Pathologies Des Fondations [PDF]

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Réf. : C7301 V1

Date de publication : 10 septembre 2019

Pathologies des fondations Cet article est issu de : Construction et travaux publics | Vieillissement, pathologies et réhabilitation du bâtiment par Jean DELEFOSSE

Mots-clés pathologie | construction | expertise | fondations | désordres

Résumé Les désordres de fondations sont relativement rares en raison des coefficients de sécurité à appliquer, tant sur les capacités du sol que sur celles des matériaux (béton, acier). Ils ont en revanche parfois des conséquences financières très lourdes. L’article a pour objectif de classer les différentes pathologies des fondations à partir de leur origine ou de leur cause, d’énoncer quelques principes élémentaires permettant de les éviter, et enfin d’en tirer des enseignements pouvant être utiles aux constructeurs.

Keywords pathology | building | expertise | foundations | deteriorations

Abstract Foundation disorders are relatively rare because of the safety factors applied both on the capacities of the soil and on that of the materials (concrete, steel). On the other hand, they sometimes have heavy financial impacts. The article aims to classify the various pathologies of foundations from their origin or their cause, to state some basic principles to avoid them, and finally, to draw lessons that can be useful to builders.

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Pathologies des fondations par

Jean DELEFOSSE Ingénieur ETP - Diplômé du Centre des Hautes Études de la Construction Expert de justice (H)

1.3 1.4 1.5 1.6

Différentes pathologies suivant leurs origines .............................. Absence de reconnaissance et/ou d’étude de sol (ou incomplètes ou erronées) .................................................................... Méconnaissance des propriétés et des phénomènes (physiques, chimiques) des sols d’appui....................................................................... Fautes de conception.................................................................................. Défauts d’exécution .................................................................................... Modification des conditions initiales......................................................... Attaques par le milieu. Eaux agressives ...................................................

2. 2.1 2.2 2.3 2.4

Quelques cas particuliers...................................................................... Zones sismiques ......................................................................................... Sécheresse................................................................................................... Plantations-Végétation ............................................................................... Creusement d’un tunnel .............................................................................

— — — — —

22 22 22 25 25

3. 3.1 3.2 3.3

Quelques pathologies fréquentes propres à certains types de fondations ............................................................ Radiers ......................................................................................................... Dallages ....................................................................................................... Pieux.............................................................................................................

— — — —

25 27 29 29

4. 4.1 4.2

Recommandations (enseignements à tirer) ..................................... Cas général .................................................................................................. Quelques cas particuliers ...........................................................................

— — —

31 31 32

5.

Conclusion.................................................................................................

—

37

6.

Glossaire ....................................................................................................

—

38

1. 1.1

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Pour en savoir plus .........................................................................................

—

2

— — — — —

4 6 11 13 19

Doc. C 7 301

8 - 2019

I

C 7 301

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1.2

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l convient tout d’abord de préciser au lecteur qu’il ne s’agit pas là d’une étude théorique mais, au contraire d’une étude, établie à partir de constats effectués lors de nombreux sinistres et expertises. Le lecteur admettra donc aisément qu’une telle étude ne peut guère être exhaustive. En première analyse, il ressort que la proportion de désordres de fondation affectant les ouvrages de faible importance, telles que les maisons individuelles, est la plus élevée ceci tenant au fait que les études de constructions plus importantes sont, en général, confiées à un bureau d’études ; un organisme spécialisé étant d’autre part chargé du contrôle des études et des travaux. Si les désordres de fondations sont relativement rares en raison des coefficients de sécurité à appliquer, tant sur les capacités du sol, que sur celles des matériaux (béton, acier), ils ont en revanche parfois des conséquences financières très lourdes.

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PATHOLOGIES DES FONDATIONS ______________________________________________________________________________________________________

Dans cette étude, nous avons cherché à classer les différentes pathologies des fondations à partir de leur origine ou de leur cause. Nous verrons que les sinistres que nous avons examinés étaient la plupart du temps aisément évitables car tenant au non-respect de principes élémentaires. Enfin, pour clore cette étude, nous chercherons à en tirer des enseignements pouvant être utiles aux constructeurs.

