La fondation superficielle est une fondation qui n’est que légèrement encastrée dans le sol ou simplement déposée. La fondation superficielle est principalement utilisée dans la construction de bâtiments sur terrain stable. Elle transmet des charges qui ne sollicitent que les couches peu profondes à l’inverse des fondations semi-profondes ou fondations profondes qui transmettent des charges dans les couches profondes et superficielles du sol. La fondation superficielle prend très souvent la forme d’une semelle ou de plots.
Quelles sont les types de fondations superficielles ?
Les types de fondations superficielles sont au nombre de 3 :
- La fondation à semelles filantes
- La fondation à semelle isolées
- Le radier
Les fondations à semelles filantes
La fondation à semelles filantes porte aussi le nom de fondation à semelles continues. C’est le type de fondations superficielles le plus utilisé en construction. Elle est installée à une profondeur hors-gel et constituée d’une poutre horizontale, appelée semelle, qui est déposée sur une couche de béton de propreté en fond de fouille.
On distingue deux type de semelles :
- la semelle flexible
- la semelle rigide
La fondation à semelle flexible
La semelle flexible est un type de semelle filante qui a une fine épaisseur. Elle est recommandée pour la construction de fondations sur un sol de mauvaise qualité. Ce type de semelle possède une bonne résistance aux charges et prend peu de place. En revanche, son installation nécessite plus d’acier dans les fondations et son installation reste complexe.
La fondation à semelle rigide
La semelle rigide est un type de semelle filante plus encombrante que la semelle rigide. Elle sera utilisée pour la construction de bâtiments sur sol de bonne portance. Ses principaux avantages tiennent du faible volume de béton coulé et de sa rapidité de mise en place. Toutefois ce type de semelle est plus encombrante et exige parfois un coffrage supplémentaire.
Les fondations à semelles isolées
La fondation à semelles isolées, aussi appelée fondation à semelle ponctuelle est un type de fondation qui consiste à supporter un poteau ou une colonne dans un bâtiment léger. Cette semelle transmet une charge ponctuelle au sol et doit donc être mise en œuvre lorsque le sol est de bonne qualité pour éviter les tassements différentiels.
La semelle isolée est utilisée sous les poteaux isolés, les poteaux de rive, les poteaux d’angle ou les poteaux intérieurs. Ce type de semelle présente des armatures assez basses afin de reprendre la flexion de la semelle par rapport à la charge apportée par le fût.
Le radier
Le radier est une dalle porteuse continue de béton armé qui fait office de base à la construction d’un bâtiment. Le radier est un type de fondation superficielle utilisé principalement sur des sols instables où l’enjeu des répartitions de charges au sol est important.
Le radier est recommandé lorsque les semelles continues ou isolées deviennent trop larges à cause d’un sol à faible portance, de charges verticales importantes (le poids du bâtiment notamment quand il s’agit d’un immeuble), du rapprochement des poteaux de fondation.
Calculer le dimensionnement des fondations superficielles
Le dimensionnement des fondations est calculé à partir de deux variables : la nature du terrain et le poids du bâtiment à construire (appelés aussi les caractéristiques techniques du sol). La nature du sol va déterminer la largeur des fondations tandis que le poids du bâtiment va en déterminer la profondeur.
Actions
Les actions à prendre en compte pour le calcul des fondations superficielles sont :
- les actions permanentes (G)
- les actions variables d’exploitation (Q)
- les actions accidentelles (A)
Pour les actions variables, sauf celles provenant des sols, la détermination de la valeur caractéristique (indice k) – valeur représentative principale – et des autres valeurs représentatives des actions est effectuée selon l’Eurocode 08 et les diverses parties concernées de l’Eurocode 19.
A propos de l’Eurocode 1, dans le cas des bâtiments courants, il s’agit en général des normes concernant les charges des bâtiments (NF EN 1991-1-110 : notations (G) pour les charges permanentes et (Q) pour les charges d’exploitation), la neige (NF EN 1991-1-311, (Sn)), le vent (NF EN 1991-1-4 12, (W)) et le séisme (NF EN 199813 (AEd)).
