Les semelles de fondations

Une semelle de fondation, aussi appelée semelle filante, est un ouvrage d’architecture en béton armé (DTU 13.1) qui reprend les charges d’un organe de structure d’une construction et qui transmet et répartit ces charges sur le sol (fond de coffre ou niveau d’assise). On distingue deux types de semelles, les semelles isolées et les semelles filantes.

Elle est adaptée aux terrains suffisamment porteurs, lorsque le sol de résistant est situé à moins de 3 mètres de profondeur. Elle est peu profonde et est idéale pour reprendre des descentes de charge non concentrées des constructions légères (fondation pour la construction d’une maison par exemple).

Profondeur

Le sol doit avoir une qualité et une capacité portante adéquates pour des fondations. En France métropolitaine, la profondeur minimale de pose varie de 50 cm à 100 cm. Cette profondeur protège la fondation des effets du gel. Les cycles de gel et de dégel déstructurent les sols, causant des désordres aux fondations.

Une semelle filante de fondation nécessite une installation sur un lit de béton de propreté. Ce béton de propreté, dosé à 150 kg/m^3 et d’une épaisseur de 4 cm minimum, se prépare au fond de la fouille. Il prévient l’altération ou la décompression du sol de base. Le coulage de ce béton doit suivre rapidement l’ouverture des fouilles. Des sols comme les marnes ou les argiles sont sensibles aux intempéries. Des mesures adaptées contre le retrait-gonflement des argiles sont nécessaires.

Les éléments créant des points de dureté doivent être retirés. Les lentilles ou poches formant des points de faiblesse doivent être éliminées. En cas de gel, la glace en fond de fouille doit aussi être retirée.

Mise en œuvre et dimensionnement

En France, le Document technique unifié n°13.11 décrit les méthodes de mise en œuvre des semelles. Le Document technique unifié n°13.12 définit les règles de calcul de dimensionnement pour les fondations superficielles.

Le fascicule 62, titre V, établit également des règles de calcul. Ces règles concernent les fondations, tant superficielles que profondes, des ouvrages de Génie Civil..

Pour une maison individuelle, la hauteur minimale de la semelle devra être de 25 cm et sa largeur minimale de 50 cm.

Le choix de l’armature

Les semelles filantes sous mur doivent comporter des armatures de chaînage avec une section minimale de 1,6 cm^2, conformément au DTU 13.1. Cela nécessite l’usage d’un ferraillage de type S45 pour les semelles filantes (4 fils HA 8) en zone non sismique sur un sol homogène et peu compressible. Sur des sols moins performants, un renforcement des armatures est requis.

Étapes détaillées de conception

1. Étude et Planification Avant toute intervention, une étude géotechnique du sol s’impose. Elle permet d’évaluer sa capacité portante et d’identifier d’éventuelles contraintes. Parallèlement, la conception de la fondation nécessite un plan détaillé. Ce dernier doit inclure les dimensions, l’orientation et les spécificités structurales de la fondation. Une planification minutieuse assure l’adéquation entre la structure à soutenir et les capacités du sol.
2. Tracé et ExcavationLe tracé précis des limites de la fondation guide l’excavation. L’opération d’excavation requiert une machinerie adaptée pour creuser une tranchée aux dimensions spécifiées. Durant cette étape, le respect scrupuleux des niveaux et des pentes est essentiel. Une excavation précise évite les ajustements coûteux lors des étapes ultérieures.
3. Préparation du lit de fondationUne fois la tranchée excavée, il faut la préparer. Le nivellement et le compactage du fond assurent une base solide. Selon le type de sol, une couche de gravier ou de sable peut être nécessaire. Cette couche améliore la répartition des charges et la stabilité de la fondation.
4. Coulage du béton de propretéLe béton de propreté se verse au fond de la tranchée. Cette couche, d’environ 4 cm, protège la fondation de l’humidité et des agressions externes. Elle offre aussi une surface plane pour l’installation des armatures. Le béton de propreté doit être de qualité et bien nivelé.
5. Mise en place des armaturesL’installation des armatures de chaînage respecte les normes du DTU 13.1. Une section minimale de 1,6 cm^2 est requise pour ces armatures. Leur positionnement et espacement doivent être précis pour assurer la résistance de la fondation. Un ancrage adéquat des armatures garantit leur efficacité.
6. CoffrageLe coffrage, si nécessaire, permet de maintenir le béton en place. Il doit être robuste et bien ajusté pour éviter les fuites de béton. Le coffrage donne également la forme désirée à la fondation. Un bon coffrage facilite l’étape de coulage et assure un fini net.
7. Coulage du bétonLe béton se mélange selon les spécifications techniques. Son coulage nécessite une répartition uniforme autour des armatures. L’utilisation d’une barre à béton ou d’un vibrateur élimine les bulles d’air. Cette étape est cruciale pour la solidité de la fondation.
8. Lissage et finitionAprès le coulage, la surface du béton se lisse. Cette opération assure un niveau adéquat et une finition soignée. Le lissage doit être effectué avec précision pour éviter les irrégularités.
9. Cure du bétonLe béton doit durcir pendant plusieurs jours. Durant cette période, il est protégé des intempéries et de l’évaporation rapide. La cure est indispensable pour atteindre la résistance maximale du béton.
10. Retrait du coffrageUne fois le béton durci, le coffrage se retire avec soin. Cette étape doit être effectuée sans endommager la fondation. Un retrait précautionneux du coffrage révèle la qualité de l’ouvrage.
11. Inspection et nettoyageUne inspection finale vérifie la conformité de la fondation. Tous les défauts éventuels doivent être corrigés. Le nettoyage du site élimine les débris et matériaux résiduels.

Dimensionnement

On distingue quatre types de semelles : On note « L » la longueur, « B » la largeur et « R » le rayon.

• Les semelles filantes lorsque L > 5.B
• Les semelles rectangulaires lorsque B < L < 5.B
• Les semelles carrés lorsque B = 2
• Les semelles circulaires lorsque B = 2.R

Lorsque le rapport « largeur » / « hauteur » d’une fondation est inférieur à 1/6ème et que la hauteur est supérieure à 3 m, alors il s’agit de fondations profondes.

Des tassements peuvent apparaître, ils sont de deux sortes :

• Les tassements absolus impliquent que l’ensemble du bâtiment descend. Si celui-ci est limité, ce type de tassements n’entraîne pas de désordres sur la structure,
• Les tassements différentiels impliquent qu’une partie du sol seulement s’affaisse. Ce type de tassements engendre des désordres importants et doit être résolu. Ce type de tassements peut apparaître lorsque les efforts transmis aux fondations ou la nature du sol sont hétérogènes et lorsque les niveaux d’assises sont différents.

Afin de rigidifier l’ensemble de la structure, il est aussi possible de liaisonner les semelles entre elles à l’aide de longrines.