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Pathologie des structures liée aux fondationsTEC 9

TEC 9 - Auteur Luis Carpinteiro

Pathologie des structures liée aux fondationsTEC 9

Luis Carpinteiro

Sommaire

Généralités

Fondations superficielles

Fondations profondes

Murs de soutènement

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01-Généralités

Structures

> Le dimensionnement des structures relève de la théorie de la

mécanique;

> Les lois de comportement des matériaux utilisés sont connues.

Géotechnique

> Le dimensionnement des ouvrages géotechniques relève de la

mécanique des sols ou des roches;

> C’est une science empirique.

> Les sols et les roches sont des matériaux naturels. Les

modélisations sont plus ou moins fidèles.

> Cela permet d’expliquer les écarts pouvant être constatés entre les

résultats d’un calcul théorique et la réalité des faits. Ces écarts

peuvent être considérables.

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01-Généralités

Ouvrages géotechniques

> Les méthodes de dimensionnement sont issues de méthodes empiriques.

Accidents

> Les problèmes rencontrés résultent plus d’une erreur de jugement que d’une erreur de calcul

(exemple: définition d’une couche de sol: marnes ou argiles?).

Conditions d’exécution➢ Les conditions d’exécution sont essentielles, pourtant il n’y a pas toujours un suivi rigoureux,

pourtant les outils existent.

Pathologie structurale➢ Il y a une très forte implication du comportement des fondations, c’est-à-dire que les désordres

structuraux au sein d’une construction, imputables à un dysfonctionnement des fondations,

représentent un volet important des désordres structuraux en général.

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02-Fondations superficiellesLes désordres

Principales causes de désordres

FONDATIONS POSÉES SUR DES REMBLAIS NON CONSOLIDÉS

(25%);

VENUES D’EAU (AFFOUILLEMENTS, RAMOLLISSEMENT OU

GONFLEMENT: 20%);

FONDATIONS HÉTÉROGÈNES (TERRAIN DE

CARACTÉRISTIQUES DIFFÉRENTES DANS LE VOLUME

CONCERNÉ OU PLUSIEURS NATURES DE FONDATIONS: 20%);

NOUVELLE CONSTRUCTION À PROXIMITÉ D’UN OUVRAGE

EXISTANT (10%);

CONSTRUCTION SUR SOL COMPRESSIBLE (10%);

PROFONDEUR INSUFFISANTE (10%);

CONSTRUCTION SUR SOL INSTABLE (MINES, CARRIÈRES,

REMBLAIS SUR FORTES PENTES: 10%)

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02-Fondations superficiellesRemblais

REMBLAIS RÉCENTS.

> Tassent sous leur propre poids

> Porosité élevée ce qui les rend sensibles à l’eau.

REMBLAIS D’ÉPAISSEUR VARIABLE.

> Le tassement différentiel est du à la variation d’épaisseur du remblai

REMBLAIS SURMONTANT UN TERRAIN COMPRESSIBLE.

> Le poids du remblai occasionne un tassement du terrain en place (qui s’ajoute à celui du

remblai). Au final, le tassement total devient difficilement maîtrisable et les tassements

différentiels sont quasi-inévitables.

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Terrain compressible

Remblai

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02-Fondations superficiellesRemblais

REMBLAIS SURMONTANT UN TERRAIN COMPRESSIBLE EN PENTE.

> Plate-forme de niveau = remblai d’épaisseur variable + support compressible ou instable.

> S’il n’y pas de décapage préalable du terrain naturel → les eaux de ruissellement s’infiltrent dans

le remblai et peuvent, soit provoquer son tassement ou son glissement d’ensemble, soit même

perturber le terrain en place, qui peut devenir instable.

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Couche

compressible

ou terre

végétale

Terrain compressible

Remblais

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02-Fondations superficiellesVenues d’eau

REMBLAIS.

> Généralement la stabilité des remblais peut être affectée par les circulations d’eau

SOLS NATURELS – LES SOLS ARGILEUX.

> La variation de la teneur en eau peut entrainer:

– Un ramollissement du sol

– Un accroissement des tassements

– Voire un gonflement du sol.> Généralement l’incidence sur les structures ne tarde pas à se faire ressentir

EAUX DE RUISSELLEMENT OU DE NAPPE PHRÉATIQUE.

> Sur des terrains en pente, les eaux viennent naturellement buter contre l’obstacle que constitue

l’ouvrage ou sa fondation.

> Le gradient hydraulique augmente pour contourner l’obstacle. La conséquence est l’entrainement

des parties les plus fines ce qui provoque une augmentation de la porosité. Cela peut aller

jusqu’à l’affouillement.

