Fondations dans les sols sujets à des gonflements

Fondations dans les sols sujets à des gonflements ou à des retraits




Publié à l'origine en juin 1977.

J. J. Hamilton

Les sols d'argile qui changent de volume constituent, au Canada et
aux Etats-Unis, le risque naturel le plus coûteux pour les bâtiments
construits sur des fondations peu profondes.1 Dans les
seules provinces des Prairies, un million de Canadiens ou plus vivent
dans des agglomérations construites sur des sols ayant un potentiel
d'expansion très élevé. Dans les régions côtières et dans celles de
l'est même de plus grandes populations vivent dans des agglomérations
construites sur des argiles ayant un potentiel hautement rétractable.
L 'article
traite de la nature des sols sujets à des gonflements et des retraits
et donnait des exemples de problèmes pour les fondations peu profondes.
Le présent bulletin contient des notions et des détails nouveaux qui
résultent d'une étude continue de la question et traite du choix de
fondations appropriées.

Reconnaissance des sols pouvant présenter des risques

Au Canada, les dépôts argileux pouvant causer des problèmes peuvent
être classés en deux groupes principaux: les argiles rétractables et
les argiles gonflables. Les dépôts rétractables, que l'on trouve à une
échelle extensive dans les vallées du Saint-Laurent et de l'Outaouais,
ont habituellement été formés dans de l'eau de mer ou saumâtre, ils ont
une teneur naturelle en eau très forte et contiennent peu ou pas de
minéraux argileux gonflables. Ils ont peu tendance à gonfler sous
l'effet d'une contrainte réduite et en présence d'eau librement
disponible, à moins qu'ils n'aient été séchés auparavant et n'aient
subi une réduction de volume de l'ordre de 50 pour cent au-dessous des
conditions de sédimentation. Les problèmes de fondations peu profondes
causés par ces argiles se limitent presque exclusivement aux tassements
de retrait dus à l'influence desséchante des racines d'arbres

Les sols argileux qui gonflent se rencontrent habituellement dans les
dépôts lacustres du centre et de l'ouest du Canada. A cause de leur
minéralogie de montmorillionite et d'une teneur en humidité moins
forte, lorsque les conditions ambiantes changent, habituellement ils se
gonflent ou exercent de fortes pressions sur les structures rigides;
mais ils peuvent également présenter un fort degré de réversibilité
retrait gonflement avec modifications de la teneur en humidité. La
reconnaissance des risques de problèmes de gonflement ou de retrait est
importante dans les premières phases de la planification de
l'utilisation des sols et est essentielle pour un bon choix du type de
fondations. On peut utiliser une classification (figure 1) basée sur la
fraction d'argile en pourcentage et l'indice de plasticité pour catégoriser le degré probable de sévérité.2
Un sol ayant une teneur en argile supérieure à 25 pour cent et un
indice de plasticité supérieur à 30 pour cent est susceptible d'un très
grand risque de retrait ou de gonflement. Tout sol ayant une teneur en
argile et un indice de plasticité supérieurs à 10 pour cent peut subir
au moins un léger gonflement à un léger retrait lorsque les conditions
ambiantes changent.



Figure 1. Importance des dommages dus au changement de volume des sols argileux (D'Après Williams (2)).

Choix du type de fondations

La majorité des fondations des petites structures sont choisies pour
satisfaire les exigences minimales des règlements ou des normes de
construction imposés par les pouvoirs publics ou les organismes de
financement. Bien que cela permette d'obtenir une solidité suffisante
de la structure et une rentabilité immédiate, les coûts basés sur la
durée de vie de même que le rendement des fondations peu profondes
creusées dans des dépôts profonds de sols en argile instable sont
souvent médiocres.

La stabilité d'une fondation est fonction des couches sous-jacentes
du sol jusqu'à des profondeurs supérieures au double de la largeur de
la structure . La profondeur à laquelle le sol peut encore
changer de volume (retrait ou gonflement) et le degré de réaction des
couches de sol jusqu'à cette profondeur sont d'une importance
primordiale pour le choix du type approprié de fondations. La
profondeur de l'action du gel est également importante pour les
structures qui n'ont pas de pertes de chaleur appréciables pour le sol .
Jusqu'à ce jour les normes et codes du bâtiment ont beaucoup plus
insisté sur la profondeur de l'action du gel que sur la profondeur de
la zone active des sols argileux gonflables ou rétractables.


