants pour assurer la sécurité et la stabilité de nos bâtiments.
Alors que nous sommes confrontés à de nouveaux problèmes tels que le changement climatique, la croissance des villes et les nouvelles technologies, les tas de pâte deviennent une partie encore plus importante de notre future infrastructure.
En tant qu'étudiant ingénieur ou ingénieur, vous avez le pouvoir et la responsabilité d'ajouter à cet héritage d'excellence et d'innovation.
Ainsi, la prochaine fois que vous traverserez un pont, passerez devant un mur de soutènement ou regarderez un grand immeuble, pensez aux tas de pâte.
Ce sont les héros méconnus qui rendent toutes ces choses possibles.
Un tas à la fois, continuons à repousser les limites de l'ingénierie.
Liens et références
Dictionnaire de l'architecture et de la construction
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