1. Différentes pathologies suivant leurs origines 1.1 Absence de reconnaissance et/ou d’étude de sol (ou incomplètes ou erronées)

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Il est indéniable qu’il s’agit là de l’origine la plus fréquente des désordres de fondation.

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Concepteurs et projeteurs de l’ouvrage à construire doivent connaître les caractéristiques du (ou des) sol(s) d’assise et du (ou des) sol(s) retenus ce qui suppose qu’il faut au préalable les avoir déterminées par sondages, mesures et essais. Le temps n’est pas si lointain où le taux de travail du sol était fixé par un simple coup de talon donné à fond de fouille par l’ingénieur chargé de l’ouvrage. On cite souvent comme exemples de ce type de désordre le théâtre de la ville de Mexico qui s’est enfoncé de près de 10 m et le barrage voûte de Malpasset qui s’est effondré faisant plus de 400 morts. Si, en ce qui concerne le théâtre de Mexico construit sur un lac asséché, en raison de l’époque de sa réalisation, les études ne pouvaient qu’être sommaires, pour le barrage de Malpasset, en revanche, il s’est révélé que les investigations concernant le terrain d’appui de la voûte sur ses flancs furent très réduites en raison de leur coût. Nous exposons ci-après quelques cas de sinistres beaucoup plus courants.

1.1.1 Fondations sur remblai Soit l’exemple d’une maison individuelle de bel aspect n’ayant fait l’objet d’aucune étude de sol préalable au motif que le sol d’appui était, au dire du constructeur, « convenable » (sic), en fait constitué de remblais récents, certes de qualité, mais non compactés et reposant sur 1 m environ de terre végétale (cf figure 1). Bien entendu, des tassements – importants, différentiels d’ailleurs – eurent lieu, d’où de nombreuses fissures nécessitant une reprise en sous-œuvre de l’ouvrage par micropieux.

1.1.2 Fondations sur remblai, lui-même sur tourbe Nous citerons également le cas de cette maison individuelle reposant sur un remblai ancien de très bonne qualité (déchets de quartzite), mais disposé sur une couche de tourbe d’épaisseur inégale et qui fût, bien sûr, affectée de désordres divers, conséquence de tassements différentiels (cf. figure 2) nécessitant une reprise par micropieux.

1.1.3 Bâtiments fondés sur une couche d’assise (remblai) d’épaisseur variable Cet exemple concerne un bâtiment R + 3 dont la construction ne fut précédée d’aucune étude de sol, si ce n’est du simple constat que le terrain d’assise (sables et graviers) était de « bonne qualité » au dire des réalisateurs. Avant la fin de la période décennale il apparut que le bâtiment avait pris de la gîte (non uniforme d’ailleurs) mais ce, sans désordres importants (cf. figure 3).

Maison individuelle

Remblais récents non compactés

Forts tassements Terre végétale non décapée Bon sol

Figure 1 – Fondations sur remblais

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1 m env.

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______________________________________________________________________________________________________ PATHOLOGIES DES FONDATIONS

VS

t1

Sables et graviers (remblai ancien)

h1 < h 2 t1 < t 2

t2

h1

h2

Tourbe

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Bon sol (marne)

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Figure 2 – Construction fondée sur remblai (lui-même sur tourbe)

3

2

1

S/S t1 A

B t2

h1

Gite Remblai h2

Sol na

ture l

h1

roch

eux

Terre végétale mal décapée

h2

Donc tassement en A (t1)

Risque de glissement

Tassement en B (t2)

Bon sol

Figure 3 – Construction fondée sur remblai lui-même sur un terrain naturel en pente

Des investigations plus sérieuses cette fois prouvèrent que l’ouvrage reposait sur un remblai comprenant certes des sables et graviers, mais d’épaisseurs inégales et relativement récent. De

plus, le terrain naturel – bon sol – était en pente et la couche de terre végétale n’avait pas été décapée.

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A priori, le bâtiment présentait un risque, non seulement de tassements différentiels, ce qui avait bien été le cas, mais également de glissement, ce qui par chance ne s’était pas produit. D’importants travaux de renforcement de la structure et de reprise en sous-œuvre par micropieux furent nécessaires avant redressement par vérins connectés et blocage de l’ouvrage avec des pieux par précaution.

