posté par bentafat_rachid

Études de sous-sol

Publié à l'origine en mars 1964.

C. B. Crawford

Dans les zones urbaines on ne tient guère compte des conditions du

sol lorsqu'on choisit un emplacement de construction: on se contente de

choisir un terrain de prix raisonnable dans le district où on a décidé

de construire. Pourtant, de mauvaises conditions de sol détectées à la

dernière minute peuvent majorer considérablement les dépenses prévues

pour la fondation. Il est donc recommandé d'étudier à l'avance tout

terrain sur lequel on se propose de construire. Le présent Digeste

indique le genre de renseignements que de telles études doivent

permettre d'obtenir.

Les architectes sont rarement en mesure de fournir des conseils à

leurs clients avant que la terre soit achetée ou qu'une option soit

prise sur elle. Pourtant, les personnes qui cherchent un terrain pour

construire devraient pouvoir obtenir des expertises sur les conditions

de sol avant d'acheter. Même un examen superficiel peut révéler les

dangers possibles d'inondation, de glissement ou d'affaissement de

terrain. L'étude des conditions de sol peut également renseigner sur

les problèmes auxquels pourraient donner lieu les terres remblayées, le

muskeg ou même le permagel. Ces problèmes pourraient sans doute être

résolus mais les frais qui en résulteraient devraient s'ajouter au coût

du terrain envisagé.

Pourquoi enquêter

Deux raisons justifient les enquêtes préalables qu'on effectue sur

les terrains à bâtir. La principale est de concevoir une fondation à la

fois sûre et économique pour l'ouvrage projeté. La deuxième raison, qui

a également des répercussions économiques importantes, est d'obtenir

sur le sous-sol des renseignements sûrs grâce auxquels les

entrepreneurs pourront présenter des soumissions sans avoir à établir

leur budget avec des facteurs mal connus. Il en résulte, en fin de

compte, que le propriétaire bénéficie de soumissions plus basses, de

meilleures relations de travail, de moins de suppléments et d'une

absence de procès.

L'étude préliminaire devrait révéler suffisamment de données

concernant le sous-sol pour qu'on puisse concevoir et construire une

fondation ne présentant aucun risque de rupture ou de tassement indu.

Par ailleurs, cette étude devrait faciliter le calcul des pressions

latérales de lit terre et des soulèvements hydrostatiques éventuels;

elle devrait aussi révéler la nature des matériaux devant être enlevés

et donner une idée des problèmes susceptibles de se présenter durant la

construction. Les problèmes de construction sont nombreux lorsque la

nappe aquifère atteint un niveau élevé dans le sol. Il faut donc

prévoir les pires conditions possibles si l'enquête est effectuée

durant la saison sèche.

Si le terrain n'est pas viabilisé l'étude concernant les

approvisionnements d'eau et les systèmes de tout à l'égout peuvent

constituer une partie importante de l'enquête préliminaire. Là encore

la nappe aquifère, haute ou basse selon la saison, doit être prise en

considération.

posté par bentafat_rachid

Études superficielles

Il est sage de tirer parti de tous les renseignements et de tous les

conseils facilement disponibles et de préparer avec soin les études de

sous-sol. On peut souvent se procurer d'importants renseignements dans

les villes où des études très poussées de géologie urbaine ont été

effectuées. Plusieurs villes canadiennes disposent maintenant de cartes

détaillées relatives au sous-sol. Des comptes rendus géologiques

provenant de services fédéraux ou provinciaux se trouvent dans les

bibliothèques où ils peuvent être achetés pour une somme dérisoire. Des

articles concernant certaines études de fondation paraissent dans les

revues techniques.

Les inspecteurs municipaux qui sont responsables des constructions

disposent souvent de renseignements très précieux, par exemple en ce

qui concerne les anciens forages. Les constructeurs locaux bien établis

connaissent généralement bien les conditions du sous-sol pour ce qui

est des difficultés que ces conditions risquent de provoquer dans la

construction.