Zone active

La zone active est le terme proposé pour décrire la masse de sol
(au-dessous et autour d'une structure) qui sera modifiée de façon
sensible par la présence de la structure, ses équipements, son
aménagement paysager et ses bâtiments voisins. La zone active peut être
représentée par un environnement dynamique tridimensionnel influencé
par des forces imposées par l'intérieur et par l'extérieur. Les effets
des changements cycliques ou à long terme sur la teneur en humidité, la
température et la chimie se combinent souvent aux contraintes et aux
sollicitations auxquelles le sol est soumis. Le temps, la végétation et
les variations climatiques sont des facteurs naturels importants qui
modifient la portée et l'activité à l'intérieur de cette zone. Par
exemple, la figure 2 montre la différence entre les effets de
l'enracinement de profondeur uniforme typique des pâturages et des
forêts denses et la profondeur irrégulière de la zone active typique
des parcs où les arbres sont très espacés.


Figure 2. Configurations de la zone active pour différents types et
densités de végétation sur un dépôt d'argile profond avec nappe
souterraine profonde.

bonjour
pour completer le sujet nous avons ici l'avis de Mr Aissa Mamoune sur les sols gonflants

https://ingenieur.easyforumpro.com/ftopic988.htm?sid=660b2bf1540f87d217f119ef59660396

MERCI

Dans le développement urbain, la construction et l'aménagement
paysager ont souvent des conséquences importantes sur l'environnement
naturel (figure 3). Une excavation de 5 ou 6 pi pour un sous-sol de
maison se traduit par un déchargement net du sol car le poids de la
terre enlevée correspond habituellement à plusieurs fois celui de la
maison terminée. Ce déchargement entraîne un gonflement non uniforme du
sol et un soulèvement différentiel des fondations superficielles.
Réciproquement, le poids d'un remblai relativement bas peut être bien
plus important que celui du bâtiment construit au-dessus. La chaleur
rentre et sort d'un bâtiment, et le drainage du sous-sol et
l'irrigation de surface peuvent causer des changements marqués dans la
teneur en humidité, le volume ou les contraintes dans un sol.
L'asphaltage, l'aménagement paysager et l'irrigation de parties
importantes du terrain peuvent aussi avoir une grande influence sur les
dépôts d'argile profonds.



Figure 3. Configurations de la zone active pour différentes
influences structurales telles que: réduction de contrainte -,
augmentation de contrainte +, et flux de chaleur .

Conception des fondations

Il y a essentiellement deux méthodes de conception des fondations
pour les sols sujets à des gonflements ou à des retraits. Les semelles
superficielles étendues (figure 4) et les dalles sur terre-plein sont
les plus courantes dans la pratique traditionnelle. Les fondations
profondes, qui ont une capacité portante en sol stable au-dessous de la
zone active (figure 5), sont fréquemment retenues lorsqu'une analyse de
conception est effectuée par des experts géotechniciens.



Figure 4. Rendement à court terme typique d'une fondation peu profonde construite sur un dépôt profond de sous-sol gonflable.



Figure 5. Rendement à long terme typique d'une fondation construite
sur un dépôt profond de sous-sol gonflable, avec effets de la
croissance des arbres.

Les fondations superficielles peuvent subir d'importants mouvements
absolus (totaux) et différentiels des sols présentant un risque de
gonflement ou de retrait allant de modéré à fort. Les distorsions
atteignent rarement des proportions dommageables une année ou plus
après la construction, mais elles continuent à s'amplifier et à causer
des problèmes d'entretien pendant toute la durée de vie de la
structure. Lorsque la tolérance à la distorsion d'une structure a été
dépassée, les problèmes d'entretien réduisent souvent sa durée de
service.

Les fondations profondes peuvent éliminer complètement les
mouvements absolus et différentiels au sein de la structure principale.
Toutefois, pour des profondeurs égales de sous-sols, l'influence du
déchargement net de l'excavation jusqu'au niveau du sous-sol peut être
plus importante qu'avec des fondations superficielles. Ceci, parce que
le poids de la superstructure est transmis à de grandes profondeurs au
lieu d'avoir tendance à compenser le poids de sol excavé. Il n'est donc
pas rare que les composants supportés par le sol tels que les dalles de
sous-sol et les tuyauteries et équipements enterrés au niveau du sol ou
à proximité (par exemple les allées, trottoirs, conduites de services
et perrons) subissent des mouvements différentiels accentués par
rapport à la structure principale. Les éléments de charpente en portée
libre au-dessus de vides drainés et de vides sanitaires, les
transitions structurales ou en remblai stable entre la structure
principale et les sols naturels qui l'entourent, et les connexions
flexibles pour les conduits exigent tous une conception très complexe
et une construction contrôlée avec soin pour assurer une bonne
performance à long terme.