1.1.4 Fondations sur d’anciennes carrières Il conviendra d’être particulièrement prudent en présence d’anciennes carrières. Un bâtiment d’habitation R + 5 de dimensions 30 × 15 m environ devait être réalisé à proximité d’une ancienne exploitation, en principe bien répertoriée sur les plans cadastraux. Il fut décidé d’effectuer 4 sondages à 25 m, aux 4 coins du bâtiment, à la suite desquels il fut déterminé de fonder l’immeuble sur 3 files de puits de 12 m reposant sur le calcaire, les couches superficielles étant de qualité médiocre (cf. figure 4a). Les constructeurs pensaient ainsi avoir pris toutes les précautions nécessaires.

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Or, à peine la réalisation du gros œuvre terminée, d’importantes fissures apparurent sur le pignon Est.

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Il s’avéra que l’appui du puits central de la file support du pignon Est se situait à moins de 1,5 m du ciel de la carrière et qu’un fontis était en formation. (cf. figure 4b). En fait, le contour de la carrière avait été mal reporté sur le plan sur lequel s’étaient appuyés les réalisateurs pour implanter le bâtiment.

1.1.5 Bâtiments de grande longueur Dans le cas des ouvrages de grande longueur, on ne peut se contenter d’une étude de sol ponctuelle comme le montre l’exemple suivant. Pour un bâtiment de 15 m environ de haut et de 60 m environ de long, un seul sondage avait été effectué. Peu de temps après la fin de la construction apparurent progressivement sur une zone d’une douzaine de mètres de longueur, en partie centrale et inférieure de l’ouvrage, de fines fissures verticales, et de part et d’autre de cette zone des fissures de même type mais en partie haute (cf. figure 5). En fait la qualité du sol d’assise n’était pas homogène, le seul sondage effectué n’avait pas permis de mettre en évidence localement, en partie centrale, la présence d’un sol argileux, des tassements différentiels sont donc à l’origine des désordres observés.

1.1.6 Glissement de la construction Toujours sans aucune étude préalable, cette autre construction reposait sur un terrain (sables et graviers) dont la qualité n’était pas en cause mais qui, lui-même, recouvrait un terrain rocheux (calcaire) à forte pente (cf. figure 6).

kage, construit au début des années 1980 sur un ancien site industriel, à proximité de Paris, au voisinage d’un canal. Le terrain superficiel était, sur plus d’un mètre, un remblai récent constitué de gravats de chantier. (cf. figure 7). Il fut donc logiquement décidé de fonder les poteaux de l’entrepôt sur puits ou pieux, le dallage devant reposer directement sur le sol après que, sur une épaisseur d’un mètre environ, celui-ci eut été mélangé avec un coulis de ciment. Au bout de 2 à 3 ans, quelques fissures affectaient le dallage, fissures considérées d’abord sans gravité qui furent attribuées par l’ensemble des intervenants au phénomène de retrait différé, favorisé par une insuffisance de joints de recoupement et d’armatures de peau du dallage. Toutefois, les désordres en question qui, si tel avait été le cas, auraient dû aller en s’estompant, s’aggravaient au contraire rapidement et ce, de manière totalement anarchique ; l’ouverture des fissures augmentaient et des soulèvements localisés du dallage ne tardèrent pas à apparaître. Un an après la première manifestation du désordre, les soulèvements de dallage constituaient des « vagues » atteignant, en certains points, plus de 10 cm et étaient tels qu’il devenait indispensable d’étayer les étagères industrielles (racks), ceux-ci menaçant de s’écrouler avec, évidemment, des risques d’accidents corporels graves pour le personnel d’exploitation. L’entrepôt dut alors être abandonné et reconstruit sur un autre site. L’analyse des prélèvements du sol supportant le dallage permit de déceler la présence de cristaux d’ettringite et de thaumasite, matériaux gonflants, tout d’abord sous forme de traces, mais qui apparurent rapidement en quantité beaucoup plus importante. On a vu précédemment que le terrain en place comprenait des gravats de chantier, donc béton et plâtre, et avait été injecté de ciment. Or, il y avait des circulations d’eau et des remontées de la nappe phréatique de telle sorte que, les eaux se chargent de sulfate provenant des déchets de plâtre et se fixent sur l’un des composants du liant, l’aluminium trétracalcique hydraté, pour former du sulfo-aluminate tricalcique hydraté. C’est l’ettringite primaire appelé aussi « sel de Candlot », de formule :

