MAISON BOIS MERLIN - LES FONDATIONS

On appelle fondation, la partie d'un ouvrage reposant sur un terrain d'assise auquel sont transmises toutes les charges permanentes et variables supportées par cet ouvrage.

1°) Fonctions des fondations :

Généralité :

2°) Différents types de fondations :

Il existe quatre catégories de fondations :

• Les fondations superficielles

Lorsque les couches de terrain capables de supporter l'ouvrage sont à faible profondeur : semelles isolées sous poteaux, semelles filantes sous murs, radiers.

• Les fondations profondes

Lorsque les couches de terrain capables de supporter l'ouvrage sont à une grande profondeur : puits, pieux

• Les fondations surfaciques ou radier

L'emploi d'un radier se justifie lorsque la contrainte admissible à la compression du sol est faible, que le bon sol est situé en trop grande profondeur, les autres types de fondations transmettraient au sol des contraintes trop élevées, l'aire totale des semelles est supérieure à la moitié de l'aire du bâtiment, les charges apportées par l'ensemble du bâtiment ne risque pas d'entraîner des tassements différentiels incompatibles.

Le ferraillage d'un radier est particulier, les aciers tendus se situent en partie haute de la dalle, les points d'appuis deviennent les murs, les longrines de redressement (situées au droit des ouvertures) et les longrines.

il existe quatre types de radiers :

Le radier dalle plate (le plus courant)

Le radier nervuré

Le radier champignon sous poteaux

Le radier voûte

Lorsque le radier est enterré et que la présence d'eau est possible, il conviendra de faire un cuvelage (radier de fosse ascenseur,...).

Lorsque le radier est soumis à des poussées d'Archimède, il faut vérifier que ces poussées de dépassent pas le poids de l'ouvrage. Dans le cas contraire, il faudra lester de manière à équilibrer les forces.

Si le dessus du radier est au ras du sol, il faudra réaliser une bêche périphérique de manière à assurer la mise hors gel de l'ouvrage.

3°) Les tassements différentiels :

Les tassements différentiels entraînent des désordres dans des ouvrages. C’est pourquoi on veillera à respecter les quelques règles qui suivent :

Il est vivement déconseillé de réaliser des fondations sur un terrain remblayé. On prendra les dispositions nécessaires pour descendre les fondations au bon sol.

On ne fonde pas un ouvrage sur sol dont les caractéristiques sont très différentes

On prévoira un joint de dilatation dans un ouvrage composé de bâtiments de hauteur différentes (immeuble haut et immeuble bas).

Dans le cas d’un bâtiment avec deux types de fondations, on les divisera avec un joint de dilatation . On restera vigilant sur les deux types de fondations avoisinant (l’un pouvant charger l’autre : en tenir compte dans les calculs).

Dans le cas d’un bâtiment fondé sur un terrain incliné, la pente entre les fondations voisines aura un rapport mini de 3/2. Si l’angle es supérieur à 3/2, il faudra donc descendre la semelle la plus haute de manière à atteindre ce rapport.

4°) Facteurs de choix du type de fondation :

La nature de l'ouvrage à fonder : pont, bât. d'habitation, bât industriel, soutènement,....

La nature du terrain : connaissance du terrain par sondages et définition des caractéristiques

Le site : urbain, campagne, montagne, bord de mer,...

La mise en oeuvre des fondations : terrain sec, présence d'eau,...

Le type d'entreprise :matériel disponible et compétences,...

Le coût des fondations : facteur important mais non décisif.

5°) Origines des accidents pouvant survenir aux fondations :

Les accidents survenus aux fondations sont souvent liés aux mauvais choix du type de fondations et même à l'entreprise qui les avait réalisé

Les fondations superficielles :

Les fondations profondes :

Conclusion :

Il est vivement conseillé de faire réaliser une étude de sol avant de commencer l'étude des fondations. L'étude de sol peut faire faire des économies sur le type de fondations elle peut préconiser le déplacement du bâtiment vers une zone plus saine du terrain. Il est bien entendu cette étude sera faite avant même le dépôt de permis de construire et que la surface du terrain le permet.

L'essentiel des sinistres rencontrés sur ce type de fondations est une reconnaissance des sols incomplète ou une mauvaise interprétation des reconnaissances.

Erreurs lors de l'exécution.

Détérioration des pieux ou puits (présence d'eaux agressives,...)

Fondations assises sur des remblais non stabilisés

Fondations ayant souffert de présence d'eau dans le sol (nappe phréatique,...)

Fondations hétérogènes (terrain, type de fondation,...)

Fondations réalisées en mitoyenneté avec des bâtiments existants (sol décomprimé, règles des 3/2,...)

Fondations réalisées sur des sols trop compressible.

