Guide Véritas - Fondation Radier [PDF]

Zitiervorschau

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13.4 a - Radier Guide Veritas CLASSEURS À MISES À JOUR - GUIDE VERITAS - Novembre 2006 Fondations

Fondations superficielles

Auteur(s) : Jacquart Catherine Indexation

Types de bâtiment : Administrations, banques, bureaux ouverts au public - Aires de jeux - Bâtiments d'habitation collectifs - Bâtiments d'habitation individuels - Bibliothèques, centres de documentation et de consultation d'archives Équipements de loisirs - Chapiteaux, tentes, structures - Équipements sportifs de plein air - Espaces verts Établissements de culte, funéraire - Établissements de plein air - Établissements de soins - Mobilier urbain Établissements d'éveil, d'enseignement, de formation, centres de vacances, centres de loisirs sans hébergement Piscine - Établissements flottants - Établissements pénitentiaires et judiciaires - Établissements sportifs couverts - Gares, aéroports - Hôtels et pensions de famille - Hôtels-restaurants d'altitude - Magasins, centres commerciaux - Musées Parcs de stationnement couverts - Refuges de montagne - Restaurants et débits de boissons - Salles d'audition, de conférences, de réunion, spectacles ou à usages multiples - Salles de danse et salles de jeux - Bâtiments d’expositions - Structures d'accueil pour personnes âgées et personnes handicapées dépendantes - Structures gonflables Établissements industriels, agricoles, ICPE - Immeubles de grande hauteur - Lieux de travail Corps d'état : Cuvelage - Fondations – Soutènements - Terrassements - Géotechnique Thèmes : Conception Le radier est un système de fondation offrant une surface d'appui continue sous un ouvrage, dans le but : de diminuer la pression sur le sol ; et/ou de servir de support à un revêtement d'étanchéité.

1. Types de radiers Il existe différents types de radiers : le radier-dalle ; le radier nervuré, en général avec plancher indépendant ; le radier voûté avec tirants ; il est peu utilisé ; le radier sur pieux ; il sert de sous-radier lorsque la structure reçoit un cuvelage extérieur.

Fig. 1 Différents types de radiers

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IMPORTANT

Le radier n'est pas un système de fondation «

miracle

». Il ne permet pas de s'affranchir de n'importe quel mauvais

terrain, chaque fois que la capacité portante est insuffisante pour envisager des semelles ; d'où la nécessité d'une étude géotechnique, suivie d'une réflexion sur les autres systèmes de fondation possibles (puits, pieux, etc.) avant de faire un choix. Le radier n'est calculé comme un plancher renversé que dans certains cas précis. On se méfiera, en particulier, des pièges provenant de la distribution des réactions sur le sol et de l'inertie collaborante des superstructures. Avant de décider la conception d'une fondation par radier, le projeteur doit : détenir les éléments d'une reconnaissance de sol à grande profondeur (1,5 fois la largeur du radier)

;

connaître les caractéristiques de la superstructure envisagée (isostatique ou hyperstatique, à faible ou à grande rigidité).

Il faut éviter de prévoir une fondation par radier si le sol d'appui est très hétérogène, c'est-à-dire présentant des compressibilités différentes (fig. 2) : il est alors impossible d'évaluer correctement les moments dus aux tassements différentiels. On pourra retenir l'une des techniques suivantes : pieux, traitement adéquat du terrain, substitution du sol, etc.

Fig. 2 Comportement d'un radier sur un sol hétérogène

Lorsque les charges apportées par la structure sont inégales, il faut prévoir une adaptation de la structure. Si la structure est très rigide, les contraintes sur le sol pourront être uniformes, mais elles donneront lieu à des moments de flexion importants dans les parties faiblement chargées. Si la structure est souple, d'importants tassements différentiels se produiront.

Fig. 3 Adaptation d'une structure aux tassements différentiels

Les tassements différentiels ne sont pas acceptables. On prévoira des joints entre les parties de hauteurs différentes afin d'éliminer les moments parasites pourra également donner des profondeurs inégales aux fouilles ou changer de système de fondation (pieux, par exemple).

; on

2. Conception des radiers Trois paramètres sont à prendre en compte : ce sont la rigidité de la superstructure, celle du radier et le comportement du sol.

Rigidité de la superstructure et du radier La rigidité relative de la superstructure (Is) et celle du radier (If) donnent lieu à des comportements différents. Quatre «

combinaisons

» sont possibles (fig. 7).