Phénomène bien connu de tous les vieux maçons qui savent depuis toujours qu’on ne doit pas mélanger plâtre et ciment. La réaction est la suivante : Ciment Ou Chaux hydraulique

+ Sulfate de calcium (plâtre ou gypse) + eau

Thaumasite (et/ou Ettringite primaire avec augmentation de volume H20)

De légères venues d’eau dans le terrain d’assise favorisèrent le glissement de l’ouvrage, le phénomène fut difficile à traiter, nécessitant entre autres la mise en œuvre de pieux inclinés.

Mais, surtout, le phénomène de cristallisation s’accompagne d’une forte expansion (M. Duriez, dans son célèbre « Traité de matériaux de construction » parlait de 300 % ; cette valeur semble aujourd’hui incertaine.) qui a provoqué la fissuration et le soulèvement du dallage.

1.2

Le principe de réfection fut fort simple, il a suffi de casser le dallage, de substituer au terrain traité, générateur du sinistre, une grave ciment traditionnelle, puis de refaire le dallage.

Méconnaissance des propriétés et des phénomènes (physiques, chimiques) des sols d’appui

Un dallage qui fait des vagues : cet exemple traite d’un dallage d’entrepôt de plusieurs milliers de mètres carrés, destiné au stoc-

C 7 301 – 4

Mais, si le coût des travaux de réfection est resté, somme toute, relativement modeste (dallage cassé et repris, puis remblai récent purgé), les pertes d’industrie corrélatives furent, elles, évidemment, d’un tout autre ordre de grandeur (plusieurs dizaines de millions de francs de l’époque).

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Vue de dessus Puits

N y

A Limite réelle de la carrière

x

Carrière

B 15 m RdCh

Limite recensée sur le plan fourni aux constructeurs

Coupe X

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s/sol

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Remblai 15 m env

12 m env

Puits

Calcaire Fontis en formation

15 m env

a

coupe X

RdCh

Fissures s/sol

A

B Remblai

Calcaire

1,5 m env Carrière

Puits

Fontis en formation b

coupe Y

Figure 4 – Construction réalisée sur une ancienne carrière

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60 m env

Hall de stockage

≈15 m

Fissures

Dallage

Remblai récent (gravats de chantier contenant du platre traités par injection de ciment)

Tassements 1 m env Sables et graviers

Sol localement argileux

Sables et graviers

Remblai ancien pieux

Figure 5 – Bâtiment reposant sur un sol d’assise discontinu Sables et graviers

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Bon sol

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Désordres multiples

Remontée d’eau

Figure 7 – Soulèvement de dallage

1.3.2 Venues d’eau

Légères venues d’eau

Un autre exemple nous est fourni par ce chalet implanté à flanc de montagne et orienté plein SUD (Cf. figure 9).

Terrain sablonneux Ter rain

Gli

sse

roc heu

x

me

nt

Bien que les études de sol aient été correctement réalisées, les concepteurs n’avaient pas pris en compte l’eau de fonte des neiges accumulées en façade arrière provoquant des tassements de celle-ci. Pour éviter de tels désordres, il convient de réaliser un drainage et une dalle imperméable en périphérie de la construction, le drainage pouvant être à un niveau inférieur à celui des fondations (cf. figure 59). Dans le cas présent, il fallut également procéder à la remise à niveau de la façade arrière grâce à un système de vérins.

1.3.3 Charges extérieures non uniformes Figure 6 – Glissement d’une construction

Une construction individuelle R + 2 sur sous-sol bâtie à proximité d’un cours d’eau et desservie par une rampe réalisée a posteriori (cf. figure 10) donna lieu à une expertise délicate.