Fondations réalisées à une profondeur trop faible (hors gel non conforme,..)

Fondations réalisées sur des sols instables (terrain incliné, éboulement,...)

Environ 85% des accidents sont dus à la méconnaissance des caractéristiques des sols ou à des interprétations erronées des reconnaissances.

6°) Méthode de calcul d’une semelle soumise à une charge centrée :

La méthode de calcul utilisée est « la méthode des bielles ».

Avant de commencer un calcul de semelle, on doit avant tout réaliser une descente de charges qui donnera l’effort ultime sur le dessus de la semelle majorée d’un coef de 1.35 pour pouvoir la dimensionner.

Ensuite il faut connaître le taux de travail du sol . Cette information est présente sur le rapport de sol réalisé par une société spécialisée.

Pour des raisons économiques ou que le sol est jugé de bonne qualité, on pourra estimer ce taux de travail en fonction de la constitution du sol et choisir dans la liste ci-dessous (1Mpa = 10bars) – voir DTU 13.11 :

Limon de plateau 1.5 à 3.0 bars

Terre à meulière 3.0 à 4.5 bars

Marne verte, argile 0.7 à 4.5 bars

Alluvions anciennes, sables, graviers 6.0 à 9.0 bars

Sables de beauchamp 7.5 à 15 bars

Craie 9.0 à 10 bars

Marne + caillasse 7.5 à 15 bars

Calcaire grossier 18 à 45 bars

Roches peu fissurées saines non désagrégées de stratification favorable 7.5 à 4.5 bars

Terrain non cohérent à bonne compacité 3.5 à 7.5 bars

Terrain non cohérent à moyenne compacité 2.0 à 4.0 bars

Argile 0.3 à 3.0 bars

• Les fondations spéciales
Colonnes ballastées : Il s'agit de colonnes de pierres ou de graves ciments que l'on intègre dans le sol et sous des semelles isolées par exemple.

Elles doivent reprendre les charges supportées par la structure et les transmettre au sol dans de bonnes conditions de façon à assurer la stabilité de l'ouvrage.

Différentes fonctions des fondations :

a) Assurer la stabilité de l'ouvrage et des fondations

• Les tassements du terrain d'assise ne doivent pas autoriser de désordres graves des fondations et de l'ouvrage.

Limitation des tassements compatibles avec l'utilisation de l'ouvrage (ordre de grandeur : quelques mm de 5 à 25 mm)

• Éviter ou, au pire, limiter les tassements différentiels.

• Tenir compte de la présence d'eau dans le sol (poussée d'Archimède)

Vérifier que les poussées d'Archimède soient inférieures au poids de l'ouvrage (rare) sinon prévoir un ancrage du bâtiment par tirants ou prévoir un lestage.

• L'ouvrage ne doit pas se déplacer sous l'action des forces horizontales ou obliques appliquées à la structure (vent, poussées des terres, poussée hydrostatiques)

Prendre les dispositions constructives adaptées à chaque cas (utilisation de bêches, frottements sol/béton suffisant, tirants ou clous,...)

• Éviter les glissements de l'ouvrage pour les constructions réalisées sur un terrain en pente et ne pas charger les semelles avoisinante avec la semelle étudiée.

Pente maximale entre semelles de fondations de 2/3 (env. 30°)

• Drainage périphérique

b) Assurer la résistance des massifs de fondations

• Les actions qui sollicitent les fondations ne doivent pas entraîner leur rupture

Respecter les règles en vigueur et le dimensionnement correct des fondations en fonction du type de l'ouvrage, des charges et surcharges supportées par la structure, de la nature du terrain, du type de fondations et des matériaux employés

c) Vérifier la résistance du terrain de fondations

• Les actions qui sollicitent le sol de fondations ne doivent pas entraîner son poinçonnement ni des déformations incompatibles avec l'utilisation de l'ouvrage supporté

Respect des règlements en vigueur. L'étude des comportements du sol fait l'objet de la mécanique des sols (DTU 13.1)

d) S’assurer de la durabilité des fondations

• La résistance des massifs de fondations doit être assurée pendant toute l'existence de l'ouvrage

Les massifs de fondation doivent être protégés de l'oxydation, de l'érosion, de la décomposition chimique, de l'action du gel.

Le sol devra être stable à l'érosion, au glissement de terrain, à la dissolution de certaines particules dans l'eau (gypse,...), au gel.

e) Trouver la solution la plus économique

• On recherchera des solutions qui seront les plus économiques en fonctions du type d’ouvrage, des préconisations de l’étude de sols, de l’accessibilité au terrain (engins TP, de forage,…)

Comment calculer une semelle?