Les types I et III sont de nature identique : le type I est à utiliser sur un bon sol, lorsqu'on craint peu les tassements différentiels ; le type III est à utiliser sur un sol hétérogène, lorsqu'on craint les tassements, mais cette solution est coûteuse. Dans les deux cas, le radier se comporte comme une semelle unique. Le type II peut être réalisé sur un sol homogène, en donnant une épaisseur minimale au radier (radier élastique). Ce cas est le plus couramment employé, mais

© 28/08/2013 KHEOX - GROUPE MONITEUR | AFNOR pour Spie Batignolles - CHRISTOPHE ANSALDI d'importantes précautions sont à prendre lors du calcul de la dalle (voir, ci-après, le paragraphe « Radier souple

»).

Le type IV est à éviter, parce qu'il est source de multiples désordres dans les éléments secondaires. Comme il est difficile d'apprécier a priori les moments de flexion qui seront à reprendre par le radier lui-même, un risque de rupture sous de grandes déformations est à craindre.

Fig. 4 Combinaisons possibles des rigidités de la superstructure et du radier

Pour augmenter la rigidité de la superstructure (Is), on peut réaliser des voiles croisés en béton banché. Pour augmenter la rigidité du radier (If), il faut donner une épaisseur importante au radier (de l'ordre de l/10 au minimum) et utiliser les voiles du sous-sol comme raidisseurs.

Comportement du sol Il convient de vérifier la capacité portante du sol pour la contrainte (s) appliquée par le radier, le poids de celui-ci étant à prendre en compte dans les sollicitations de calcul. Les déformations (w) du sol sous cette contrainte (s) sont à calculer selon les méthodes classiques de la mécanique des sols, en étudiant la nature et le comportement mécanique (essais de compressibilité) des terrains sur une profondeur égale à 1,5 fois la largeur du radier (voir la fiche n o 13.1

b).

La méthode la mieux adaptée pour calculer les tassements dus à la consolidation des sols argileux (phénomène lent) est celle établie à partir des essais œdométriques.

Modèle de la poutre sur appuis élastiques Il est essentiellement applicable lorsque le sol d'assise est homogène et peu déformable (argile raide ou sable compact). Le radier est alors modélisé comme une poutre sur appuis élastiques. L'équation générale d'une poutre sur appuis élastiques peut s'exprimer en fonction du coefficient de raideur (K), et sa solution générale est fonction d'une grandeur (l e ) appelée longueur élastique de la poutre et qui a pour expression :

où : E : module élastique du béton (de l'ordre de 20 000 MPa) I : inertie de la poutre ou de la bande de radier étudiée

;

;

b

: largeur de la poutre ou de la bande de radier étudiée

K

: coefficient, inventé par Winkler, se définit par

;

: K = s/w

IMPORTANT

Ce facteur de proportionnalité entre contrainte (s) et déformation (w) ne traduit pas vraiment la réalité physique des sols de l'intensité des charges appliquées ; de la vitesse et de la durée d'application des charges ;

; il dépend en fait :

de la répétitivité des charges ; des vibrations, en particulier dans les sables ; des variations de la teneur en eau ; des dimensions et de la forme de la surface sur laquelle s'applique uniformément la contrainte (s).

Les valeurs de (K) sont obligatoirement données par le géotechnicien et ne peuvent pas être estimées à partir d'un simple essai à la plaque car (K) dépend de la dimension de la surface chargée.

© 28/08/2013 KHEOX - GROUPE MONITEUR | AFNOR pour Spie Batignolles - CHRISTOPHE ANSALDI On compare la longueur élastique (l e ) avec (l), distance entre les voiles ou les poteaux sur la bande étudiée :

Si l/le ≤ 1,57, la bande de radier ou la poutre est considérée comme rigide (calcul qui ne tient pas compte des déformations). Si l/le > 1,57, la bande de radier ou la poutre est considérée comme souple (calcul qui tient compte des déformations).

Ces formules ne sont applicables que si les charges sont sensiblement égales et équidistantes. IMPORTANT

En fait, seuls les radiers très épais (h ≥ l/10) peuvent être considérés comme rigides et calculés comme tels.

3. Calcul sans sous-pression d'eau Radier rigide Sa longueur (l) doit être inférieure ou égale à 1,57 fois sa longueur élastique (l e ). La répartition des contraintes sera uniforme si la résultante (R) des charges (Qi) est centrée. La répartition sera linéaire si la résultante (R) des charges (Qi) est excentrée (fig. 5). IMPORTANT

Aucune excentricité n'est admise si le terrain est compressible.