Sur les sols ayant un potentiel de retrait de modéré à fort,
l'importance et le taux des mouvements des fondations peu profondes
sont directement reliés à l'emplacement et à l'activité des racines
d'arbres. En période de sécheresse, les arbres à racines profondes ont
causé des mouvements différentiels sévères, de l'ordre de plusieurs
pouces durant une seule saison de croissance3,4; et sur de longues périodes, les mouvements différentiels cumulatifs à l'intérieur d'une seule habitation ont dépassé un pied.5

Sols d'argile utilisés comme remblai. Les sols riches en
argile présentent souvent des problèmes à long terme lorsqu'ils sont
utilisés comme remblai. Leur consistance en mottes et leur nature
cohérente résultant de techniques d'excavation courantes rend
difficile, sinon économiquement et pratiquement impossible, leur
recompactage à une teneur en humidité et une densité uniformes qui
assurera un tassement futur minimum, un gonflement possible minimum ou
des poussées latérales des terres minimales. Au-delà des problèmes
évidents de tassements superficiels importants et prolongés, les
remblais d'argile exigent des ouvrages de retenue singulièrement plus
forts, comme des murs de fondation, pour supporter les pressions
horizontales des terres plus importantes que celles qui sont exercées
par des remblais non argileux.

Dales sur terre-plein. Bien que dernièrement beaucoup de
progrès aient été accomplis dans le développement de méthodes de
conception pour assurer une rigidité de la dalle suffisante afin de
réduire au minimum les distorsions préjudiciables, nul ne peut assurer
que ces dalles n'auront pas à subir une inclinaison excessive lorsqu'il
se produira des changements non uniformes du volume du sol. Des couches
épaisses de sols non argileux recouvrant des dépôts d'argile peuvent
réduire les mouvements différentiels de dalles ou de semelles placées
au-dessus. Malheureusement, à Ottawa et Winnipeg, les racines des
arbres ont parfois pénétré les couches profondes de sorte que le
retrait dû au séchage qui en résulte a causé des dommages aux
fondations et aux structures situées plus haut.

Semelles étendues. L'avantage de placer des semelles étalées
aussi profondément que possible pour réduire au minimum les dangers de
la végétation à racines profondes est contre-carré par l'avantage de
maintenir les excavations de sous-sol aussi peu profondes que possible
pour réduire au minimum l'effet de déchargement-soulèvement. Si on peut
prévoir que les réactions à un nouvel environnement seront
exclusivement le retrait ou le gonflement, on peut facilement choisir
la profondeur la plus souhaitable pour une semelle étalée et un sol de
sous-sol. On a utilisé avec succès des fondations flottantes incorporant des dalles de béton épaisses fortement renforcées pour
maintenir les distorsions de la superstructure à des niveaux acceptables

Pieux profonds ou fondations sur pieux. Si l'on fait
suffisamment attention pour isoler les coiffes de pieux, les poutres et
autres éléments porteurs du sol par des vides adéquats ou des vides
sanitaires, les pieux profonds ou les fondations sur pieux sont très
efficaces pour les sols présentant un risque élevé de gonflement ou de
retrait. Bien qu'apparemment simples de conception et de construction,
leur bon potentiel de rendement peut être réduit à néant si l'on
n'accorde pas une attention toute particulière à des détails tels que
le drainage effectif et le contrôle de l'humidité dans tous les vides
et vides sanitaires et les raccords flexibles pour la plomberie et les
autres équipements supportés par le sol.

Conclusions

Grâce aux connaissances et aux notions maintenant disponibles
concernant le gonflement et le retrait des sols, il y a plusieurs
solutions de remplacement efficaces aux fondations traditionnelles.
Dans la plupart des grandes villes, les experts géotechniciens
contribuent aux procédés de développement qui aboutissent à des
solutions économiques. Les autorités responsables de la planification
et de la construction devraient exiger des rapports sur les risques
géotechniques dans les soumissions d'approbation de subdivisions ou de
plans de développement; et ces rapports devraient contenir une
évaluation des risques pour les différents ouvrages et des
recommandations sur les pratiques de conception et de construction les
plus appropriées pour assurer un rendement économique à long terme.


Références

1. Jones, D. E. Jr. et W. G. Holtz. Expansive Soils - the Hidden Disaster. ASCE, Civil Engineering, August 1973, p. 49-51.
   
2. Williams, A. A. B. Discussion of the Prediction of Total Heave from
   Double Oedometer Test by J. E. B. Jennings and K. Knight. Transactions,
   South African Institution of Civil Engineers, Vol. 8, No. 6, 1958.
   
3. Bozozuk, M. et K. N. Burn. Vertical Ground Movements Near Elm Trees. Géotechnique, Vol. X, No. 1, March 1960, p. 19-32.
   
4. Burn, K. N. House Settlements and Trees. Proceedings, National
   Conference on Urban Engineering Terrain Problems, May 1973, Associate
   Committee on Geotechnical Research, National Research Council of
   Canada, Division of Building Research, NRCC 13979.
   
5. Bozozuk, M. Soil Shrinkage Damages Shallow Foundation at Ottawa. Engineering Journal, Vol. 45, No. 7, July 1962, p. 33-37.
   

barak allaho fikoum rachid et imane

ELHO a écrit:barak allaho fikoum rachid et imane

merci

c'est un excelent article