cours fondations superficielles2 apmbtp procedes generaux de construction

Cours de technologie 1re STI Gnie Civil Thme : Les fondations superficielles

Lyce du B.T.P. Gaudier Brzeska - Saint Jean de Braye - Orlans page 1



1 - DEFINITION ET FONCTIONS Les fondations dun ouvrage sont les lments assurant la transmission des

efforts de cette structure sur le sol. Les fondations reportent les charges

permanentes G (poids propres) et les charges dexploitation Q un niveau convenable et les rpartissent sur une couche de terrain plus ou moins tendue et de rsistance adquate en assurant la stabilit et la scurit de la fondation.

La descente de charges, effectue en bureau

dtude, permet de connatre les actions de la structure sur les fondations :

Nu = 1,35 G + 1,5 Q

La mcanique des sols permet de connatre les

caractristiques du sol et, par consquent, laction du sol sur les fondations Sr .

Les critres influants le choix dune fondations sont donc : - La qualit du sol. - Les charges amenes par la construction. - Le cot dexcution.

Nu

Sr

Charges climatiques Q (Neige & vent)

Poids propre couverture G

Poids propre charpente G

Poids propre murs G

Charges sur planchers Q

Poids propre planchers G

Poids propre fondations G

Action du sol de fondation

FFFOOONNNDDDAAATTTIIIOOONNN



Construire une maison individuelle amenant peu de charges sur un sol de moyenne qualit peut convenir, la construction dun immeuble demande un sol de meilleure qualit quil faut chercher plus profond (Fondations profondes = chapitre vu en terminale), la profondeur influant beaucoup sur le cot final des fondations, il est ncessaire de faire une tude prcise.

2 - RECONNAISSANCE DU SOL

2.1 - SE RENSEIGNER La premire dmarche consiste se renseigner

pralablement, les bons terrains se font rares car ce sont les premiers qui ont t btis par nos anctres qui ne disposaient pas de tous les moyens de calculs actuels. Il y a donc lieu de se renseigner afin de savoir si :

- Le terrain nest pas inondable. - Le terrain ne se situe pas dans une cuvette,

lemplacement dune ancienne dcharge publique. - Il ny a pas de problmes de glissements ou de tassements (voir ltat

des maisons voisines). On peut aussi consulter les services techniques de la mairie et les cartes

gologiques.

2.2 - RECONNATRE LE SOL La reconnaissance du sol peut tre effectue

laide de 2 types dessai : Essai en laboratoire : prlvements dchantillons

de sols analyss ensuite en laboratoire. Essai sur le terrain in situ : pntromtre

pressiomtre. Ces diffrents essais de reconnaissance des sols permettent de : - Dterminer la couche dassise : sa position (profondeur), sa contrainte

admissible, son comportement (tassement). - De dterminer la position de la nappe phratique (nappe deau).

2.3 - CHOISIR UN TYPE DE FONDATION ADAPTE En fonction de tous les critres dfinis prcdemment

il convient de choisir le mode de fondations le mieux adapt pour limiter les tassements :

- Rigoles en gros bton. - Semelles en bton arm. - Semelles en bton arm rigidifies par des longrines. - Radier. - Puits. - Pieux.

FONDATIONS

SUPERFICIELLES

FONDATIONS

PROFONDES

La distinction entre fondations superficielles et profondes se fait selon la valeur du rapport de la hauteur du sol dassise D sur la largeur de la fondation B.



Exemples : Largeur semelle = 1,20 m Profondeur de fouille = 2,40 m. Soit D = 2,4 m & B = 1,2 m graphique La fondation est dite superficielle Diamtre fondation = 0,90 m Profondeur de fouille = 5,00 m Soit D = 5 m & B = 0.9 m graphique La fondation est dite profonde

3 - FONDATIONS SUPERFICIELLES

3.1 - STRUCTURE DUNE FONDATION SUPERFICIELLE

Composition et rles de chaque lment : Bton de propret : Dosage minimum de 150 kg/m de ciment, il vite la souillure de la semelle

par le sol lors du btonnage, permet de positionner les carteurs darmatures afin de respecter lenrobage de celles-ci (4 cm) et dobtenir une surface plane pour la ralisation de la semelle (voir chapitre 3.3.3).