1) Semelle isolée :

Dimensions du coffrage :

La surface de la semelle devra satisfaire la relation suivante :

S : surface de la semelle en cm²
Nu : effort amené par l'ouvrage sur la semelle en daN
q : taux de travail du sol en bars

Base de la semelle :

Si on choisit une semelle carrée, on prendra la racine de la surface et on arrondie les cotés par tranche de 5 cm

Exemple : si on trouve 122cm on prendra 125cm, et pour 118cm, on prendra 120cm

Si on choisit un coté de la semelle, on le divisera à la Surface et on arrondira de la même manière que l'exemple cité ci-dessus.

Si la largeur de la semelle est supérieure à 150cm, on pourra réaliser des glacis pour économiser du béton mais la mise en oeuvre sera plus difficile (étude de prix à réaliser). Dans ce cas, la hauteur du piémont (partie verticale) aura une hauteur mini. qui sera égale à :

Hp = 6ø+6cm

ø : diamètre de l'acier

Hauteur de la semelle :

soit une semelle de dimensions AxB avec un poteau de dimensions a'xb', on prendra la hauteur la plus élevée entre

A et B : Coté de la semelle
a' et b' : Coté du poteau
h: hauteur de la semelle

Calcul du ferraillage :

Une attention particulière sera apporté sur l'utilisation des unités employées . On calculera les aciers dans les deux sens de la semelle. On utilisera la relation suivante :

Dans le sens A de la semelle :

Nu : Effort normal amené par la structure en daN
A : Coté de la semelle (en cm)
a' : Coté du poteau (en cm)
d : hauteur de la semelle sans l'enrobage des aciers (en cm)
fe : limite élastique de l'acier (prendre 5000)
Ys : coefficient = 1.15

Si la semelle et le poteau sont carrés, la section d'aciers sera la même dans les deux sens.

Si la différence de section d'aciers est faible, on considérera la même section dans les deux sens en prenant la section la plus élevée.

Vérification du poinçonnement :

et

Nu : Effort normal amené par la structure en daN
h : hauteur de la semelle (en cm)
a' et b' : Cotés du poteau (en cm)
A et B : cotés de la semelle (en cm)
d : hauteur de la semelle sans l'enrobage des aciers (en cm)
fc28 : résistance du béton à la compression.

On compare les deux valeurs. Si elles sont vérifiées, la semelle est bonne. Sinon, on change l'épaisseur (par exemple).

2) Semelle filante :

La méthode de calcul d’une semelle filante est la même que pour une semelle isolée sauf que le calcul se fait dans un sens : Le sens transversal.
Les armatures principales sont les aciers transversaux, les armatures secondaires servent de chaînages et d’aciers de répartition.
Le calcul est fait pour un mètre de longueur de semelle, la hauteur est calculée de la même manière que pour une semelle isolée.

Calcul du ferraillage :

On calculera les aciers dans le sens transversal. On utilisera la relation suivante :

Aciers de répartition (Les aciers filants) :

Ar = (max As/4,section mini pour un chaînage)

On choisira la valeur la plus élevée

Nu : Effort normal amené par la structure en daN
A : Coté de la semelle (en cm)
a' : Coté du poteau (en cm)
d : hauteur de la semelle sans l'enrobage des aciers (en cm)
fe : limite élastique de l'acier (prendre 5000)
Ys : coefficient = 1.15

Section mini. :

3cm² pour aciers Fe E215

2cm² pour aciers Fe E400

1.6cm² pour aciers Fe E500

Vérification du poinçonnement :

et

Nu : Effort normal amené par la structure en daN
h : hauteur de la semelle (en cm)
a' : Cotés du poteau (en cm)
A : cotés de la semelle (en cm)
d : hauteur de la semelle sans l'enrobage des aciers (en cm)
fc28 : résistance du béton à la compression.

3) Choix des armatures :

Le choix des armatures sera fonction de la section d'aciers calculée en cm². Il ne faut pas dépasser un espacement 30cm et il est déconseillé de choisir des diamètres de barres inférieurs à 8mm.

Dans le cas de semelle filante, le recouvrement des barres ne sera en aucun cas inférieur à 50 fois le diamètre des barres et 75 fois dans le cas ou le bâtiment est en zone sismique.

Il est possible de se passer d'armatures transversales dans le cas ou la hauteur de la semelle filante est supérieur à 2 fois le débord. La section des aciers filants sera la même que celle cité dans l'encadré orangé.

La méthode décrite dans ce chapitre ne concerne pas le cas de semelles de mur de soutènement, ni le cas de semelles excentrées ou des semelles qui reprennent le soulèvement.

Fondations

Dalle

Isolation

Film polyane

Chaînage

Planchers suspendus

Rez-de-chaussée

Parquet

Planchers d'étage en bois

Choix du revêtement

Choisir le revêtement de sol