La meilleure indication générale des conditions le sous-sol d'une

région donnée est la façon dont se comportent les ouvrages déjà

construits dans la même région. Si leur comportement est généralement

bon il s'ensuit que les conditions de sol sont bonnes ou tout au moins

que les plans de fondation sont adéquats. Si leur comportement est

mauvais c'est le contraire qui est vrai. Lorsqu'on évalue le

comportement des fondations il y a lieu de considérer à la fois la

façon dont elles ont été conçues et les conditions du sol sur lequel

elles reposent et ce résultat d'ensemble ne doit pas être extrapolé. Le

comportement d'une fondation sur pilotis ne doit pas, par exemple,

servir à imaginer ce que peut être le comportement d'une fondation sur

dalle. Dans certaines régions la pratique concernant les fondations est

fondée beaucoup plus sur la tradition que sur des faits établis et

quoique cette pratique puisse donner de bons résultats du point de vue

sécurité elle n'en est pas moins archaïque et très coûteuse.

posté par bentafat_rachid

Etudes détaillées

Il n'y a pas de règles absolues en ce qui concerne les études de

sous-sol mais il faut tout de même suivre un plan logique. Pour

commencer, il faut sonder le sol avec des dispositifs de cisaillement

ou de pénétration pour faire une évaluation générale et découvrir les

points faibles. L'importance de l'étude détaillée qui suivra dépendra

de l'évaluation préliminaire de l'emplacement choisi, de la dimension

de l'ouvrage proposé et de sa valeur. La nature de l'ouvrage, la

dimension et l'emplacement des excavations et des remblais proposés

doivent être connus à ce stade.

Même les études de sous-sol les plus importantes sont assez

limitées: elles ne concernent qu'une petite partie du terrain où l'on

veut bâtir. Le caractère dit sous-sol est déterminé par extrapolation.

Ceci explique pourquoi il est si important de bien connaître la

géologie de la région. Après le sondage le sous-sol est examiné ait

moyen de puits d'essai ou de forages. Les trous de forages peuvent être

espacés empiriquement à raison d'un trou tous les 10,000 pieds carrés

de surface mais ils sont plus logiquement fondés sur l'évaluation

géologique des lieux. On peut avoir recours à une étude moins poussée

lorsqu'on sait que les conditions de soi sont relativement plus

uniformes que dans les régions situées le long des rivières, des lacs,

des estuaires et dans la plupart des régions glacières où des

conditions irrégulières sont susceptibles de se présenter.

Pour les très grands ouvrages il peut être nécessaire de confier à

un entrepreneur le soin d'effectuer des sondages et des

échantillonnages. Cela doit se faire sur la recommandation d'un

ingénieur de sol compétent qui pourra surveiller et inspecter les

travaux. Il n'est pas recommandé de fournir un contrat de forage estimé

au pied carré; si le forage et l'échantillonnage sont faciles le

montant de la soumission sera excessivement profitable pour

l'entrepreneur au dépend du propriétaire; par contre si le forage et

l'échantillonnage sont difficiles l'entrepreneur pourra être tenté de

réduire ses pertes au dépend de la qualité de son travail.

Pour se faire une idée des conditions de fondation dans des régions

très étendues, diverses méthodes d'exploration géophysique sont

employées. L'une d'elle est la méthode séismique laquelle est fondée

sur la vitesse de transmission et sur la réflexion et la réfraction des

vibrations traversant le soi. Elle est effectuée à partir de la surface

en mesurant avec un microphone spécial le temps que prend une onde de

choc induite pour faire écho à partir d'une strate dure enfouie.

Lorsqu'elle est vérifiée par des forages cette méthode peut être très

précieuse pour les études préliminaires mais elle ne doit pas être

considérée comme suffisante pour les études détaillées.

posté par bentafat_rachid

Essais effectués sur place

Les essais effectués sur place ont pour but de mieux connaître les

propriétés du sol. Le carottage est l'essai in situ le plus simple mais

sa valeur dépend beaucoup de l'aptitude et de l'expérience du

contremaître qui dirige le forage. Les essais in situ peuvent être

effectués au moyen de pénétromètres statiques ou dynamiques,

particulièrement dans les sols sans cohésion. Au Canada, comme dans de

nombreux autres pays, le dispositif de forage à ailettes est couramment

employé pour mettre à l'épreuve les sols cohésifs. Ce dispositif qui

comprend 4 ailettes verticales à l'extrémité d'une tige est enfoncé

dans un soi non remué dont la résistance est déterminée en mesurant le

moment de torsion nécessaire pour le cisailler. Les pressions de l'eau

dans les pores et la perméabilité du sol peuvent être mesurés in situ. Des dispositifs permettant de mesurer la corrosivité éventuelle sont disponibles.