Semelle : Bton arm dos entre 300 et 400 kg/m de CEM II/A (CPJ), CEM III/C (CLK)

ou CEM III/A (CHF). Par sa surface dappui, elle rpartit les charges au sol.

B

D

terrain actuel

niveau fini Fondations superficielles

Fondations profondes

largeur B en m

prof

onde

ur

D en

m

0,5 1 2

3

2

1

soubassement

arase tancheisolant vertical

armaturesbton de propret

tout venant drain

EXTERIEURINTERIEUR

terre plein compact

semelle bton



Armatures : Elles se composent soit de barres ou soit de treillis soud. Elles

renforcent le bton qui rsiste trs peu la traction (voir chapitre 3.3.4). Mur de soubassement : Li la fondation, il assure la transmission des charges entre les voiles

et la semelle. Drain et tout venant : Un drainage priphrique autour du btiment nest pas une obligation et ne

se conoit quen prsence dune nappe phratique peu profonde. Il se compose dun drain en bton poreux entour dun matriau filtrant, tout venant par exemple (voir chapitre 3.3.6).

Arase tanche : Mortier compos de ciment hydrofuge, vite les remontes deau par

capillarit dans les murs suprieurs (voir chapitre 3.3.6). Isolant vertical : Permet dviter au sol lintrieur du btiment de geler et dviter les

ponts thermique. Terre plein compact : Uniquement dans le cas dun dallage il lui sert dassise.

3.2 - DIVERS TYPES DE FONDATIONS SUPERFICIELLES

Semelles continues ou filantes Sous murs continus (voiles)

Semelles isoles Sous poteaux isols, de rives, dangle, dintrieur.

3.3 - REALISATION DE FONDATIONS SUPERFICIELLES

3.3.1 - Implantation

LL>>>B

glacis



Louvrage est implant laide de 2 lignes directrices partir dune base xx. A, B et C, D constituent des repres principaux, leur intersection en O donne lorigine des mesures reporter aux axes des fondations et des voiles.

La matrialisation de cette implantation se

fait laide de chaises sur le terrain.

3.3.2 - Terrassement - Si le terrain ne prsente pas de risques dboulements la fondation peut

tre coule directement dans la fouille, dans ce cas la largeur de lexcavation sera celle du godet de la pelle, soit au minimum 0,40 m.

- Si le sol est bouleux ou si

la fondation doit tre coffre, la fouille prsentera un talus dont langle est gal langle de talus naturel du sol . Cet angle dpend de la nature du sol , de sa cohsion, de sa granulomtrie et de la prsence ou non deau.

Largeur, hauteur des fouilles et blindage :

Largeur de la fouille Hauteur de la fouille Blindage Rigole l 2,00 m h 1,00 m si h > 1,30 m

ou si h/l = 1,30

En tranche l 2,00 m h > 1,00 m En excavation l > 2,00 m h < l/2

3.3.3 - Bton de propret

Cest un bton maigre (dosage minimum de 150 kg/m de ciment. Son

paisseur est > 4 cm et sa largeur suprieure, en gnral, celle de la semelle. Il nest jamais coffr.

Il peut tre remplacer par un film plastique (polyane) en fond de fouille.

3.3.4 - Mise en place du ferraillage

Afin de respecter lenrobage, les armatures sont

positionnes sur le bton de propret par lintermdiare de cales pour armatures (acier en barres) ou de distanciers ou carteurs (treillis soud).

Le ferraillage arrive la

plupart du temps sur le chantier sous forme de cage darmatures pr-faonnes en usine.



3.3.5 - Coffrage et btonnage La semelle peut tre coffre latralement ou bien coule directement dans

la fouille, selon ses dimensions et la tenue des terres. Le btonnage est effectu en 1 seule fois sans reprise de btonnage.

