FONDATIONS DES BÂTIMENTS

Source : yselzner@gmail.com

Généralités: Les fondations reprennent les charges (permanentes) et surcharges (variables et climatiques) supportées par la superstructure et les transmettent au sol dans de bonnes conditions afin d’assurer la stabilité de l’ouvrage.

Les structures portantes usuelles n’ont ni une rigidité suffisante ni une souplesse satisfaisante a-priori pour s’accommoder d’éventuels tassements différentiels, d’où désordres, fissures; en présence de tels désordres on doit procéder à des reprises en sous œuvres, très onéreuses et souvent aléatoires.

Sol: on doit déterminer la couche d’assise et ses caractéristiques :

On doit choisir un type de fondation et le dimensionner :

Tassement différentiels des fondations: cela donne des contraintes parasites, délicates à évaluer, venant compromettre l’intégrité de l’ouvrage, essentiellement :

Causes dues au sol:

Causes dues à la conception du bâtiment:

La stabilité des ouvrages suppose qu’il n’y ait pas de déplacements des forces:

On doit s’arranger pour que les tassements soient de faibles amplitudes et répartis uniformément.

Solution possible: création de Joints de tassements (JT) ou de ruptures (JR), dans lesquels on espère que se circonscriront les éventuels mouvements sans désordres.

Adaptations réciproques:

Choix des fondations: ce choix doit être effectué après une sérieuse étude géotechnique. Il est souvent dicté par les caractéristiques de la structure à appuyer sur le sol. l’importance, l’amplitude et la nature des tassements sont déterminants.

On admet que pour qu’une structure se comporte normalement:

(en effet toutes les structures se déforment)

Aucun désordre n’est à craindre si :

Charges et réactions sur les fondations:

Conseils sur l’implantation des fondations:

Mauvaise solution: l’ouvrage repose sur des sols de natures différentes

Bonne solution: les fondations de l’ouvrage sont toutes implantées dans le bon sol

Dans cette solution le tassement différentiel est possible : les fondations reposent certes sur un remblai ancien, mais celui-ci masque une couche compressible et peu résistante ; on doit donc implanter cet ouvrage dans la couche de graviers.

Risque de tassements différentiels car l’épaisseur de remblai est en effet très variable sous les deux fondations

Protection contre le Gel:  les DTU préconisent une assise hors gel de 50cm en régions tempérées et d’au moins 1m en montagne. On peut utiliser la carte ci-dessous issue des travaux de M.Cadiergues. Ces valeurs sont à majorer de 5cm par tranche de 200m, au dessus de 150m d’altitudes

Risques de séismes: actions accidentelles se manifestant sous la forme de forces horizontales (sur l’ensemble de la structure ou sur certains éléments seulement de celle-ci).

Il est recommandé 

Nota: les règles parasismiques diffèrent évidemment selon le sol de fondation rencontré.

Calcul des fondations: les fondations doivent être capables de reprendre l’effet général de renversement du au vent, qui majore les contraintes dues aux seules charges verticales.

Effets dus aux sous pressions (poussée d’Archimède): l’effet de mouvements ascendants sont particulièrement graves dans le cas de bâtiments :

On doit donc s’arranger pour que dans toutes les situations le poids de l’ouvrage soit supérieur à la poussée d’Archimède envisagée.

e.g. on doit envisager le cas où une piscine serait vide

e.g. mur de soutènement en maçonnerie.

La maçonnerie est soumise à une sous-pression dirigée vers le haut. De même, à l’intérieur du mur, toute fissure amènera de l’eau et une sous pression.

Dans les calculs la précaution est prise en déjaugeant les maçonneries, i.e. on applique une poussée d’Archimède à celles-ci en diminuant de 1 leur densité relative.

Fondations superficielles (DTU 13.1): en cas de sol d’assise directement accessible à partir du dernier niveau excavé (caves, sous-sols…) ; on distingue :

Longrines en gros béton: pour les structures portantes constituées de murs porteurs continus sans appuis isolés (poteaux). On a un lit de béton faiblement dosé (250kg/m^3) coulé directement en tranchée sous les murs, sans armatures transversales, donc inaptes à travailler en flexion dans ce sens. Les longrines travaillent donc en compression pure, par effet de bielle: 

longrine

Emploi: peu performantes a priori mais économiques, les longrines sont adaptées lorsque la longueur L calculée est peu différente de l’épaisseur e du mur, donc que le béton travaille en compression, i.e. L=e+ 10 à 20cm (empattement).

Semelles en béton armé: utilisées lorsque la largeur d’assise de la fondation déborde largement de l’emprise au sol  du porteur vertical qu’elles reçoivent, donc soumises à flexion transversales sous mur, et dans les deux sens sous poteaux. Elles doivent donc résister :

 

Semelles continues sous mur:

P/ml charge transmise par le mur de fondation

P’/ml poids propre de la fondation

 contrainte maximale pouvant être supportée par le sol (puissance)

La largeur minimale l de la semelle filante sera :

On prévoit, sous la semelle, un béton de propreté de 5cm minimum, débordant de 10 cm de part et d’autre de la semelle.

Avec ht=(l-e)/4

Dans le cas d’une file de poteaux (e.g.) la semelle peut contribuer à la rigidité de l’ensemble, armée comme une véritable poutre pour éviter d’éventuels tassements différentiels.

Semelles isolées sous poteaux:

Nota: dans ce cas on a besoin d’un certain façonnage : coffrage ou dressage à la règle.