L'un des essais in situ les plus anciens est l'essai de la

plaque de soutien dans lequel une plaque d'un pied carré est chargée de

plus en plus pour mesurer les propriétés de déflexion de la charge dues

aux efforts du sol sous la plaque. Les efforts dans le sol dépendent de

la largeur de la zone chargée de telle sorte que ce type d'essais a des

limitations très définies lorsque l'on veut définir les propriétés du

sol en profondeur. Une extrapolation injustifiée des résultats obtenus

a conduit à tant de difficultés de fondation que cette méthode est

autorisée par le Code national du bâtiment du Canada seulement pour les

semelles de fondation ayant moins de 3 pieds de largeur.

Les essais de chargement des piliers et des caissons sont maintenant

assez courants quoiqu'on n'ait pas encore étudié suffisamment la façon

dont ces unités de fondation transmettent les chargements de

construction au sol. Ces essais ont deux limitations: l'essai d'une

simple unité ne réfléchit pas nécessairement le comportement d'une

unité semblable située quelques pieds plus loin et le comportement d'un

groupe d'unités ne peut généralement pas être extrapolé directement à

partir de la performance d'une simple unité d'essais. Ce type d'essais in situ

constitue cependant, la méthode la plus sûre pour donner plus d'ampleur

aux études habituelles des emplacements de construction.

posté par bentafat_rachid

Echantillonnage et essais

Les essais in situ ne suffisent pas par eux-mêmes pour

évaluer le sous-sol des emplacements importants. L'observation directe

des échantillons de sol extraits de profondeurs et d'emplacements

divers est nécessaire pour effectuer une corrélation avec la géologie

connue de la région et pour fournir à l'ingénieur spécialisé une base

lui permettant de porter un meilleur jugement sur les conditions d'un

terrain, On petit analyser en détail les spécimens de sol dans le but

de définir leurs propriétés du point de vue fondation en fonction de

différentes conditions de charge. Les facteurs "temps" et "vitesse de

charge" peuvent être étudiés et les résultats des essais peuvent être

employés dans des analyses rationnelles conçues dans le domaine de la

mécanique des sols. Le gonflement, le rétrécissement et la sensibilité

ait gel peuvent être définis et le sol petit être identifié, classé et

comparé avec des sols semblables pour lesquels on dispose d'une

certaine documentation.

Il est relativement facile d'obtenir des échantillons "perturbés" du

sol au moyen de forages à la tarière ou d'échantillonnages. Les

échantillons doivent être typiques du sol au -niveau auquel on les

obtient; les échantillons obtenus par "lessivage" ne sont pas

acceptables étant donné qu'ils peuvent prêter à confusion. Les

échantillons perturbés ne peuvent servir qu'à la détermination de la

teneur en eau de la dimension des grains, de la gravité spécifique, de

la minéralogie et d'autres propriétés d'identification et de

classement. On peut toutefois s'en servir également pour prévoir la

corrosion ou les actions chimiques éventuelles. Par contre, on ne peut

pas s'en servir pour faire une estimation des propriétés du sol en ce

qui a trait à la construction.

On doit faire très attention quand on recueille des échantillons non

perturbés. Dans les sols cohésifs ces échantillons sont normalement

obtenus en enfonçant un tube à fine paroi muni d'une extrémité pointue,

dans le sol naturel, au fond d'un trou de forage. Le tube

d'échantillonnage est alors enlevé avec soin, scellé et expédié au

laboratoire où la "carotte" à l'état naturel petit subir toute une

série d'essais. Les propriétés "constructives" du sol sont calculées à

partir de ces essais.

posté par bentafat_rachid

Profondeur des sondages

Lorsque des charges de bâtiment sont appliquées au sol elles ne

disparaissent pas mystérieusement dans ce dernier; elles établissent

des forces de compression et de cisaillement que l'on peut prévoir avec

une bonne précision. On sait par exemple que les efforts de compression

sous une semelle a une profondeur égale à 2 fois sa largeur ne sont que

d'environ 10% de la force appliquée immédiatement sous elle. A une

profondeur égale à la largeur de la semelle l'effort est environ le

tiers de l'effort appliqué (figure 1). Par conséquent, à moins qu'il y

ait une couche anormalement molle sous l'ouvrage il suffit de faire des

sondages à une profondeur représentant de 1½ à 2 fois la largeur de la

semelle la plus large. Si, cependant, les les semelles sont assez

proches les unes des autres l'influence d'une semelle chevauche sur

celle des semelles adjacentes et l'enquête devrait être faite jusqu'à

1½ à 2 fois la largeur du bâtiment.