COFFRAGE et BETONNAGE MISE en PLACE du FERRAILLAGE et BETONNAGE sans COFFRAGE

EXEMPLES :

3.4 - DISPOSITIONS PARTICULIERES

3.4.1 - Profondeur hors-gel Le gel agit sur le sol en transformant leau incluse dans ce sol en glace,

celle-ci occupant un volume plus important que leau, cela provoque un

semelle isole sans coffrage

semelle filante sans coffrage

armatures en attente pour poteau dangle

Armatures en attente pour le voile suprieur

semelle filante coffre



gonflement de la couche superficielle et des fissures dans le gros uvre.

Lors du dgel des vides vont se crer dans le sol entranant un tassement du sol et de la fondation. Il est donc ncessaire que le sol dassise de la fondation soit une profondeur suffisante pour quil ne gle pas.

) Conclusion : cest le sol dassise de la fondation que lon doit mettre hors gel. Cette profondeur minimale varie suivant les rgions et la nature du sol, elle est de lordre de 0,50 m sous climat ocanique (par exemple en Bretagne) et peut

dpasser 1 m en montagne.

3.4.2 - Joint de rupture

Un joint de rupture doit tre prvu entre 2 ouvrages voisins, lorsquils

subissent des diffrences importantes de charge, sappuient sur des sols de natures diffrentes ou possdent des fondations de natures diffrentes (cas dun ouvrage construire contre un ouvrage ancien).

Ce type de joint est, la plupart du temps, ralis laide de polystyrne.

3.4.3 - Joint de dilatation Un ouvrage soumis de grandes diffrences de temprature va subir des

dilatations dautant plus importantes que cet ouvrage est long.

0,50 m 1,00 m

Fondations profondes

Fondations superficielles

Limon argileux Calcaire

1Qr

2Q

r

Charges ingales Sols de natures diffrentes Fondations de natures diffrentes

Joint de rupture Semelles

distinctes excentres

Bton de propret

) Un joint de rupture spare compltement les 2 ouvrages, y compris les fondations.



En rgions tempres il est donc prvu de disposer des joints de dilatation tous les 30 m.

Ce type de joint est, la plupart du temps, ralis laide de polystyrne.

3.4.4 - Fondations sur sol en pente

Dans ce cas les fondations se trouvent des niveaux diffrents et les

semelles suprieures peuvent exercer une pousse sur les semelles infrieures qui ne sont pas dimensionnes en consquence, ou risquent damorcer un glissement densemble.

Afin de rsoudre ce problme il existe 2 solutions :

Soit respecter une pente de 2 pour 3 entre les 2 semelles. Soit, si cela savre impossible, excuter des redans en gros bton.

3.4.5 - Fondations sur sol argileux

Dans ce cas il peut se produire, aprs terrassement de la fouille, un gonflement par dchargement du poids des terres excaves ou par augmentation de la teneur en eau du sol. On peut alors soit

) Un joint de dilatation spare compltement les 2 ouvrages, hormis leurs fondations.

Joint de dilatation

Bton de propret

Semelle commune

Renfort darmatures

2

3

semelle

redans en gros bton

sol

semelle



effectuer une purge (ter le sol argileux pour le remplacer par un meilleur sol), soit traiter le sol en place ( la chaux par exemple) ou soit en tenir compte dans les calculs.

3.4.6 - Protection contre lhumidit Si le terrain de fondation est permable (sables,

graviers,...) et non immerg, les eaux de ruissellement s'infiltrent rapidement sans soumettre le mur priphrique une importante humidit permanente ; par contre, si le terrain de fondation est peu permable (argile, limon...), les eaux d'infiltration peuvent venir s'accumuler le long du mur enterr.

Dans le premier cas il ny a pas de prcaution particulire prendre,

larase tanche ralise entre le mur de soubassement et le plancher du rez-de-chausse suffit.

Dans le deuxime cas la

ralisation dun drain priphrique est ncessaire.