1.3 Fautes de conception Les fautes de conception peuvent être d’origines multiples.

1.3.1 Tassements prévisibles dus à des surcharges externes À titre d’exemple, nous citerons le cas de cet immeuble dont la fondation de la façade sur rue se trouvait surchargée par des remblais lourds. De plus, la circulation de poids lourds, à quoi venait s’ajouter (la différence de niveaux du terrain en pied des façades avant et arrière, (cf. figure 8), entraînèrent des tassements très différentiels entre les deux façades. La façade sur rue dut être reprise en sous-œuvre par micropieux. On retiendra que la détermination des fondations nécessite de s’intéresser, non seulement au sol et aux efforts apportés par l’ouvrage, mais également aux efforts extérieurs.

C 7 301 – 6

Le terrain d’assise étant constitué par une couche de limon vaseux de 10 m d’épaisseur environ, l’entreprise exécutante, sans étude particulière, décida de fonder l’ouvrage sur un radier de 35 cm d’épaisseur présentant un débord périphérique de 40 cm de large. Moins d’un an après la fin des travaux, d’importants tassements apparurent, ceux-ci variant de 10 cm à l’angle Sud-Est, à 60 cm à l’angle Nord-Ouest. Les causes en étaient simples : – la couche de limon vaseux à l’origine des tassements ; – le remblai de la rampe venant s’appuyer sur l’important débord du radier (40 cm) justifiant les différences entre les tassements observés entre l’Est et l’Ouest. La reprise, délicate, nécessita de : – mettre en place à travers le radier une vingtaine de micropieux ; – rétablir l’horizontalité des planchers des étages grâce à un ensemble de vérins connectés disposés en partie basse des murs de façade mis en place dans des logements ad hoc ménagés dans lesdits murs.

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1e

Rdch Différence de niveau du terrain entre façades avant et arrière

Circulation de véhicules lourds

S/S Remblais lourds A

B

Terrain d’assise compressible

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Vide sanitaire

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Tassement en B > Tassement en A

Figure 8 – Tassements prévisibles dus à des surcharges externes

Chalet de montagne Neige

Nei

ge

SUD Vide sanitaire Eau de fonte Terrain d’assise argileux

Tassements

Figure 9 – Bâtiment subissant des tassements différentiels dus à des venues d’eau non prises en compte

1.3.4 Rupture de pieux obliques Une société propriétaire d’un terrain en montagne jouxtant une voie de circulation, souhaitait éviter le ravinement du terrain la surplombant et les chutes de pierres fréquentes, un mur de soutènement en L fut réalisé. Pour s’opposer au basculement du mur, des pieux obliques supportant la semelle du mur furent mis en place (figure 11).

Peu de temps après sa réalisation, le mur donna des signes de basculement, le diagnostic fut assez rapide car malheureusement, des camions de fort tonnage empruntaient régulièrement ladite voie. La réfection consista à fixer le mur par des tirants et à recréer des pieux verticaux car les pieux obliques travaillaient en flexion composée pour laquelle ils n’avaient été, ni calculés, ni armés.

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Tassement de 60 cm

N

Débord du radier 40 cm environ

A

2

Tassement de 10 cm 1

Rampe

Rampe

P>p Débord important du radier : 40 cm

Remblai S/sol P

p Radier

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Rivière

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35 cm 10 m de limon vaseux

Forts tassements a

vue de dessus

b

coupe A

Vérin Coupure périphérique Équipage fixé sur le radier

Sifflet de mortier

+ c – rd en biais

Reprise par micropieux forés à travers le radier

Niche pour vérins connectés

S/sol

0

Soudure Éléments de tubes métalliques (bouteilles d’air comprimé déclassées) 10 m environ

Bon sol

c

reprise

d

reprise, coupe

Figure 10 – Expertise d’une construction bâtie à proximité d’un cours d’eau

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______________________________________________________________________________________________________ PATHOLOGIES DES FONDATIONS

Il en résulta des reprises importantes fort coûteuses nécessitant en particulier la création d’un ouvrage de soutènement en amont et d’une liaison des têtes de pieux entre elles. Mur de soutènement

Remarque On notera que la résistance au glissement varie avec la teneur en eau du sol.