Les autres valeurs représentatives des actions, se déduisent de la valeur caractéristique par la multiplication par le coefficient i correspondant de combinaison (1, 2 ou 3) de l’Eurocode 0.
Caractérisation des Effets du Sol
Les interactions liées au sol peuvent être classées en plusieurs catégories, notamment :
- Effets liés au poids, incluant les terrains naturels ou les matériaux ajoutés. Ces effets sont considérés permanents dans les analyses et leurs valeurs sont spécifiées conformément à la norme NF P 94-261 (section 6 et annexe K).
- Forces de poussée et de réaction, également traitées comme permanentes. Leurs valeurs sont déterminées suivant les directives de l’EC7-1 (section 9.5) et les normes NF P 94-281 et 282.
- Pressions exercées sur les fondations superficielles, traitées comme des actions et évaluées à l’aide de modèles de calcul adaptés.
- Effets résultant de mouvements globaux du sol (tassement, gonflement ou retrait), évalués selon l’EC7-1 et la norme NF P 94-261.
- Effets transmis par le sol, classés comme permanents ou variables selon leur durée et le contexte spécifique du projet.
- Effets liés à la présence d’eau dans le sol.
- Effets provenant de structures enterrées adjacentes.
Lors des analyses géotechniques, il est important de noter que les interactions peuvent varier. Il est donc conseillé de commencer par une approximation initiale pour l’étude. Toutes les interactions entre la structure et le sol doivent être prises en compte.
La durabilité des effets est évaluée en fonction de leur impact sur les propriétés mécaniques des sols, en particulier en ce qui concerne le drainage et la compressibilité des sols fins. Le choix des valeurs caractéristiques des paramètres géotechniques doit se baser sur des mesures et des résultats d’essais in situ et/ou en laboratoire, enrichis par l’expérience acquise.
La valeur caractéristique d’un paramètre géotechnique doit représenter une estimation prudente de la valeur influençant l’occurrence de l’état limite.
Données géométriques
Les coefficients de sécurité appliqués aux actions et aux propriétés des matériaux prennent en considération les légères variations des caractéristiques géométriques. Les éléments tels que l’altitude et l’inclinaison de la surface du sol, les niveaux d’eau, les frontières entre différentes strates géologiques, les profondeurs des excavations, ainsi que les dimensions des structures géotechniques, doivent être considérés comme des données géométriques.
Détermination des charges
Les principes de détermination des capacités d’une structure à répondre à des exigences particulières sont explicités dans l’Eurocode général : NF EN 1990 : Eurocodes structuraux – Bases de calcul des structures
Cet Eurocode définit deux états-limites :
- états-limites ultimes : ils correspondent à la rupture ou à d’autres formes similaires de défaillance structurale. Ils donnent une capacité de résistance maximale d’une structure ou d’un élément de ses éléments.
- états-limites de service : ils permettent de définir les conditions au-delà desquelles les exigences d’aptitude au service spécifiées par le maître d’ouvrage pour une structure ou un élément structural ne sont plus satisfaites.
Ce dernier état-limite peut avoir des conséquences pouvant être irréversibles ou réversibles.
Déterminer les tassements du sol
Le sol est un environnement hétérogène constitué de particules solides de diverses tailles, créant des espaces vides qui facilitent le flux hydraulique.
Les tassements du sol peuvent avoir différentes origines, telles que :
- Un tassement élastique.
- Un tassement causé par la consolidation de certaines strates du sol.
- Un tassement résultant du fluage du sol.
Pour déterminer le tassement élastique, plusieurs méthodes peuvent être utilisées :
- La méthode élastique ajustée, comme suggérée dans l’annexe F de l’Eurocode 7.
- La méthode pressiométrique.
- La méthode d’intégration par tranches.
- Le tassement de consolidation est un processus de réduction progressive du volume du sol au fil du temps, sous l’effet d’une contrainte normale constante dans un sol saturé d’eau, par le déplacement de l’eau à travers le sol.
Dans le cadre de la vérification des états-limites de service, il est essentiel de s’assurer que les tassements totaux ou les tassements différentiels entre les points d’appui sont acceptables pour la structure supportée.