Mouvements de fondations

Mouvements de fondations

Publié à l'origine en avril 1973.

C.B. Crawford
Il est assez normal dans la conception d'un bâtiment de supposer que
les fondations ne bougeront pas. Par conséquent, si des fissures
apparaissent dans le bâtiment, l'on en conclu que les fondations ont
bougé et que ce mouvement est la seule cause de ce fendillement. Aucune
de ces deux hypothèses n'est exacte. Il est nécessaire pour évaluer
l'influence d'une fondation sur le fendillement, de tenir compte de la
nature et de l'étendue des mouvements de cette fondation et de
comprendre pourquoi et comment ces mouvements se produisent.

Dans les limites raisonnables, l'on se soucie moins de
l'affaissement global d'un bâtiment que d'un tassement différentiel. Le
Palais des Beaux-Arts Mexico City, par exemple, s'est affaissé de plus
de 10 pieds dans la terre depuis sa construction qui date de 60 ans et
le résultat le plus frappant consiste en ce que l'escalier d'honneur en
pierre a disparu et que l'entrée est maintenant au niveau de la rue. De
pareils avaries se produisent rarement de nos jours. Grâce à une
meilleure compréhension des propriétés des sols et des matériaux
rocheux, les ruptures de fondations se font de plus en plus rares.
Néanmoins, certains mouvements nocifs surviennent de temps en temps et
nous en étudierons les causes possibles dans ce Digest.

Les sols et roches de fond ressemblent aux autres matériaux de
construction en ce qu'ils cèdent sous une charge, mais à leur encontre,
on doit les utiliser à leur état naturel; on ne peut les transformer
par une opération industrielle. Exception faite de certains cas, on
peut exclure la roche de fond de cette étude parce qu'elle constitue
généralement un matériau satisfaisant. Les sols, par contre, sont
souvent chargés à leur limite par les sollicitations placées sur les
fondations.

Contraintes dues aux fondations

La prévision des mouvements de fondation est basée sur la
connaissance de la méthode par laquelle les charges appliquées sur une
fondation sont transmises au terrain d'assise et comment les matériaux,
sol ou roche, réagissent à l'accroissement correspondant des
contraintes. Il existe beaucoup trop de variables pour que ces
prédictions soient exactes, mais elles s'avèrent suffisantes dans la
plupart des cas.

Considérons d'abord comment ces sollicitations sont transmises au
terrain d'assise par une semelle de grande dimension et une autre de
petite dimension, chacune supportant une pression unitaire identique
(Figure 1). Les lignes courbes sous les semelles représentent des
lignes d'accroissement uniforme de pression dues à la charge supportée
par la semelle. On les appelle "bulbe des pressions." Il faut noter que
la ligne la plus profonde, dénotant un accroissement de la pression
égal à 10 pour cent de la surcharge, pénètre à une profondeur deux fois
plus grande que la largeur de la semelle. Si l'on utilise une série de
semelles étroites placées tout près les unes des autres, les bulbes de
pressions se croisent et leur influence sur le sous-sol est plus
profonde que pour une semelle isolée. Lorsqu'on utilise des pieux, les
charges des fondations sont transmises à des couches plus profondes. Si
les pieux sont longs par rapport à la largeur du bâtiment, l'effet est
beaucoup plus grand que si les pieux sont relativement courts. Le
concept de bulbe de pressions aide à déterminer la profondeur des
sondages à effectuer.



Figure 1. Lignes de contrainte verticale uniforme dues aux surcharges sur le sol d'assise.

Exemples de tassement

À mesure que les charges de l'ouvrage sont transmises au sol il en
résulte un tassement immédiat à la déformation instantanée du sol. Le
bâtiment, en cours de construction, peut s'adapter à la plupart de ces
tassements immédiats, et heureusement la plupart des tassements
différentiels surviennent durant cette période. Cependant, en certaines
circonstances, les sols fins continueront à se déformer sous une charge
constante, pendant plusieurs années. Cette déformation à long terme
s'appelle tassement par consolidation et résulte de l'évacuation de
l'eau interstitielle par compression.