Basculement du mur

1.3.6 Fondations inadaptées L’ouvrage concerné est un hall de stockage de 90 m de long réalisé par une charpente métallique. Poids du camion Poids du terrain

Les constructeurs décidèrent de fonder les poteaux métalliques espacés de 7,50 m sur des plots en béton reposant sur des pieux flottants de 10 m de long.

Bon sol

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Rupture des pieux obliques

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En partie centrale, se situait en extérieur la zone de déchargement des poids lourds (cf. figure 13).

Figure 11 – Basculement du mur par rupture des pieux obliques

1.3.5 Conception générale erronée Examinons à ce propos le cas d’un immeuble a priori instable et les désordres consécutifs qui affectèrent ses fondations. L’immeuble (habitations, parkings et commerces) dont il s’agit comportait 5 niveaux et était fondé sur pieux, mais surtout se trouvait semi-enterré au droit de l’une de ses façades (cf. figure 12). Très rapidement après sa construction, on nota un léger déplacement horizontal de l’ouvrage accompagné d’un début de cisaillement des têtes de pieux et, bien entendu, des fissurations diverses. L’examen des notes de calculs mis en évidence que, si le projeteur avait tenu compte de la poussée des terres dans le calcul des voiles en béton (en oubliant toutefois que celle-ci se trouve augmentée par la présence d’eau de circulation tenant à l’absence de drainage en amont), il avait omis de vérifier la stabilité d’ensemble de l’ouvrage, la poussée des terres humides n’étant pas équilibrée.

Habitations

P Poussée non équilibrée Vide sanitaire

Parking Commerces

Déplacement d’ensemble

Les sondages ayant montré que le sol était constitué : – d’une couche de remblai récent non compacté de 5 à 7 m d’épaisseur ; – de sables limoneux et argileux jusqu’à –20 m.

Cinq à six ans après la construction de l’ouvrage, des tassements importants apparurent au droit des travées de déchargement. Il est certain que le type de pieux, choisi par les constructeurs, et dont la force portante provient du frottement positif et non de l’effet de pointe – or le remblai tassait encore donc le frottement était négatif – n’était pas adapté, en particulier dans la zone où des véhicules lourds (camions et engins de lavage) circulaient. Des injections s’étant révélées insuffisantes des pieux classiques forées à –20 m où se situait le bon sol furent être mis en place.

1.3.7 Interférence des « bulbes » On rappelle que les courbes d’« égale contrainte verticale » sous une fondation ont l’allure d’un bulbe (dit d’ailleurs « bulbe des pressions »). Par exemple, lorsque deux semelles isolées sont trop rapprochées, leur deux bulbes vont interférer avec risque de tassement et donc de désordres (Cf. figure 14) C’est évidemment un phénomène typique qui a lieu lorsqu’on vient construire un nouvel ouvrage à proximité d’un ancien, les deux immeubles auront tendance à tasser l’un vers l’autre, comme ce fut constaté lors de la construction de la 2e phase d’un ensemble immobilier réalisé quelques années après la première tranche (figure 15). C’est le même phénomène et le même résultat dans le cas d’une fondation superficielle pouvant agir sur des pieux voisins (cf. figure 16).

1.3.8 Absence de joint de construction Citons à ce sujet cet immeuble comprenant : – un corps de bâtiment R + 8 ; – un corps de bâtiment socle R + 1.

Pieux

Coupe schématique de l’immeuble

Figure 12 – Instabilité d’ensemble

L’ensemble sur deux niveaux de sous-sol reposant sur un radier général et ce, sans qu’aucun joint de construction ou de rupture ait été prévu (cf. figure 17). Évidemment, les tassements du bâtiment R + 8 étaient plus importants que ceux affectant le socle R + 1.

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C 7 301 – 9

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35 m

Hall de stockage A

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Livraisons

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a

30 m

90 m

vue de dessus

Poids lourds Hall de stockage Frottements négatifs

5à7m

Remblais récents mal compactés

Frottements négatifs

Sables limoneux et argile Pieux de 10 m flottants

Tassements b

hall de stockage fondé sur pieux flottants – coupe A

Figure 13 – Hall de stockage avec fondations inadaptées

C 7 301 – 10

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En conclusion, dans la mesure du possible, on doit chercher à réaliser une structure dans laquelle les charges descendent le plus directement possible au sol en venant s’appliquer au centre d’un massif de fondation.