En principe les semelles isolées sont homothétiques des appuis qu’elles supportent.  On doit vérifier : 

Semelles excentrées: lors d’une construction contre un bâtiment existant, soit on adopte des planchers en consoles, auquel cas on écarte aussi les poteaux de rives et on a des semelles centrées, soit les poteaux de rives sont contre le mur existant et les semelles doivent être excentrées.

Règle du tiers central: la charge descendue par le mur se trouve à une distance m de celui-ci

 

La répartition des contraintes du sol sous la semelle excentrée dans la direction perpendiculaire au poteau est d’allure triangulaire ; la largeur utile dans cette direction est limitée à 3m (m, pas mètres !). on a une répartition uniforme dans la direction parallèle au poteau. Une poutre de rigidité éventuelle permet d’écarter le risque d’une rotation de la fondation due à la réaction triangulaire du sol.

on a alors la contrainte maximum de compression:  

m et l étant limités on ne peut jouer que sur L: 

Radiers: dalle intéressant la totalité de l’emprise au sol d’un bâtiment. Emploi type :

Nota: le tassement global des radiers de grandes dimensions peut être important, et rendre ainsi compte de variation de compressibilité de couches profondes.

Pour éviter des tassements différentiels, outre les méthodes citées plus haut, on peut faire déborder plus largement le radier de l’emprise du coté le plus chargé ; naturellement on doit centrer le radier sous la résultante des charges.

Radiers étanches ou cuvelages (DTU 14.1 cuvelage dans les parties immergées des bâtiments): ils sont soumis à des sous-pressions exercées par la nappe, qu’il convient de bien évaluer, car dans le cas où celles-ci deviendraient supérieures aux charges la construction pourrait être déstabilisée ; on peut:

Radiers plats: économiques, ils sont utilisés lorsque l’entraxe des porteurs verticaux  (<=4 à 5m) autorise des dalles plates en épaisseur économique n’excédant pas 60 à 80cm et suffisamment rigide.

Les armatures sont souvent en treillis soudés, mises en places et calées sur un béton de propreté. Les armatures sont aussi ancrées dans les porteurs verticaux, afin d’assurer la liaison. On a :

Le calcul s’effectue d’abord à la flexion, puis on vérifie à l’effort tranchant au droit des appuis

Radiers nervurés: adoptés lorsque la nature des poteaux ou les entraxes des éléments porteurs sont tels qu’une dalle plate ne serait pas assez économique (épaisseur trop grande). Les radiers sont nervurés par poutres et poutrelles croisées qui raidissent la dalle, dont l’épaisseur en partie courante est sensiblement diminuée.

disposition des nervures:

Fondations profondes (DTU13.2 travaux de fondations profondes) : les charges issues des porteurs verticaux sont transmises à la couche d’assise profonde par des appuis fractionnés, la couche d’assise n’étant plus directement accessible à cause e.g. du volume de terrassement considérable ou des difficultés d’exécution d’une telle fouille, en présence d’eau par exemple.

Classement:

Fonctionnement:

Nota : le coût élevé de ces fondations milite pour de grandes portées des éléments d’ossature.

Pieux façonnés à l’avance et préfabriqués: caractéristiques :

Leur mise en place se fait par refoulement du sol :

On établit ensuite une courbe de battage, qui donne une idée précise de la force portante de chaque pieux. Ce procédé est limité par les capacités du matériel de battage (hauteur et puissance de frappe). On emploi actuellement surtout des pieux en acier, à cause des nombreux inconvénients des pieux béton.

Pieux et puits façonnés en place: très grande souplesse d’emploi ; ils sont coulés en place en remplissant un forage de béton.

Exemple de la fondation par havage :

Le rouet est le biseau facilitant la pénétration dans le sol. à partir du caisson sur le sol on creuse à l’intérieur au moyen d’une benne preneuse, ce qui fait descendre le caisson. Puis, le caisson ayant suffisamment descendu dans le sol, on y ajoute des caissons supplémentaires suivant la profondeur que l’on cherche à atteindre. Lorsque le caisson a atteint le niveau de la fondation, on le remplit de béton. Attention : on doit faire descendre le caisson bien verticalement !

Liaisons en tête des pieux et puits: elle a lieu en fonction

La liaison des têtes de pieux est plus ou moins indispensables :

Sous murs porteurs continus: les pieux ou puits sont reliés par de véritables poutres en béton armé, constituant un appui continu pour les murs

Sous poteaux: si on ne redoute ni glissement ni déversement :

Le plus souvent les semelles sont liaisonnées entre elles dans les deux sens par des poutres de rigidité constituant un chaînage bas

Protection vis à vis de l’humidité:

Empêcher l’eau contenue dans le sol de parvenir jusqu’à l’ouvrage : i.e. on récupère et on canalise les eaux d’infiltrations avant qu’elles n’atteignent les murs ou planchers du bâtiment.

Empêcher la propagation de l’eau dans l’ouvrage:

Coupures étanches: elles empêchent les remontées capillaires dans les murs :

Bandes ou feuilles de polyéthylènes

Bandes bitumeuses

Arases au mortier hydrofugé de 2cm d’épaisseur

Vide sanitaire ventilé: évite l’humidification des planchers proches du sol:

  • Suppression des remontées capillaires par rupture de contact
  • Suppression des condensations et évacuation de l’eau de composition des dalles grâce à la ventilation

Cuvelage étanche  naturellement il convient que le drain de pierres ait un exutoire pour pouvoir assurer sa fonction.

Cas particulier des sous-sols dans la nappe phréatique: la pression exercée sur les parois du sous sol dépend de la hauteur piézomètriques (différence entre le niveau supérieur de la nappe et le niveau du plan où l’on étudie l’effet de la pression et de la sous pression).

on doit: