Fondations

Claude PRECHEUR

Les fondations sont une partie importante de la construction.


Sans fondation, la construction s’enfonce dans le sol
Les fondations reportent le poids de l’immeuble sur le bon sol.

Les fondations reportent le poids de l’immeuble sur le bon sol.



Une erreur dans le choix du système de fondation entraîne des désordres importants dans la structure du bâtiment.



terrassement

  • (1) terrassement en excavation : largeur > à 2 m profondeur < largeur /2
  • (2) talus : pente de talus 1/1 minimum
  • (3) tranchée : largeur < à 2 m hauteur > 1,00 m ou largeur > à 2 m hauteur > largeur/2
  • (4) Rigole : largeur < à 2 m hauteur < à 1,00
  • (5) Puits : profondeur > à 1,20 m < à 8,00 m
  • (6) Massif : profondeur < à 1,20 m

Les travaux de terrassement sont effectués après l’implantation suivant des indications précises portées sur les plans. Ils consistent à faire, à l’aide d’engins spécifiques :
— du "déblai" pour creuser dans le sol et dégager les terres (exemple : creuser une fouille) du "remblai" pour prélever des terres et combler les cavités (exemple : remblayer au-dessus d’une canalisation)
— du "décapage" pour enlever toute la terre végétale et autre sur l’emprise du bâtiment. Ou pour créer la plateforme. La terre végétale sera stockée provisoirement sur le terrain jusqu’à la fin du chantier pour aménager les espaces verts. L’engin qui terrasse doit être suivi pour que le terrassement suive bien le traçage et que la profondeur soit respectée.
Le nettoyage du fond se réalise manuellement.
Une fois le terrassement effectué, des piquets donneront la hauteur de béton à couler ils seront positionnés tous les 2 à 2,50 m, à l’aide de la lunette ou laser ou encore avec une règle et un niveau. Les fouilles en tranchée de plus de 1,30 mètre de profondeur et d’une largeur égale ou inférieure aux deux tiers de la profondeur sont, lorsque leurs parois sont verticales ou sensiblement verticales, blindées, étrésillonnées ou étayées.

Les talus

L’angle du talus est défini par la nature du sol.
En général on utilisera au moins un angle de 45° Pour cela la règle de pente 1 pour 1 est appliquée. Voire 2 pour 1. La surface de la plateforme sera agrandie de 1,50 m par rapport aux limites de la construction.

Le stockage du matériel et matériaux se situera à plus de 2 mètres du bord du talus.
Une bâche imperméable protège le talus des eaux de ruissellement.



Le béton de propreté

Un béton de propreté dosé à 150 kg/m3 doit être présent sous les fondations. Le rôle du béton de propreté est de :

  • Garantir la propreté et de faciliter le nettoyage du fond de fouille (figure 1)
  • Permettre le traçage (figure 2)
  • Isoler les aciers de la terre (figure 3)
  • Assurer une bonne mise en oeuvre du coffrage (figure 4)
  • Et surtout d’empêcher la décompression du sol (figure 5)

Fondations

Les 3 catégories de fondations
Les fondations superficielles

  • Semelles filantes,
  • semelles isolée
  • radier général
Les fondations semi profondesLes fondations profondes
Les puits sont des fondations de à 6 m de profondeur de 1 à 6 mètres. Ils reliés entre eux par des longrines (poutres de fondation). Les pieux sont des éléments fins souvent de forme cylindrique. Leurs profondeurs va en général de 8 à 20 mètres. Comme les puits, les pieux sont reliés entre eux par des longrines.

Choix du système de fondations

Il dépend de plusieurs paramètres :

  • La région (climat et la zone sismique).
  • L’étude du sol.
  • L’environnement.
  • Le type de l’ouvrage et son utilisation.
  • L’environnement impose aussi des contraintes (construction voisine, extension). Terrain en pente, construction près d’un cours d’eau ou au bord d’une route à grande circulation ou d’un chemin de fer, construction enterrée etc.
    NOTA : L’eau présente dans le sol participe à sa cohésion.
    Fondations hors gel : l’influence du climat se manifeste principalement par des variations de température et d’humidité.

Le gel est le facteur majeur qui risque de détériorer une assise car il provoque des variations de volume de l’eau contenue dans le sol.

Les textes de D.T.U indiquent que les fondations doivent être descendues à une profondeur telle que leur base soit hors d’atteinte de la gelée.


Calcul

La profondeur de fondation hors gel (d) en mètre
Valeur lue sur carte en m (d0) (A) Altitude de votre situation géographique
Exemple centre :
0,6 + (300 - 150 / 200) x 0,05 = 0,64 m
Exemple Nancy
0,8 + (350 -150/200X0,05 = 0,85 m
Profondeur
d = d0 + (A - 150 / 200) x 0,05

Soit altitude > à 150 m ; lecture de la carte + 5 cm par tranche de 200 m supplémentaire


Les charges et résistance du sol

Le rapport de sol permet de connaître la constitution du terrain. Chaque couche du sol à une résistance différente. Après avoir calculé le poids de la construction, le bureau d’étude recherche le bon sol et détermine le taux de travail.

On a besoin d’un équilibre entre les forces descendantes (poids de la construction) et les forces montantes (résistance du sol.)

Condition d’équilibre


Un bâtiment est en équilibre sous l’action des forces P et S ; égales (même intensité), directement opposées.
Exemple : Pour une construction d’un poids total de 800 tonnes pour une surface portante de 30 m² la résistance du sol doit être d’au moins : 2,7 bars (2,7 kg/cm²).
La largeur, l’épaisseur des semelles, le diamètre des aciers, dépendent de la nature du sol et le poids de la construction. Tout ceci est dimensionné par le bureau d’étude.
Comment calculer les dimensions d’une semelle ? Consulter les dimensions semelles

Le ferraillage est très important dans les fondations au même titre que la qualité du béton. Il est composé de :


Les semelles filantes



Ferraillage minimum : 4 barres de HA 8 avec à chaque angle de construction 2 barres de reprise d’angle 2HA10 et 4 en zone sismique.

Les fondations en redan

Les semelles en redan sont utilisées lorsque le terrain est en pente, car les fondations doivent toujours être horizontales. On fera donc des paliers de niveaux et décaleront en profondeur.



Le radier

Le radier est utilisé sur les mauvais sols de faible portance.Un radier transmet les charges sur toute la surface d’assise.


Il peut être assimilé à une grande dalle armée couvrant toute l’emprise du bâtiment. Le radier peut donc avoir un rôle de dalle utilisable (ex : parking ou sous sol d’une maison). En cas de passage de canalisations divers sous un radier, ces réseaux ne doivent pas être concentrés afin de ne pas modifier la portance du terrain ce qui entraînerait des désordres.

Le radier nécessite un ferraillage particulier et important. Le poids du bâtiment provoque des zones tendues (en rouge) dans le radier. Ces zones de traction sont renforcées par les aciers principaux et Il sera donc important de maintenir la nappe supérieure par des chaises.

Les puits

Ces fondations sont utilisées lorsque le sol est de mauvaise qualité sur une épaisseur inférieure à 8 mètres ou dans le cas de sols gonflants (sols argileux). Elles sont constituées par des colonnes rondes ou rectangulaires en gros béton, d’une profondeur variant de 2 à 12 mètres. Elles transmettent jusqu’au bon sol les charges apportées par une semelle de section réduite, et par leur poids, s’oppose aux variations de volume des terrains argileux. La section des puits est calculée en fonction des possibilités du sol sous son assise. Le frottement latéral n’est pas pris en compte sinon pour compenser le poids propre du puits.