Il entoure compltement la

construction dans le cas dun terrain plat ou, profitant de la pente, peut viter un cot.

Conception gnrale : Un drainage comporte obligatoirement : - Une tranche drainante, remplie de matriaux

permables allant de la granulomtrie la plus importante en bas (autour du drain) la plus faible en haut.

- Un drain plac toujours sur la face suprieure de la fondation afin dviter les affouillements sous celle-ci.

- Des regards de visite chaque changement de direction et au point haut. - Un dispositif dvacuation des eaux recueillies par les drains.

remblai terrain permable

fouille

EAU

terrain peu permable

EAU

remblai

fouille

Arase tanche

revtement extrieur

EAU



3.5 - PRINCIPE DE DIMENSIONNEMENT

3.5.1 - Contrainte de calcul du sol Cette contrainte q (contrainte verticale) est : Soit dduite de lexprience acquise sur les ralisations voisines ou

sur des sols biens rpertoris suivant :

D.T.U 13-12 La carte gologique localeNature gologique du sol q (Mpa) Nature du sol q (Mpa)Limon de plateaux

0,15 0,30Roches peu fissures saines non dsagrges de stratification favorable

0,75 4,5

Terre meulire 0,30 0,45 Terrain non cohrent bonne compacit 0,35 0,75 Marne verte, argile 0,07 0,45 Terrain non cohrent moyenne compacit 0,20 0,40 Alluvions anciennes, sables et graviers 0,60 0,90

Argile 0,03 0,30 Sables de Beauchamp 0,75 1,50 Craie 0,90 1,00 Marne + caillasse 0,75 1,50 Calcaire grossier 1,80 4,50

Soit dtermine partir des essais mcaniques des sols qui permettent

de dfinir la contrainte ultime qu. La contrainte de calcul q est la plus petite des deux valeurs : qu/2 ou la

contrainte nentranant pas de tassements diffrentiels trop importants dans la structure. Dans la majorit des cas, on pourra prendre :

q = qu/2

3.5.2 - Dimensionnement de la fondation Le calcul va nous permettre de connatre les dimensions de la fondation en

largeur (longueur dans le cas dune semelle isole) et hauteur. puis de dterminer les armatures positionner dans cette fondation.

Dans un premier temps nous devons disposer de la charge qui arrive sur

cette fondation. Cest la charge Nu donne par la descente de charges (voir page 2) :

Nu = 1,35 G + 1,5 Q + (1,35 * poids propre semelle)

Les coefficients 1,35 et 1,5 sont des coefficients de scurit donns par

la norme, ils servent compenser les incertitudes sur le calcul des charges : - 1,35 sur les charges permanentes, en gnral les poids propres qui sont,

la plupart du temps, assez bien connus. - 1,5 soit un coefficient plus important sur les charges dexploitation ou

charges lies lutilisation de louvrage, qui sont moins bien connues et peuvent varier souvent et de manire trs significative.

Quand au poids propre de la semelle cest une inconnue au dpart, mais il

devra tre pris en compte par la suite dans la vrification du sol.



- Calcul des dimensions de la fondation :

Semelle continue

Semelle isole

Aire de la surface portante S ?

1er calcul :

qNuS = menlongueur

mensurface00,1S'a 1 == a

bS'betbaS'a 11 ==

a a

a

a

b

b

h h 1,00 m

choix des dimensions de la semelle en

multiples de 0,05 m a a1 a a1 et b b1

Condition de rigidit :

4a'ad

choix de h = d + 0,05 m h tant un multiple de 0,05 m

Vrification du sol :

qSN'q semelle.p.p35,1u +=

S = a x bS = a x 1,00

OUI

NON

CALCUL des ARMATURES



- Calcul des armatures :

Lorsque lon pousse sur Le bton de la fondation, Il se cre dans la fondation un balai contre le sol pris entre louvrage des bielles de bton qui vont ses poils scartent. et le sol, va subir le mme scarter et crer de la phnomne. fissuration dans la fondation.

