I - ROLES DES FONDATIONS :
I - 1 Définition :
Un ouvrage quelles que soient sa forme et sa destination, prend toujours appui sur un sol d’assise. Les éléments qui jouent le rôle d’interface entre l’ouvrage et le sol s’appellent fondations. Ainsi, quelque soit le matériau utilisé, sous chaque porteur vertical, mur, voile ou poteau, il existe une fondation.
I – 2 Rôle principal :La structure porteuse d’un ouvrage supporte différentes charges telles que : - des charges verticales :
• comme les charges permanentes telles que le poids des éléments porteurs, le poids des éléments non porteurs,
• comme les charges variables telles que le poids des meubles, le poids des personnes…, le poids de la neige, - des charges horizontales (ou obliques) :
• comme des charges permanentes telles que la poussée des terres,
• comme les charges variables telles que la poussée de l’eau ou du vent.
La structure porteuse transmet toutes ces charges au sol par l’intermédiaire des fondations.
Il ne s’agit pas de calculer la charge globale que reprend l’ouvrage mais la charge reprise par chaque fondation. En effet chaque fondation ne reçoit pas la même charge. Cela dépend des éléments porteurs repris. La charge reprise par une fondation se calcule au moyen d’une descente de charges.
Le rôle principal d’une fondation est donc d’assurer la transmission des charges appliquées sur l’ouvrage au sol.
I - 3 Rôles secondaires :
1°) La fondation doit résister elle-même aux charges et doit être calculée en conséquence.
2°) L'ensemble ouvrage – fondation - sol doit être en équilibre stable. Il ne doit pas y avoir possibilité de mouvement.
- pas de glissement horizontal : L’adhérence sol – fondation doit empêcher les forces horizontales (poussées du vent, des terres…) de pousser l’ouvrage horizontalement.
- pas de basculement : Les charges horizontales ont tendance à faire basculer l’ouvrage car elles créent un moment. Les forces verticales (poids) doivent les contrebalancer.
- pas de déplacement vertical : Le sol doit être suffisamment résistant pour éviter l’enfoncement du bâtiment de manière uniforme ou dissymétrique (tassements différentiels entre deux parties solidaires de l'ouvrage) et le bâtiment doit être suffisamment lourd pour éviter les soulèvements dus à l'action de l'eau contenue dans le sol (poussée d'Archimède).
3°) Une fondation doit être durable. Toutes les précautions devront être prises dans les dispositions constructives, le choix et l'emplacement des matériaux, ainsi que dans la mise en oeuvre.
4°) Une fondation doit être économique. Le type de fondation , les matériaux employés et la mise en oeuvre doivent être le moins coûteux possible.
II – FONCTIONNEMENT DES FONDATIONS :
Un mur ou un poteau supporte une partie des charges de l’ouvrage et compte-tenu de ses faibles dimensions, risquent de poinçonner le sol. C’est pour cela que sous un mur et un poteau, on place une fondation qui permet de répartir la même charge mais sur une surface horizontale plus importante et donc de diminuer la pression exercée sur le sol, c’est à dire de diminuer la force exercée sur le sol par unité de surface.
Il faudra toujours s’assurer que la pression exercée par la fondation sur le sol est inférieure à la pression que peut supporter le sol. La pression que peut supporter le sol a été déterminée grâce aux essais de reconnaissance de sol.
Cette pression s’appelle contrainte et est notée σ.
σ = F/S
Son unité est le MPa = MN/m2
La pression exercée à la surface du sol entraîne des pressions dans les couches de sol situées en-dessous jusqu’à une certaine profondeur qui varie suivant le type de fondations et la charge appliquée.
Si on trace les courbes d’égale pression sous une fondation, on obtient un bulbe de pression, ce qui permet de savoir quelles couches de sol sont touchées par ces pressions.
Lorsqu’il y a deux fondations voisines, leurs bulbes de pression peuvent se chevaucher et la partie du sol située entre les deux fondations doit alors supporter plus que s’il y avait une seule fondation.
Ainsi la répartition de pressions dépend du type de semelle (rigide ou flexible), de la nature du sol (rocher, sol pulvérulent, sol cohérent), de la profondeur d’assise de la fondation et de l’espace entre deux fondations voisines.