Les tassements différentiels se produisent pour diverses raisons:

• variations locals de compressibilité du sol,
  
• épaisseur variable du sol compressible,
  
• différences dans la dimension et le taux de travail des semelles,
  
• surcharges variables contraintes chevauchantes
  
• différences dans la profondeur d'encastrement des semelles.
  

Un exemple classique de tassement par consolidation se produit sous
l'Hôtel Empress à Victoria B.C. Ce bâtiment est fondé sur des pieux de
50 pieds de longueur reposant sur du gravier à une extrémité mais ne
pénétrant qu'à mi-profondeur d'une couche d'argile compressible à
l'autre. Quoique le tassement maximum à l'extrémité fondée sur l'argile
mesure plus de 30 pouces, le dommage au bâtiment est minime parce que
ce dernier s'est affaissé sur un plan incliné. Heureusement, depuis
1912 soit peu après la fin des travaux, on a enregistré annuellement
les résultats d'observations des niveaux, ce qui nous a permis de
reconstituer l'historique du chargement et du tassement de l'édifice
depuis le commencement de la construction. On a ainsi démontré que le
tassement fut rapide au cours des cinq premières années et se continu
lentement 65 ans plus tard.

Même lorsque le sous-sol est assez uniforme, un tassement
différentiel très important peut se produire sous l'effet de charges
unitaires différentes sur les fondations. Le Musée National à Ottawa
est un exemple d'un tel phénomène. Cet édifice massif repose sur un
système complexe de semelles fondées à deux profondeurs, et dont les
charges unitaires varient de moins d'une tonne à plus de quatre tonnes
par pied carré. Cinq ans après la fin des travaux, le tassement
différentiel devint tellement important que la tour au-dessus de
l'entrée principale fut démoli en 1915 pour en éviter l'effondrement.
L'évaluation de l'affaissement total varie entre zéro, là où les
charges unitaires sont faibles, à 1.6 pieds sous la tour. Il y a
quelques années, une section du plancher original fut enlevé, dévoilant
qu'un tassement allant jusqu'à ½ pied qui s'était produit durant la
construction établissait le tassement différentiel total au niveau des
fondations à plus de 2 pieds. Certaines cloisons intérieures ont été
sérieusement endommagées par ce mouvement, mais la structure, grâce au
type de charpente, est en bon état.

Un autre exemple illustrera comment l'on peut construire un ouvrage
avec succès, même sur des terrains extrêmement défavorables, grâce aux
méthodes modernes. Une usine construite sur la rive sud du St-Laurent à
Varennes, à 20 milles en aval de Montréal, est supportée sur un radier
en béton armé de 2.5 pieds d'épaisseur reposant sur une couche d'argile
compressible de plus de 100 pieds en profondeur. La machinerie, par
contre, est supportée sur des fondations sur pieux indépendantes du
radier. La pression unitaire varie entre 700 et 1700 liv./pi² sur la
superficie du bâtiment mesurant 100 par 300 pieds. Le tassement varie
de plus de 6 pouces sous la zone lourdement chargée à 2 pouces sous la
zone faiblement chargée. La plus grande partie du tassement s'est
produit durant la période de construction qui se terminait en 1957 et
un autre 2 pouces s'y ajouta durant les 6 premières années
consécutives. Ce degré de tassement différentiel était parfaitement
acceptable aux propriétaires pour des raisons économiques, et un
agrandissement commencé en 1961 fut construit de la même manière. On a
incorporé dans la conception de la bâtisse assez de flexibilité pour
permettre à ce tassement différentiel de passer presque inaperçu.

Dans un deuxième exemple, tiré de la même région géologique, les
résultats n'ont pas été aussi satisfaisants. Dans ce cas, un large
entrepôt, adjoint à un bâtiment sur pieux, fut construit sur un remblai
de sable de 3 pieds de hauteur reposant sur de l'argile compressible.
Les concepteurs ne se rendirent pas compte du fait que le remblai
surchargeait le sol plus que le bâtiment lui-même. Il en résultat un
tassement différentiel imprévu de plus de 1½ pieds, causant des
dommages considérables et des difficultés d'exploitation.