Il est donc ncessaire de placer des aciers afin que les bielles de bton ne scartent pas et, ainsi, viter la fissuration du bton de la fondation.

) Conclusion : - Les aciers principaux porteurs sont placs dans le sens de la largeur de la semelle. - Les aciers placs dans la longueur de la semelle sont les aciers de rpartition. Ils servent

maintenir les armatures principales et raliser un ceinturage (chanage) bas de louvrage.

Dans le cas dune semelle isole les aciers sont porteurs dans les 2 sens.

Exercices :

Soit vrifier la semelle filante sous mur suivante :

poids volumique du bton arm : 25 kN/m3 poids volumique du bton de propret : 22 kN/m3 poids volumique du sol : 18 kN/m3 charge permanente : G = 0,3 MN/m charge dexploitation : Q = 0,05 MN/m contrainte ultime du sol : qu = 2 Mpa paisseur du bton de propret : 4 cm

bielles de bton

attentes pour le voile aciers

porteurs

aciers de rpartition

0,20

0,50

0,25

0,50

traction dans le bton



Poids propre de la fondation : 0,25 x 0,5 x 1 x 25 = 3,125 kN/m Poids propre du bton de propret : 0,04 x 0,5 x 1 x 22 = 0,44 kN/m Poids propre de la terre sur la fondation : hauteur = 0,5 0,04 0,25 = 0,21 m largeur = 0,5 0,2 = 0,3 m 0,21 x 0,3 x 1 x 18 = 1,134 kN/m 4,7 kN/m Soit : Nu = 1,35 x (0,3 + 0,0047) + 1,5 x 0,05 = 0,4863 MN/m

?22

2qu

1x5,04863,0 = soit 0,973 MPa 1 MPa OK

Soit calculer les dimensions de la semelle isole suivante :

masse volumique du bton arm : 25 kN/m3 masse volumique du bton de propret : 22 kN/m3 masse volumique du sol : 18 kN/m3 charge permanente : G = 0,167 MN charge dexploitation : Q = 0,383 MN contrainte ultime du sol : qu = 0,9 Mpa paisseur du bton de propret : 4 cm Nu = 1,35 x 0,167 + 1,5 x 0,383 = 0,8 MN

MPa45,029,0

2quq === m78,1

45,08,0S ==

m09,13,02,078,1'1betm63,12,0

3,078,1'1a ====

choix : a1 = 1,65 m et b1 = 1,10 m m34,043,065,1d =

choix : d = 0,35 m h = 0,35 + 0,05 = 0,40 m Poids propre de la fondation : 1,65 x 1,1 x 0,4 x 25 = 18,15 kN Poids propre du bton de propret : 1,65 x 1,1 x 0,04 x 22 = 1,60 kN Poids propre de la terre sur la fondation : (1,65 x 1,1 0,3 x 0,2) x (0,7 0,04 0,4) x 18 = 8,21 kN 28 kN Nu = [1,35 x (167 + 28) + 1,5 x 383] x 10-3 = 0,838 MN

?MPa45,01,1x65,1

838,0 soit 0,46 MPa 0,45 MPa NON VERIFIE Il est donc ncessaire de recommencer avec : a1 = 1,65 + 0,05 = 1,70 m b1 = 1,10 + 0,05 = 1,15 m Cette fois la contrainte du sol est respecte.

?

poteau 0,20 x 0,30

profondeur hors gel 0,70



Quelques valeurs pour une contrainte du sol voisine de 0,1 MPa :

3.5.3 - Dispositions particulires

- GLACIS Dans le cas de fondations trs larges (a partir de 1,50 m ou 2,00 m), on peut raliser un glacis pour conomiser du bton mais sa mise en uvre est plus difficile. La hauteur de la semelle aux extrmits est au moins gale 6 + 6 cm, tant le diamtre des armatures en cm.

- RENFORT DARMATURES SOUS UNE OUVERTURE Un semelle filante est sollicite

comme une poutre au droit des ouvertures dans le voile (cas dune baie), il savre donc ncessaire de positionner une armature de renfort sous cette ouverture.

