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Les fondations

Les fondations de votre chalet bois

En construction, la fondation d’un bâtiment est l’élément d’un ouvrage de travaux public ou de bâtiment servant à transmettre et répartir les charges au sol. Ces charges sont représentées par le poids de la bâtisse, les forces climatiques et sismiques et les charges d’exploitation. 

Les fondations sont importantes dans la construction d’un bâtiment. Elles forment une structure qui permet de conditionner la pérennité du bâtiment, de garantir sa portance et surtout d’avoir un contrôle sur les tassements dus à ses charges au sol. Les fondations d’un bâtiment vont aussi lui permettre de résister davantage aux conditions climatiques, aux infiltrations d’eau et aux fissures. 

Le choix de la fondation dépendra de nombreux facteurs que nous sommes à même d’étudier et de mesurer : 

  • la capacité portante du sol
  • l’environnement du bâtiment à fonder
  • les forces en jeu
  • les tassements admissibles

Selon les résultats des mesures, il pourra être proposé parmi 3 type de fondations : 

Ils diffèrent chacun par la profondeur de fondation, de leur fonctionnement mécanique et de leur géométrie.  La nature du terrain peut conduire à des difficultés de fonder. La construction du bâtiment commence donc dans ce cas par le renforcement du sol. La fondation est la partie inférieure du bâtiment qui a pour but de supporter les charges et les surcharges d’un bâtiment et de le transmettre dans le bon sol.

Dimensionnement des fondations

fondations superficielles
Dimensionnement des fondations pour un studio de jardin

Le type de fondation dépend de la nature du sol mais aussi de la nature et surtout de la taille du bâtiment à construire. Plus un terrain possède une bonne portance et un faible tassement, mieux le bâtiment tiendra dans le temps. 

L’ingénieur géotechnicien est chargé d’étudier les sols avant la construction d’un bâtiment. Après avoir réalisé des mesures précises, il rédige un rapport géotechnique qui va guider le choix du type de fondation ou la nécessité de renforcer le sol et le niveau d’assise. 

On peut calculer le type de fondation selon que D est la hauteur d’encastrement (épaisseur minimum des terres au-dessus de la base de la fondation et B est la largeur de la base de la fondation. En résultent alors : 

  • Fondations superficielles si le rapport encastrement/largeur de la base D/B < 4
  • Fondations profondes si le rapport D/B ≥ 10 ;
  • Fondations semi-profondes si 4 ≤ D/B < 10.

si D/B augmente, le prix de la prestation augmente aussi

Le dimensionnement des fondations en France est réglementé par la norme DTU 13.12 en imposant un niveau de dimensionnement aux états-limites (ELU). Les législations évoluant il faut désormais se conformer à la réglementation de l’Eurocode 7 (norme NF EN 1997-1 et norme NF EN 1997-1/NA). 

Les fondations superficielles sont réglementées par la norme NF P 94-261. Quant aux fondations profondes, c’est la norme NF P 94-262 qui réglemente leur dimensionnement. 

cartographie limite fondation
Dimensionnement des fondations en France

Lorsque l’on définit les situations de calcul et les états-limites, il convient de considérer les facteurs suivants :

  • la stabilité globale du terrain et les mouvements du sol ;
  • la nature et la taille de la structure et de ses éléments ;
  • le voisinage (les bâtiments proches, les voies de circulation, réseaux divers, la densité de la végétation) ;
  • l’état des eaux souterraines ;
  • l’indice de sismicité;
  • l’influence de l’environnement (hydrologie, eaux superficielles, affaissements et subsidence, variations saisonnières de la température et de l’humidité).

La tenue d’une fondation peut-être fragilisée par les cycles gel-dégel. Ces derniers, par de trop grands écarts de températures, vont déstructurer le sol d’assise des semelles de fondation et impacter la stabilité du bâtiment. C’est pour cette raison qu’il est nécessaire de construire des fondations hors-gel. De la région où se trouve le projet de construction dépendra la profondeur hors-gel des fondations.  

Fondations superficielles

semelle filante
Schéma d'une fondation superficielle dites à semelle filante

Les fondations superficielles ou fondations directes sont un type d’assise permettant de transmettre les charges d’un bâtiment avec peu de tassement. Les fondations superficielles exigent d’être construites sur un sol ayant une capacité portante élevée. Elles sont couramment proposées comme structure aux habitations car peu coûteuses et simples à réaliser. 

Selon la structure à supporter, les fondations superficielles peuvent être de type :

  • plots de fondation ou semelles isolées, elles sont utilisées sous des poteaux isolés, des poteaux de rive, des poteaux d’angle ou des poteaux intérieurs. Les semelles isolées ont une forme presque carré ou ronde. Leur armatures sont assez basses afin de reprendre la flexion de la semelle par rapport à la charge apportée par le fût.;
  • semelles filantes ou linéaires, elles sont utilisées sous un mur continu, aussi appelé voile, avec une armature de chaînage et une armature transversale qui servent à équilibrer la flexion des semelles par rapport au soubassement. On distingue deux type de semelles filantes : rigides (pour les sols de bonne portance) et flexibles (pour les sols de moins bonne qualité)
  • radier, il est utilisé quand la surface des semelles isolées ou des semelles filantes dépasse 50% de l’emprise du bâtiment ou quand la différence entre les descentes de charge et la charge admissible oblige à augmenter la largeur des semelles filantes (par exemple comme plancher de sous-sol).

Le niveau de sol sur lequel reposent les fondations superficielles est appelé « niveau d’assise », « fond de coffre » ou encore « fond de fouille ».