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L’AFFOUILLEMENT.

> Conséquence de l’affouillement : diminution de la surface de contact sol-semelle et peut

entraîner des mouvements de la fondation, conduisant alors à des désordres structuraux. Il est

donc essentiel, dans ce cas de figure, de réaliser en amont du bâtiment un dispositif destiné à

éloigner les eaux des fondations : c’est le rôle du réseau de drainage stabilité des remblais peut

être affectée par les circulations d’eau

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LES VENUES D’EAU FORTUITES.

> Venues d’eau accidentelles (ruptures de canalisations enterrées). Il faut que les canalisations

soient posées sur le “ bon sol ”, ou à défaut sur des supports fondés sur ce dernier. Mais

comme, malgré cela, une rupture accidentelle peut toujours se produire, il importe que les

canalisations d’évacuation des eaux pluviales ou usées quittent le bâtiment le plus rapidement

possible, perpendiculairement aux façades.

VARIATION DU NIVEAU DE LA NAPPE PHRÉATIQUE.

> La variation du niveau de la nappe phréatique entraine généralement un tassement du sol dont

l’importance dépend de ses caractéristiques mécaniques;

> La contrainte effective dans le sol augmente en raison de son dégaugement: Si le sol est

compressible, les tassements peuvent être très importants;

> Les études hydrogéologiques doivent faire partie intégrante du dossier géotechnique qui sert à la

conception des ouvrages.

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02-Fondations superficiellesType de fondations

FONDATIONS HÉTÉROGÈNES.

> Ce cas peut se rencontrer dans le cas d’un ouvrage très étalé, ou bien dans le cas d’un bâtiment

présentant des zones chargées différemment (décrochements d’étages, par ex.)

> Règle à respecter absolument : désolidarisation totale entre les bâtiments ou parties de

bâtiments fondés sur des systèmes de fondations différents → “ joint de rupture ”.

BÂTIMENTS ACCOLÉS RÉALISÉS À DES ÉPOQUES DIFFÉRENTES.

> La durée pendant laquelle le tassement sous une semelle va se produire peut atteindre un an,

voire plus pour des sols peu perméables (argiles, par exemple).

> Si nouveau bâtiment accolé à un bâtiment ancien, le tassement occasionné par les nouvelles

fondations va, par interaction via le sol, entraîner les anciennes fondations.

> Quelles sont les dispositions à retenir?

– prévoir, pour le mur séparatif du nouveau bâtiment, des fondations

aussi éloignées que possible de l’ancien bâtiment, avec les

contraintes technico-financières que cela implique (pignon accolé

en porte-à-faux);

– fonder le nouveau bâtiment sur pieux, sans aucune liaison avec

l’ancien.

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02-Fondations superficiellesSols très compressibles

SOLS COMPRESSIBLES.

> La reconnaissance des couches de terrains doit se faire sur l’emprise du bâtiment à construire et,

plus le bâtiment est lourd, plus la reconnaissance doit être profonde (pas de règles précise en

la matière) : il est nécessaire de faire appel à un spécialiste. En effet, plus le bâtiment et lourd et

le terrain médiocre, plus la profondeur de sol affectée est importante. Seule l’expérience permet,

au cas par cas, de déterminer les couches mises en jeu pour un ouvrage donné.

> La profondeur d’influence des charges sur un sol va dépendre de la surface en plan de l’ouvrage

à fonder (bulbe de contraintes).

> S’il y a des différences très sensibles dans l’épaisseur de la couche de terrain compressible, il

est très risqué de prévoir des semelles superficielles :

> si le bâtiment est très rigide → risque d’une inclinaison d’ensemble du bâtiment, (en raison

même de sa grande rigidité).

> si bâtiment est très souple → il se fissurera et pourra même présenter des ruptures locales.

> En général les fondations superficielles sur sol compressible ne sont pas adaptées

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02-Fondations superficiellesInsuffisance de profondeur

PROFONDEUR D’ASSISE.

> La profondeur d’assise des fondations superficielles a pour objet:

> De garantir une certaine capacité portante dans la durée;

> Réduire les tassements;

> Protéger le sol d’assise contre les effets du gel;

> Protéger le sol d’assise vis-à-vis des variations de teneur en eau (cas des sols argileux).

CAPACITÉ PORTANTE

> La capacité portante dépend de l’encastrement de la fondation dans le sol:

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EFFET DU GEL.

> L’effet du gel du sol conduit à une augmentation de volume du sol accompagné d’une

augmentation de la teneur en eau du sol.