Interférence des bulbes

1.4 Défauts d’exécution Vue de dessus

1.4.1 Interruption provisoire des travaux Dans ce chantier de construction d’un immeuble d’habitation R + 3 fondé par semelles filantes sur un terrain argileux, les fouilles confiées à un sous-traitant avaient été effectuées en Juillet, donc avant la période de vacances de l’entreprise et laissées en l’état. Malheureusement, le mois d’Août avait été fort pluvieux et les travaux, repris en Septembre, n’ont permis qu’un nettoyage sommaire du fond de fouille.

Coupe

Des tassements apparurent dès la fin de la construction du gros œuvre. Interférence des bulbes

Évidemment les eaux de pluie et de ruissellement avaient stagné à fond de fouille et donc produit :

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– un ramollissement de la couche d’assise ;

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Figure 14 – Interférence des « bulbes »

– une chute de la résistance du sol ; – les tassements différentiels constatés (cf. figure 20).

On ne s’étonnera donc pas qu’un plan de fissuration vertical soit apparu à la jonction des deux corps de bâtiment et en affectant le radier.

1.4.2 Profondeur insuffisante des fondations (gel)

On connaît les problèmes posés dans les structures lorsque le cheminement des charges n’est pas strictement vertical ce qui conduit alors à des efforts importants (effort tranchant ou moment fléchissant).

Il s’agit là d’un désordre que l’on peut observer (surtout dans le Nord-Est de la France) quand l’appui d’une construction est trop près de la surface du sol. C’est le cas par exemple des murets séparant les jardins de l’allée desservant un lotissement de maisons individuelles, lesquelles n’étaient fondées qu’à 40 cm environ.

On retrouve le même problème s’agissant d’efforts appliqués et de leurs réactions lorsqu’ils ne sont pas strictement opposés, comme dans le cas d’un poteau en périphérie d’un immeuble et d’une semelle excentrée (cf. figure 18).

On se rendit compte qu’après de fortes pluies, suivies de gel à –10 °C/–15 °C, que là où la terre végétale des jardins se trouvait à un niveau plus élevé que le pavage de l’allée (Cf. figure 21), la terre gelée poussait le muret.

1.3.9 Efforts non superposés

Une telle disposition peut conduire à des moments fléchissants et des déformations, et donc à des désordres importants. La solution consiste à disposer une poutre horizontale d’inertie verticale importante dite « longrine de redressement » La figure 19 illustre également un exemple d’efforts non superposés pouvant entraîner des désordres importants.

En revanche, là où l’allée de circulation n’était pas revêtue, et où le jardin se trouvait en léger contre-bas, c’est la poussée des terres qui déformait le muret vers le jardin. (Cf. figure 22). Pour les fondations superficielles, il convient de se référer à la carte figurant dans le DTU, indiquant les profondeurs minimales à respecter (cf. figure 23).

Ancien immeuble (tranche 1)

Nouvel immeuble (tranche 2)

S/S

S/S

Action du nouveau bulbe sur l’ancien d’où tassements

Figure 15 – Interférence des bulbes dans le cas de deux tranches de travaux successifs

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R+9

Bâtiment R+8

1

1

Bâtiment R+1 à ossature poteaux poutres

Rdch

Rdc

S/S ou l’S S/S

Semelles isolées

Remblais anciens Poussée sur les pieux

Tassements

Bon sol

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Radier sur pieux

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Figure 16 – Interférence de deux systèmes de fondations

P a

Coupe X

Immeuble R+8

Poteau

Fissure affectant l’immeuble jusqu’au radier Immeuble socle R+1

1 Rdch 1re Vs 2e Vs

Radier

A

Poteau C

B Tassement suivant AB b

X

Voile 13A

Longrine de redressement

Tassement suivant BC Rotation de la semelle d’où nécessité d’une longrine de redressement

Vue en plan

R+8

R+1

R X Figure 18 – Exemple de semelle excentrée

Figure 17 – Absence du joint de construction

1.4.3 Pieux trop courts Dans cette affaire, les désordres affectèrent une importante opération immobilière dans la région parisienne à la fin des années 1970.