Figure 1. Lignes des efforts verticaux égaux provoqués par des charges de surface.

L'enquête relative aux efforts appliqués est particulièrement

importante pour la prédiction des tassements à long terme des ouvrages

reposant sur de l'argile. Sous l'effet d'une charge maintenue pendant

assez longtemps l'argile peut changer de volume lentement par suite de

l'eau qui s'échappe de ses pores. Ce processus qu'on appelle

consolidation est un phénomène bien connu. Plus la couche compressive

est profonde plus est long le processus, de telle sorte qu'on a vu des

ouvrages se tasser pendant des décades du fait de la consolidation des

profondes couches d'argile.

Porter des charges de construction à de grandes profondeurs n'est

pas un remède certain pour le tassement. De nombreux cas ont été

signalés de jetées, de caissons et de piliers reposant sur des sols

compressibles au détriment des ouvrages. Même des couches d'argile

placées sur des roches mères parfaitement saines ont causé de

l'inquiétude pour certaines fondations de bâtiments.

posté par bentafat_rachid

Compte rendu

Quelle qu'ait été l'importance de l'étude effectuée il faut que les

résultats soient enregistres comme il faut afin d'être inclus dans un

bon compte rendu. Le compte rendu ne doit pas être une simple

collection de données concernant le forage et de résultats d'essais. En

fait il doit comprendre des recommandations et des conseils appropriés

concernant la forme et la construction des fondations.

Il doit constituer pour le propriétaire un dossier complet des faits

sur lesquels les recommandations ont été fondées et il doit être

conservé comme document de référence. Quoiqu'il revient au propriétaire

de décider de l'importance à donner à l'enquête c'est l'ingénieur

conseil qui doit orienter le propriétaire à cet égard.

Il est tout, à fait impossible de préparer un compte rendu

satisfaisant sur un emplacement sans prendre en considération la nature

de la construction envisagée. Par conséquent l'architecte et

l'ingénieur des fondations devraient travailler ensemble dès le début.

Cette collaboration devrait se prolonger jusqu'au choix et à

l'évaluation du type de fondation. Le compte rendu devrait alors

contenir des renseignements quant à la profondeur des fondations et

quant aux charges permises compte tenu des incertitudes dans

l'interprétation des propriétés du sol. Les chiffres du tassement total

et différentiel devraient être estimés et cette estimation ne devrait

pas excéder les chiffres permis par l'architecte. D'autres facteurs

comme la corrosion et les attaques chimiques devraient être évalués.

Les difficultés de construction peuvent souvent être anticipées

durant les études préliminaires. Ces difficultés peuvent comprendre

l'endommagement des propriétés adjacentes, l'instabilité des pentes. la

perturbation du sol naturel ou l'action du gel durant la construction

mais il est probable qu'elles seront mises en corrélation avec les

problèmes de l'eau du soi. Le compte rendu devrait mentionner ces

difficultés et même suggérer des procédures à suivre pour les éviter ou

les réduire.

posté par bentafat_rachid

Conclusion

Choisir une fondation est une importante décision à prendre

lorsqu'on doit construire un ouvrage. Si l'ouvrage repose sur le sol il

est tout aussi important de connaître les propriétés de ce sol qu'il

est important de connaître les propriétés des matériaux de la

superstructure. A l'encontre des autres matériaux de construction les

propriétés du sol ne peuvent pas être contrôlées par l'architecte. Tout

ce qu'il peut faire c'est effectuer une estimation sur place. C'est

l'objet de l'étude in situ.

Il est évident que les études préliminaires devraient être conduites

sur une base professionnelle par des experts en sols jouissant de la

confiance des propriétaires. L'importance à donner à chaque enquête

doit dépendre du type de l'ouvrage envisagé et des conditions de

l'emplacement probable. On ne doit pas accorder de contrat à prix fixe.

Un emplacement difficile exigera une étude plus importante et plus

coûteuse qu'un bon emplacement.