Les puits sont des fondations creusées à la main ou mécaniquement avec des bennes preneuses. C’est ce qui limite la profondeur des puits. Un puits peut être élargit à la base (dans les sols de cohésion suffisante) : c’est une structure en patte d’éléphant. Contrairement aux fondations profondes, les structures n’atteignent pas forcément la surface du sol. Les puits peuvent être prolongés jusqu’à la surface du sol par des semelles. On effectue des puits et longrines pour une économie de terrassement et de béton quand le bon sol se trouve beaucoup plus bas que le niveau hors-gel. Sur gros béton et pour une économie de ce dernier quand le bon sol se trouve plus bas que le niveau hors-gel on effectue des longrines uniquement. Le ferraillage préfabriqué convient bien dans ces cas de figure.

ATTENTION ! Pour les angles bien relier les semelles ou les longrines par des équerres ou par des fers en "u" en régions sismiques. Pensez à mettre les fers d’attente pour les chaînages verticaux.

Les fondations profondes

Si le sol d’assise est situé a une profondeur telle qu’il ne peut pas être atteint par des moyens classiques, les charges sont reportées sur lui par l’intermédiaire des fondations profondes. Elles transmettent les efforts en profondeur. La résistance peut être fournie par deux critères. Le premier est l’ancrage à la base de la fondation. C’est la résistance de pointe. Car la charge est transmise directement dans le bon sol (en général, on traverse au moins 30 cm du sol d’assise). Et la seconde c’est la qualité des frottements le long des faces latérales de la fondation. Les charges sont absorbées par le terrain qui entoure le fût du pieu. Le risque majeur avec ce critère est le frottement négatif, si le terrain tasse, le pieu est entraîné par le sol et s’enfonce.

Les pieux

La stabilité des ouvrages est liée a un recours partiel ou total a ces deux systèmes de résistance. Il existe de nombreux types de fondations profondes entrants dans la construction de bâtiments. Leur classification est compliquée car elle est fonction du type de matériaux, des rapports de longueur et profondeur et de la mise en oeuvre. Les principaux types sont énumérés ci-dessous :

Les pieux
  • Pieux façonnés a l’avance.
  • Pieux forés.
  • Pieux foncé.
  • Pieux a tube battu exécuté en place.
  • Colonnes ballasté.
  • Micro pieux.

Les pieux sont utilisés afin de prendre appui sur le bon sol situé en profondeur. Ils présentent une force portante élevée, mais reste très sensibles aux contraintes horizontales (cisaillement et flambement). Ils sont également utilisés dans le cas de bon sol à faible profondeur lorsque les charges sont très importantes et les tassements différentiels préjudiciables. Cette utilisation s’apparente à un traitement du terrain.

Lors du coulage du pieu avec un tube plongeur, la terre, la boue se mélange avec le béton en fond de pieu. ce mauvais béton remonte en surface (car plus léger que le béton) sur environ 1 mètre. Il faudra donc supprimer ce mauvais béton. Cette action se nomme le recépage.

Sur ces nouveaux supports, il sera réalisé des massifs « massif tête de pieu » qui recevront les longrines.

Les longrines

La longrine est une poutre de fondation qui relie deux massifs, deux puits ou deux pieux. Ceci pour soutenir les murs de la construction.

Elles peuvent être coulées en place ou préfabriquées. Dans le dernier cas des clavetages sont à réalisés sur le chantier.

Coupe longitudinale


Coupe transversale

Le micro-pieu

Les micro pieux sont utiliser, bien souvent lorsqu’il y a eu des désordres dans une construction. Les fondations existantes n’ont pas été réalisées comme il le fallait. Il faut donc réparer. C’est ce principe des micro pieux qui peut être retenu pour les réparations.

Le micro pieu est un pieu foré, battu ou foncé d’un diamètre inférieur à 250 mm, d’une capacité portante de 5 à 100 tonnes et d’une profondeur de 5 à 30 m. Le micro pieu est une technique de fondations profondes qui vise à reporter les charges engendrées par un ouvrage sur une base géologique porteuse. Il est constitué d’une armature métallique mise en place dans un forage vertical. Cette armature est solidarisée au terrain par un coulis de ciment. Un dispositif appelé tête d’ancrage permet le report des charges directement de l’ouvrage vers le micro pieu. Il entraîne un surcoût notable dans le prix des fondations.

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