Construction de fondations superficielles

La construction de fondations superficielles exige de suivre plusieurs étapes :

  • la première étape consiste à dégager le terrain de tous les végétaux obstruant la zone de construction ;
  • la seconde étape est appelée le décapage en découverte. Il s’agit d’une fine couche de terre découpée puis utilisée après construction pour aménager ses abords ;
  • le piquetage : le piquetage de la zone à terrasser est réalisé, en général par le géomètre et/ou le chef de chantier ;
  • le creusement des fouilles : dans le cas de semelles filantes, elles sont effectuées en rigole (moins de deux mètres de largeur sur moins d’un mètre de profondeur) ;
  • le coulage du béton de propreté, effectué sur une épaisseur de 5 à 10 cm environ : il d’isoler les armatures. Il est faiblement dosé (en général, 150 kg de ciment pour un mètre cube) ;
  • la mise en place des armatures ;
  • le coulage de la semelle.

Lorsque la capacité portante du fond de coffre n’est pas homogène, la mise en œuvre d’un radier général sera une alternative économique aux fondations semi-profondes et profondes.

Fondations profondes et semi-profondes

fondation par micropieux
schéma d'une fondation profonde avec utilisation d'un micropieux

Les fondations profondes et semi-profondes sont des structures qui permettent à un bâtiment d’être fondé en profondeur lorsque la couche superficielle de sol n’est pas suffisamment résistante pour employer des fondations superficielles. 

Les charges sont reprises à travers la portance à laquelle sont ajoutés des frottements latéraux exécutés par le sol au-dessus de la fondation, que l’on appelle résistance à l’enfoncement. L’exemple le plus parlant est le sable mouvant. Plus un objet s’enfonce plus la résistance du sol augmente. 

L’ancrage critique désigne l’interaction entre la fondation et le sol.Passé une certaine profondeur (ancrage critique) la résistance du sol sous la fondation atteint sa limite et la longueur de la fondation profonde devient alors le critère déterminant de son dimensionnement. Cette notion d’ancrage critique est liée le plus souvent aux profondeurs de fondation supérieures à 6m. 

On ne parle pas d’ancrage critique pour une fondation semi-profonde car la fondation se trouve au-dessus de cette limite entre 3 m et 6 m de profondeur. La fondation semi-profonde est recommandée lorsque les fondations superficielles ne peuvent pas être faîtes et qu’il n’y a pas de raisons de réaliser des fondations superficielles. 

Construction des fondations profondes

Les fondations en pieux est le type de fondations profondes le plus courant. Les fondations en pieux peuvent être battus, foncés ou forés. Les fondations profondes peuvent aussi être construites à partir de la technique de la paroi moulée. Ce type de fondation profonde est plus utilisé pour la construction de fouilles que lieu d’habitation. 

Il existe pleins d’autres techniques de construction de fondations profondes comme : les fondations en micropieux, les palplanches, le jet-grouting…

Construction de fondations semi-profondes

La construction de fondations semi-profondes est principalement utilisée sur un sol stable en faible profondeur. On creuse de petits puits pour que la fondation soit stable sur la couche de sol et on remplit ces puits de béton d’environ 200 kg de ciment/m3). Ces puits sont creusés à chaque coins du chantier. 

On utilise ensuite des poutres, appelées longrines, pour relier les puits entre eux et créer l’assise pour les futurs murs porteurs du bâtiment (clavetages).

Renforcement des sols

systèmes de renforcement des sols
systèmes de renforcement des sols

Le renforcement des sols fait partie du domaine de l’amélioration des sols. Cette technique consiste à améliorer les caractéristiques d’un sol en y plaçant des inclusions résistantes passives linéaires, planes ou composites. 

Le renforcement des sols permet de favoriser l’utilisation de fondations superficielles plutôt que des fondations profondes ou semi-profondes, plus lourdes en coût et en temps de mise en œuvre. 

Plusieurs catégories de techniques existent :

  • Renforcement des sols par inclusion d’éléments résistants dans le sol : inclusions rigides, colonnes ballastées, enrochements, injection de coulis et de résines, clouage ;
  • renforcement des sols par utilisation des sols remaniés en utilisant des armatures horizontales comme des nappes, des bandes, des structures alvéolaires ou encore à l’aide de fibres courtes ou continues;

Fondations parasismique

systeme isolation parasismique
Système d'isolation parasismique pour un musée

L’isolation sismique des fondations que l’on traduit plus couramment par fondations parasismiques permet de dissocier le mouvement du sol de celui du bâtiment pour que les forces transmises soient diminuées. 

Une structure bénéficiant de fondations parasismiques verra les forces sismiques réduites de 3 à 10 fois leur impact réel par rapport à une structure n’ayant pas de fondations parasismiques. Les fondations choisies dépendent de la zone géographique où elles sont implantées car leur efficacité varie en fonction de la « qualité du sol ».

Au lieu de creuser des fondations plus résistantes et coûteuses, l’ingénierie parasismique va chercher à placer entre les fondations et la superstructure, des dispositifs qui ont une déformabilité horizontale très importante (pour dissiper la déformation transmise au bâtiment) et une rigidité verticale très élevée (pour supporter le poids du bâtiment). On utilisera une variété de matériaux pour amortir les vibrations comme des galets en caoutchouc, appuis néoprène (empilement de feuillets de néoprène et de plaques d’acier), etc.

Les charges de la structure porteuse 

Les fondations d’un bâtiment sont soumises à différentes charges mécaniques que nous listons ici :

Charges verticales :

  • les charges permanentes telles que le poids des éléments porteurs, le poids

des éléments non porteurs,

  • les charges variables telles que le poids des meubles, le poids des personnes, le poids de la neige,

Charges horizontales (ou obliques) :

  • les charges permanentes telles que la poussée des terres,
  • les charges variables telles que la poussée de l’eau ou du vent