Le tassement différentiel d'un bâtiment important peut être limité à
une fraction de pouce dans la plupart des régions du Canada. La tour CN
de 26 étages à Edmonton offre un exemple excellent du résultat auquel
on peut s'attendre lorsque la technique moderne est appliquée à l'étude
des fondations. Cette structure en béton armé, fondé sur des semelles
superficielles assises sur un till sableux ou d'argile limoneuse à des
profondeurs de 22 et 26 pieds, s'est affaissée d'un peu plus d'un pouce
en 6 ans, accusant un différentiel de moins de ½ pouce; 80 pour cent du
tassement total eut lieu durant la construction. Le risque
d'affaissements nuisibles semble beaucoup plus élevé pour les immeubles
plus modestes tels les maisons-appartements de 10 ou 15 étages alors
que les propriétaires sont souvent enclin à économiser sur les sondages
et la conception des fondations.

Types de tassement

Il existe trois types fondamentaux de tassement: tassement uniforme,
plan incliné, et tassement irrégulier (Figure 2). Le tassement uniforme
ou sur un plan incliné (dans des limites raisonnables) n'affectent que
très peu une structure, les mouvements qui en résultent peuvent
cependant endommager les services et accessoires tels les conduites
d'eau et les passages souterrains. Le tassement irrégulier est
caractérisé par la déformation angulaire et peut causer des fissures ou
même une rupture structurale. Le degré de déformation angulaire est le
rapport entre le tassement différentiel et la distance entre les
supports, /L.
Les essais en laboratoire et les observations sur les lieux démontrent
une certaine corrélation entre la déformation angulaire et
l'endommagement entre la déformation angulaire et l'endommagement pour
divers types de construction, s'échelonnant de 1/750 alors que l'on
peut s'attendre à des difficultés avec de la machinerie sensible, à
11150 alors que les dommages structuraux sont à craindre.



Figure 2. Types de tassements

Le tassement qu'un bâtiment peut toléré (tassement admissible)
dépend de sa grandeur, son type et son usage. Le tassement admissible
pour l'usine à Varennes, par exemple, ne le serait pas pour un hôtel de
ville. Pour des raisons pratiques, le tassement que l'on peut tolérer à
Mexico City à cause des problèmes difficiles qui s'y posent est
supérieur à celui que l'on tolérerait dans une ville du Canada.

Sols sujets au gonflement et retrait

Jusqu'à présent cet exposé s'est limité à l'étude des mouvements de
fondations dûs à la compression du sous-sol soumis à des charges. Des
mouvements importants peuvent également résulter du retrait ou du
gonflement d'un sous-sol argilleux par suite de contraintes
indépendantes des pressions imposées par les fondations.

Les sols argilleux à grains fins sont sujets à des contraintes
extrêmement fortes dues au dessèchement par l'air ou la végétation. Le
retrait peut se produire sur la profondeur des racines, et la
profondeur de la couche ainsi desséchée dépend des conditions
atmosphériques et de la végétation. La végétation résistante à la
sécheresse qui pousse dans une région semi-aride peut enfoncer ses
racines à une profondeur de plus de 20 pieds. Parce que les racines
d'arbre sont extrêmement efficaces à extraire l'humidité du sol, la
profondeur et le degré de retrait peuvent être influencés dans les sols
nourrissant une telle végétation. Certains sols se regonflent à leur
volume original lorsque retrempés. Le mouvement de haut en bas et de
bas en haut d'une semelle dépend alors de l'état du sol au moment de la
construction et de l'humidification et de la dessiccation subséquente.
Normalement les soulèvements les plus importants se manifestent dans
des terrains desséchés par une dense végétation ou une aridité
excessive et qui sont par la suite exposés à des conditions beaucoup
plus humides résultants des travaux de construction et d'irrigation.

Quoique le retrait et le gonflement n'intéressent normalement que
les semelles superficielles et faiblement chargées, elles peuvent
causer des dommages considérables à des bâtiments de grandes
dimensions. Les sols sujets au gonflement se retrouvent surtout dans la
région des Prairies. A Winnipeg, l'agrandissement d'une église fut
réalisé sur un terrain où on y avait abattu des arbres immédiatement
avant le commencement des travaux. La dalle de l'agrandissement,
reposant directement sur le sol, fut soulevé de 6 pouces en deux ans,
brisant ainsi la continuité entre les deux bâtiments. Quoique la
charpente elle-même fusse supporté sur des pieux, les cloisons et les
travaux de finition au sous-sol furent sévèrement endommagés, imposant
une certaine déformation à la structure au-dessus du rez-de-chaussée.