III - TYPES DE FONDATIONS :
III – 1 Types de fondations :
Les deux types de fondations sont :
- les fondations superficielles,
- les fondations profondes et spéciales.
Les fondations sont dites superficielles si une des deux conditions suivantes est respectée :
H/L < 6 ou H < 3 m avec H : profondeur de la fondation et L : largeur de la fondation.
III – 2 Choix des fondations :
Le choix du type de fondation dépend :
- du type d'ouvrage à fonder, donc des charges appliquées à la fondation (charges différentes pour une maison individuelle et pour une tour),
- de la résistance du sol. Il est important de faire une bonne reconnaissance des sols.
. Si la couche superficielle est suffisamment résistante, il sera quand même nécessaire de faire une reconnaissance de sol sous le niveau de la fondation sur une profondeur de deux fois la largeur de la fondation et s'assurer que les couches du dessous sont assez résistantes.
. Si la couche superficielle n'est pas assez résistante, une reconnaissance des sols devra être faite sur une profondeur plus importante.
On choisira toujours la fondation la plus économique.
III – 3 Fondations superficielles :
Les fondations superficielles sont mises en oeuvre lorsque la construction peut prendre appui sur une couche de résistance acceptable à faible profondeur par rapport au niveau le plus bas de la construction et non du terrain naturel.
Les fondations superficielles sont de trois types :
* semelle isolée, placée
* semelle filante, placée
* radier placé sous l’ensemble sous un poteau, sous un mur ou plusieurs d’un bâtiment ou souvent poteaux rapprochés, juste sous l’ascenseur.
III – 4 Fondations profondes :
Les fondations profondes permettent d’aller chercher la couche résistante à une profondeur adéquate en traversant des couches de qualité moindre. Si la couche d’assise est à une trop grande profondeur pour être atteinte, le frottement de la fondation avec les différentes couches de sol rencontrées peut suffire à la résistance.
Les fondations profondes peuvent être :
- un puits, sorte de semelle de très grande hauteur, (fondation semi-profonde),
- Ou une semelle appelée massif, sous laquelle seront réalisés des pieux.
Il existe aussi d’autres sortes de fondations profondes qui sont spéciales telles que les micropieux (pieux de petits diamètres), les barrettes, les parois moulées, les parois berlinoises...
Tout ce qui concerne le terrassement et l’implantation d’un ouvrage et de ses fondations sera vu au cours d’ESTI.
IV – PATHOLOGIE DES FONDATIONS :
En général, les désordres dus à des problèmes de fondation entraînent des frais importants. Ils sont très variés et d’origines diverses. Leurs effets peuvent aller de la fissuration de la structure du bâtiment jusqu’à sa mise en péril, c’est à dire son abandon pur et simple, la construction devenant impropre à sa destination initiale.
Les désordres peuvent être dus à :
- une reconnaissance de sol incomplète et donc souvent un sol mal adapté :
• profondeur insuffisante des sondages,
• présence de cavités non détectées,
• nappe d’eau insoupçonnée,
• agressivité de l’eau,
• point dur sous un radier,
• terrain d’assise non homogène ou peu résistant et très compressible,
• sol compressible d’épaisseur variable sous radier,
• sols différents sous un même bâtiment,
- une erreur de calcul ou de conception :
• fondations inadaptées ou mal calculées,
• fondations différentes sous un même ouvrage,
• radier chargé inégalement,
• fondations sur un remblai récent non stabilisé,
• chargement dissymétrique de l’ouvrage,
- une mauvaise exécution :
• fondation non mise hors gel car profondeur trop faible,
• ferraillage de la fondation mal positionné,
• bétonnage des pieux mal surveillé,
• oubli du drainage,
• présence de terre dans le béton des fondations,
- une cause extérieure :
• vibrations importantes lors du battage des pieux d’une construction voisine,
• pieux pouvant être endommagés par les charges apportées par une fondation superficielle à proximité,
- une modification des conditions existantes : reprises en sous-oeuvre mal exécutées.
Il en résulte un tassement plus ou moins uniforme de la construction, des tassements différentiels occasionnant des désordres dans la structure et dans le second oeuvre ou des désordres dans les constructions existantes voisines.