Fig. 5 Répartition des contraintes sous une charge excentrée

Pour un sol pulvérulent compacté, on admet : (s maxi/s mini) ≤ 1,5

où : s : contrainte au sol

;

R : charge excentrée de (l a ) et (l b ) par rapport au centre de gravité du radier. Le calcul sera réalisé pour les deux flexions longitudinales et transversales : soit en réseau de poutres, si le radier est nervuré ; soit en dalle, si l'épaisseur est constante.

Radier souple Sa longueur (l) doit être supérieure à 1,57 fois sa longueur élastique (l e ).

Superstructures rigides (Is très grande) Le radier est calculé en dalle sur des appuis fixes ou en réseau de poutres croisées peut être calculé en bande avec des renforts perpendiculaires aux petits côtés.

; dans ce dernier cas, si la largeur est petite par rapport à la longueur, le radier

© 28/08/2013 KHEOX - GROUPE MONITEUR | AFNOR pour Spie Batignolles - CHRISTOPHE ANSALDI Par sécurité, on adopte souvent une distribution uniforme de pressions lorsque les poteaux, ou les voiles, sont également chargés et équidistants.

Lorsque les poteaux, ou les voiles, sont inégalement chargés, on peut adopter une répartition dite « 6a).

en rectangles

», mais elle est, en général, trop pessimiste (fig.

Fig. 6 Répartition des contraintes

En revanche, la répartition dite « en triangles » est trop optimiste et conduit à sous-évaluer les moments de flexion maximaux en travée (fig. 6b). Elle est donc à proscrire, sauf dans le cas bien particulier d'un radier sur gravier compact ou sur roche. En fait, compte tenu des déformations de la dalle, la répartition des contraintes sous radier (hors le poids du radier) est celle indiquée par la figure 6c et peut être schématisée pour le calcul par la figure 6d. Les contraintes se répartissent ainsi : une partie de la réaction du sol uniformément répartie

;

l'autre partie représentée sous forme de distribution triangulaire sous chaque charge. Elle s'exprime par : P = S Pi.

La part de la charge donnant lieu à une répartition uniforme des réactions du sol peut être égale à : a × P, avec, à titre indicatif : pour K > 200 MPa/m (20 bars/cm) (sol très compact et indéformable : rocher, gravier compact) : a = 0 ; pour 100 < K < 150 MPa/m (sol en sable compacté) : a = 0,5 ; pour 40 < K < 80 MPa/m (sol en argile compacte ou en sable peu compact) : a = 0,75 ; pour K > 40 (sol en argile molle, en vase ou en tourbe) : a = 1

;

(K) étant le coefficient de raideur du sol et (a) le coefficient empirique de répartition des contraintes.

Superstructures peu rigides 1 er cas : la rigidité des superstructures (Is) est égale à 0. L'ossature est totalement isostatique. Le calcul doit être fait en considérant un réseau de poutres (ou de bandes) croisées, sur appui élastique continu. b, l, I, E sont, respectivement, la largeur, la longueur, l'inertie et le module d'élasticité des poutres ou des bandes. K est le coefficient de raideur du sol. La charge (P), s'appliquant au croisement de deux poutres (ou bandes) de caractéristiques (b i, l i) et (b j, l j), sera répartie au prorata des surfaces :

Un calcul, par ordinateur, du réseau croisé est cependant tout indiqué. Si lj / l i > 2, on augmente l'importance du système à courte portée (sens l i) qui reprend pratiquement toute la charge. 2 e cas : la rigidité des superstructures (Is) est faible (structure mal ou peu contreventée). Elle est donc à éviter. Cependant, plusieurs méthodes permettent de tenir compte de l'interaction structure-fondation, donc du rapport Is/If. On pourra se reporter à l'ouvrage «

Applications de la mécanique des sols

En fait, il n'existe pas de méthode parfaite déformations.

», de Verdeyen (Ed. Dunod).

; ces calculs sont complexes et présentent des incertitudes surtout en ce qui concerne la prise en compte des

Structure en partie rigide Ce type de système mixte est utilisé, par exemple, dans le cas d'un parking enterré avec des voiles périphériques et une structure isostatique intérieure (fig. 7).

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Fig. 7 Structure en partie rigide et enterrée

Toutefois, des précautions sont à prendre dans le calcul, lorsque : les charges au centre sont plus faibles que celles apportées par les voiles extérieurs ; le terrain (ou la présence d'une nappe) conduit à adopter tout de même une répartition uniforme des réactions (voir le paragraphe ci-après).

4. Influence de la poussée hydrostatique Les ouvrages susceptibles d'être soumis à des poussées hydrostatiques sont traités dans les fiches relatives aux travaux de cuvelage. ©Kheox / 2013