posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par bentafat_rachid

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.

posté par muhamed

merci pour vs mon frere

http://irc.nrc-cnrc.gc.ca/pubs/cbd/cbd148_f.html