> Lors du dégel, il y a une chute très importante des caractéristiques mécaniques du sol due à la

présence d’eau.

> La profondeur dite « hors gel » dépend de l’altitude et de la région. Réf. NF P 94 261 et FD 18

326.

> Compter environ 6cm par °au dessous de zéro

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ZONES DE GEL EN FRANCE SUIVANT FD 18 326.

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Classes

d’environnement XF1,

XF2, XF3 et XF4 :

issues de la norme NF

EN 206-1 (béton) et de

l’eurocode 2

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EFFET DES VARIATIONS HYDRIQUES – CAS DES SOLS ARGILEUX.

> L’effet des variations hydriques dans les sols argileux conduit généralement à une variation du

volume du massif de sol.

> Lors de la diminution de la teneur en eau, il y a retrait du sol et donc un tassement des ouvrages.

> Lors de l’augmentation de la teneur en eau, il y a augmentation de volume et donc un

soulèvement des ouvrages.

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02-Fondations superficiellesSols en pente

FONDATION SUR SOL EN PENTE.

> Lorsque des fondations superficielles doivent être établies sur des sols en pente, des dispositions

constructives doivent être respectées pour garantir la stabilité de l’ouvrage.

> Dans le cas contraire, il y a un risque de glissement.

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02-Fondations superficiellesSol instable

INSTABILITÉ DE SURFACE.

> Sols instables en surface sont par exemple, les sols argileux sur sols rocheux, par exemple :

difficile de se rendre compte, a priori, de la tendance d’un terrain à glisser → étude géologique

approfondie : affaire de spécialiste.

> Voir par exemple:

> Maierato 2010: imprévisibilité liée à la rhéologie des argiles.(https://www.youtube.com/watch?v=-

nx-gYYRu5I)

INSTABILITÉ PROFONDE

> Sols instables en profondeur sont par exemple les sols situés au dessus des mines et carrières

ou bien au dessus de sols sujets à dissolution (vides karstiques).

> Carrières (une dizaine de mètres de profondeur), effondrements brutaux et imprévisibles. plans

de carrières à consulter avant tout projet de construction.

> Beaucoup de carrières sont inconnues : sondages profonds nécessaires avant la construction.

> La construction au-dessus d’une zone de carrière : possible à condition de consolider les

carrières par injection ou, si possible, érection de piliers supports.

> Ces techniques sont généralement réservés aux projets d’importance, compte tenu des

dépenses élevées qu’elles entraînent.Luis Carpinteiro

https://www.youtube.com/watch?v=-nx-gYYRu5I

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02-Fondations superficiellesSol instable

CAS DES CARRIÈRES

> Les carrières se situent à une dizaine de mètres de profondeur. Les effondrements sont brutaux

et imprévisibles. plans de carrières à consulter avant tout projet de construction.

> Beaucoup de carrières sont inconnues : sondages profonds nécessaires avant la construction.

> La construction au-dessus d’une zone de carrière : possible à condition de consolider les

carrières par injection ou, si possible, érection de piliers supports.

> Ces techniques sont généralement réservés aux projets d’importance, compte tenu des

dépenses élevées qu’elles entraînent.

CAS DES MINES

> Les mines se situent à grande profondeur (80 à 100 mètres de profondeur et souvent plus) : les

effondrements de piliers en fond de mines se traduisent par des affaissements progressifs en

surface, sous forme de cuvettes comportant des zones de compression et des zones

d’extension. Les désordres qui apparaissent dans les structures sont alors plus importants

lorsque les constructions sont situées en bordure de cuvette.

> Les constructions sont envisageables à condition:

– prévoir une infrastructure et une superstructure rigides;

– limiter la hauteur des constructions ;

– limiter les surfaces d’emprise au sol des bâtiments.

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03- Fondations profondesGénéralités – Principales causes des désordres

GÉNÉRALITÉS.

> Pathologie fortement liée aux reconnaissances préalables et

interprétation des résultats de reconnaissance : il est nécessaire de

faire appel à un spécialiste avant de commencer tout chantier de

fondations profondes.

PRINCIPALES CAUSES DES DÉSORDRES.

> Reconnaissance des sols inexistante ou incomplète ou encore

mauvaise interprétation des résultats des sondages (75%).

> Erreurs d’exécution (25%).

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03-Fondations profondesReconnaissance des sols

RECONNAISSANCE DES SOLS - PRINCIPES.