- LARGEUR DE LA FONDATION EN ABOUT DE

VOILE - RENFORCEMENT DES FONDATIONS Au droit des angles de louvrage et

des trumeaux les plus chargs, on largit les fondations afin quelles rsistent aux efforts importants rsultants.

- SEMELLE EXCENTREE Dans le cas de btiment construit contre un

btiment existant, on ne peut pas crer de semelle symtrique car il est interdit dempiter sur le terrain voisin.

Cette fondation risque donc de pivoter si on ne prend aucune prcaution, do la mise en place dun buton, bloquant cette rotation contre la semelle voisine.

50 kN/m

500

250

60 kN/m

600

350

70 kN/m

700

400

80 kN/m

800

500

renfort darmature

semelle

ouverture

Fondation excentre



3.6 - SOLUTION PLOTS & LONGRINES Dans cette solution les voiles reposent sur des poutres prfabriques

appeles longrines, qui reposent elles mmes sur le sol par lintermdiaire de plots prfabriqus en bton arm.

Exemple : la maison ossature bois :

Solution industrielle :

Les longrines prfa-briques ont une forme de L, elles sont poses sur les plots, le plancher du vide sanitaire venant reposer sur les bquets. On coule ensuite le plancher et les liaisons

entre les longrines et les plots qui comprennent des armatures en attentes.

liaisons coules en place Coupe AA

Coupe BB

Coupe CC



3.7 - LES RADIERS Un radier est une dalle intressant la totalit de lemprise au sol de la

construction. Le radier se comporte comme un plancher renvers. Il est utilis : Quand la contrainte admissible du sol dassise est faible, la surface

de semelles obtenue est suprieure la moiti de la surface au sol du btiment.

Quand le sol nest pas homogne et risque de provoquer des tassements diffrentiels.

Le radier devient obligatoire lorsque le dernier niveau du sous-sol se situe en dessous du niveau des plus hautes eaux. Si ce niveau ne peut tre inond (local darchives), il faut le rendre tanche : on ralise un cuvelage.

Le cuvelage tanche tant soumis aux sous-pressions (pousse dArchimde), on peut ancrer le radier une sous-couche stable par la mise en place de tirants dancrage scells dans le sol.

Si le dernier niveau peut tre provisoirement neutralis (parkings), on

peut prvoir de linonder par la mise en place douverture dispose une hauteur satisfaisante, afin dviter que le radier soit soumis aux sous-pressions exerces par la nappe.

3.7.1 - Radier plan pais

Cest une dalle dpaisseur constante < 0,30 m, coffre sur son pourtour, fortement arme, mais rserve de petits btiments vu limportance du bton qui surcharge la structure.

3.7.2 - Radier plan nervur Cest une dalle mince renforce

par des nervures et des poutres espaces de 2,50 3,50 m, son coffrage et son ferraillage sont compliqus et son cot est important, mais sa faible masse par rapport au prcdent le rserve des btiment plus importants.

radier plan pais console renfort sous refend

aciers principaux

aciers de rpartition

chapeaux en console



3.7.3 - Cuvelage tanche

Lorsque lon ralise un cuvelage tanche, louvrage se comporte comme un

bateau et subit la pousse dArchimde, celle-ci est dautant plus forte que le niveau de la nappe phratique est haut. Le calcul se fait donc en prenant en compte le cas le plus dfavorable, soit le niveau des Plus Hautes Eaux (PHE).

Si le poids propre de louvrage ne peut pas compenser cette pousse, en prenant un coefficient de scurit, il est alors ncessaire de mettre en place des tirants dancrage afin de sceller louvrage dans une couche de terrain rsistant. La longueur L dpend des caractristiques de cette couche et de la valeur de la pousse.

revtement tanche

niveau des PHE de la nappe phratique

cne dancrage

tirant dancrage

terrain rsistant

L

sous pression

Exemple de ralisation dun radier

btonnage la pompe bton

cours fondations superficielles2 apmbtp procedes generaux de construction

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