Il est chose courante dans plusieurs des régions du Canada dotées
d'argile grasse, d'observer des soulèvements et affaissements
successifs de quelques pouces lorsque les fondations sont peu
profondes. Dans ces régions, l'on peut surmonter le problème en
concevant une structure rigide et ainsi restreindre le mouvement
différentiel, ou en supportant le bâtiment sur une fondation plus
profonde (à savoir des pieux courts) et en prévoyant un espace sous les
dalles pour parer aux mouvements du sol.

Autres causes

Il existe quelques autres causes de mouvements de fondation qui
méritent mention. Le gel du soi est un problème dans la plupart des
régions du Canada. Lorsque les sols à grains fins tels les limons et
les argiles ou même les sables et graviers contaminés gèlent, l'eau est
tiré de la nappe phréatique et gèle en lentilles discontinues et
provoque une augmentation de volume. En hiver le chauffage suffit
ordinairement pour maintenir la gelée éloignée des fondations, mais on
néglige trop souvent la possibilité du soulèvement d'un garage relié à
une maison ou d'une entrée en sous-sol sous l'action du gel. Il peut
ainsi en résulter des dommages considérables à une structure légère. La
gelée est aussi un hasard durant la construction. Un bâtiment important
en construction à Ottawa fut sérieusement endommagé durant une période
très froide. Les dalles de béton au sous-sol furent soulevées par la
gelée et se brisèrent et ces mouvements se prolongèrent dans le
bâtiment, provoquant des déformations et des fissures dans les
cloisons. Dans le nord canadien, on retrouve plusieurs exemples de
déformations dans des bâtiments chauffés occasionnées par le dégel du
pergélisol qui les supporte.

On ne peut même pas toujours se fier à la roche de fond. La dalle au
sous-sol d'un édifice dans le centre-ville d'Ottawa commença à se
soulever mystérieusement quelques années après la fin des travaux de
construction. Des travaux de recherche démontrèrent que le pyrite dans
le schiste de fond était transformé par oxydation et action bactérienne
en du gypse et autres matériaux sulfatés et se gonflait. Certaines
parties de la dalle furent soulevées de 4 pouces, en l'espace de 5 ou 6
ans, ne causant que des déformations structurales mineures avant que le
gonflement ne soit arrêté par une intervention chimique controllées.

On peut conclure de cet article que les mouvements de fondation se
produisent toujours. Il faut cependant se rappeler que l'on peut
toujours prédire avec assez d'exactitude le rendement d'une fondation.
Pour de simples fondations reposant sur un bon terrain ceci peut se
faire pour une somme très modique. Aux endroits moins propices, ou pour
des projets exigeant des fondations complexes, une reconnaissance plus
approfondie et plus coûteuse du terrain est souvent requise. Le
concepteur doit alors transiger entre son désir d'empêcher tout
mouvement et celui du propriétaire pour une fondation des moins
dispendieuses. D'une part il peut être avantageux d'opter pour un
tassement différentiel considérable et de détailler les joints en
conséquence, et d'autre part il est possible de concevoir une fondation
suffisamment stable et d'ignorer le fléchissement pour ce qui a trait à
la conception des joints, laissant aux joints prévus à d'autres fins
d'accommoder les petites déformations dues aux mouvements de
fondations. Il est donc évident qu'il y a avantage à ce que l'ingénieur
en fondation et l'ingénieur en structure travaillent ensemble vue
l'interaction terrain-charpente.

merci rachid pour les efforts

ELHO a écrit:merci rachid pour les efforts

de rien

merci pour vs mon frere

muhamad a écrit:merci pour vs mon frere

de rien

merci bcp Rachid pour ces informations c'est tres utile
sahitoo

ibrahim74 a écrit:merci bcp Rachid pour ces informations c'est tres utile
sahitoo

merci

merci bien

Merci

Merci