> La reconnaissance de sol passe par la consultation des cartes géologiques qui doit permettre

d’orienter l’importance de l’étude à mener

> La reconnaissance est réalisée à l’aide d’essais in-situ

> La reconnaissance est complétée par des essais en laboratoire (identification des sols,

granulométrie pour juger du potentiel de liquéfaction,…).

> Il est fortement conseillé de panacher les outils de reconnaissance sur un même site (un type

d’essai est toujours complémentaire d’un autre).

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RECONNAISSANCE DES SOLS – CONFIGURATION DE L’OUVRAGE

> La reconnaissance de sol doit être proportionnée à l’ouvrage à réaliser pour éviter des erreurs

courantes:

> Dimensionnement des groupes de pieux avec des données relatives à des pieux isolés :

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Vase et tourbe

Sables et graviers

Argile

Substratum rocheux

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RECONNAISSANCE DES SOLS – PRÉSENCE DE BLOCS

> Terrain comportant des blocs durs non reconnus par les sondages peut conduire à un refus au

battage (notion de faux refus).

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03-Fondations profondesErreurs d’exécution

ERREURS D’EXÉCUTION - BÉTONNAGE

> Essentiellement des erreurs de bétonnage

BÉTONNAGE À SEC

> Garde de bétonnage insuffisante dans le tube

> Mise en œuvre d’un béton trop sec.

BÉTONNAGE SOUS L’EAU

> Garde de bétonnage insuffisante dans le tube

> Déversement du béton dans le tube noyé → délavage : tube plongeur nécessaire.

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BÉTONNAGE EN PIEU TARIÈRE CREUSE

> Nécessité d’avoir des enregistrements de paramètres de forage et bétonnage;

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BÉTONNAGE SOUS BOUE

> Boue utilisée pour maintenir en place les parois de la fouille (propriétés thixotropiques avec

densité comprise entre 1,05 et 1,2) : technique aujourd’hui assez bien maîtrisée, mais devant

être utilisée par des entreprises qualifiées.

> Limiter le nombre de réutilisation de la boue (variation de la densité).

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03-Fondations profondesQuelques cas courants

FROTTEMENT NÉGATIF

> Si terrain superficiel formé d’une couche de remblai de mauvaise qualité → le tassement

développe au contact pieu-sol des forces de frottement dirigées de haut en bas → nécessité de

les prendre en compte dans le calcul.

POUSSÉE LATÉRALE

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Remblai

Poussées latérales

dues au remblai

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03-Fondations profondesQuelques cas courants

CAS DES PAROIS MOULÉE

> Réalisation des parois moulées : faire appel à des spécialistes pour les études et pour la

réalisation.

> Principaux problèmes :

– le risque de renard (affouillement sous la paroi en présence d’eau) ;

– la maîtrise du débit d’exhaure, nécessitant une bonne appréciation

de la perméabilité des terrains (essai LUGEON) ;

– la stabilité générale du bâtiment sous poussée d’Archimède, en cas

de bouchon étanche.> la stabilité provisoire et définitive de la paroi, nécessitant une appréciation convenable des

coefficients de poussée et butée ainsi que la cohésion des terrains ;

> le contrôle des tassements différentiels en raison de la coexistence de fondations profondes

(parois moulées) et superficielles (sous refends et poteaux centraux) ;

> la limitation des déformations provisoires, nécessitant un réglage précis des phasages

(excavations, butonnages, abaissement de la nappe, etc…).

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03- Murs de soutènementGénéralités – Principales causes des désordres

GÉNÉRALITÉS.

> Codification très récente: NF P 94 281

> Les murs de soutènement doivent être auto-stables.

PRINCIPALES CAUSES DES DÉSORDRES.

> Sinistres : cause était imputable à des erreurs commises au stade

du projet.

> Aucune redistribution possible. Pour ces ouvrages, il faut :

– une reconnaissance du sol menée

précisément sur le terrain d’assise du mur ;

– un calcul de stabilité prenant en compte

tous les modes de ruine possibles

(poinçonnement du sol, renversement,

glissement, flexion des sections

résistantes) .

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03-Murs de soutènementsPrincipe de stabilité – disposition constructive

ÉTUDE DE STABILITÉ

> L’étude de stabilité est indispensable.

DISPOSITION CONSTRUCTIVE

> Chaque fois que cela est possible, la réalisation d’un drainage efficace que l’on doit contrôler

périodiquement, permet de s’affranchir de poussées additionnelles dues à des remontées du

niveau d’eau en amont du mur.

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par l’article 425 et suivant du Code Pénal.

(Loi du 11 mars 1957, alinéa 1er article 40, alinéas 2 et 3 article 41).

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