C 7 301 – 12

Le rapport de sol – car il y en avait un – indiquait que les bâtiments pouvaient être fondés sur un banc calcaire situé à –15 m environ du terrain naturel, mais que celui-ci se terminait par des éboulis. Un schéma très précis était joint. La réalisation des pieux fut confiée après appel d’offres au moins disant (les documents de consultation très sommaires indiquant : « pieux de 15 m environ »), entreprise à laquelle n’avait pas été communiqué le rapport de sol et qui réalisa des pieux forés, tous de longueur identique (15 m), y compris à l’aplomb de la zone des éboulis, à l’aplomb de laquelle se trouvait une partie des bâtiments (cf. figure 24).

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Bien entendu, des désordres multiples affectèrent ces derniers ouvrages, dès la fin des travaux de structure, ce qui nécessita des reprises longues, délicates et coûteuses.

1.5 Modification des conditions initiales 1.5.1 Modification des charges appliquées La construction en question est un hangar métallique dont les poteaux, espacés d’une dizaine de mètres, étaient fondés sur des pieux battus en béton verticaux et inclinés. Son dallage avait été calculé pour une charge de 2t/m2 (en principe des céréales). Mais revendu, l’ouvrage fut alors consacré au stockage de déchets métalliques. Déplacement de la semelle

Figure 19 – Exemple de déplacement possible des fondations

Tout à fait par hasard d’ailleurs, des déformations de plusieurs centimètres de l’ouvrage furent constatées. (cf. figure 25). Il était simple de déduire que les fortes surcharges atteignant 7 à 8 m de haut ne devaient pas manquer d’entraîner une action horizontale sur les pieux. Le bâtiment déchargé reprit à peu près son allure d’origine et, après réfection de son dallage, fut remis en service pour un usage moins pénalisant.

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Défaut de précautions à la reprise des travaux

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1.5.2 Modification du trafic

R+3

Le trafic routier (ou ferroviaire) peut avoir des conséquences assimilables à celles des mouvements sismiques.

Rdch

En effet, les passages répétés des charges roulantes de fort tonnage créent dans le sol des vibrations pouvant engendrer des phénomènes de résonance, à l’origine de désordres dans les constructions avoisinantes.

Eau de pluie et de ruissellement Vide sanitaire

Exemples 1°) Ainsi, dans une petite ville du centre de la France, la circulation de contournement du centre-ville avait dû être déviée durant les travaux de réalisation d’une rocade de telle sorte que le trafic des poids lourds dut emprunter une avenue, construite au 19e siècle sur des remblais alluvionnaires et bordée d’habitations particulières pour la plupart, laquelle jusque-là n’avait été empruntée que par des véhicules légers. À l’issue des travaux qui durèrent près de deux ans, de nombreux bâtiments, tel celui représenté sur la figure 26, dont les assises furent ébranlées par les vibrations se trouvèrent fissurés et durent être l’objet des renforcements. Remarque : les vibrations de certaines machines sont susceptibles d’être à l’origine de désordres de même type. 2°) C’est un phénomène du même ordre que subit cet important immeuble administratif fondé sur pieux, réalisé en province (cf. figure 27) à proximité d’une voie de circulation importante de véhicules de toutes catégories – données que les constructeurs prétendirent ignorer – immeuble sur lequel on constata, peu de temps après sa construction, un léger basculement. En parade provisoire, la circulation dut être interrompue, puis limitée aux véhicules de tourisme. Avec le temps, il s’avéra que la déformation tendait à se stabiliser, ce qui permit l’exploitation du bâtiment en attendant un remède définitif.

Tassements Ramolissement du sol d’assise (argile)

donc chute de la résistance et tassements différentiels

Figure 20 – Eau de pluie ayant stagné dans la fouille

Déformation du mur due au gelv Jardin Allée Terre végétale Gonflement du sol gelé et poussée sur le mur

Profondeur insuffisante de l’appui du mur

Figure 21 – Muret déformé par le sol gelé vers l’allée

1.5.3 Modification de l’hygrométrie du sol d’assise Citons également le cas de cette villa construite à flanc de coteau dans le midi de la France. Le terrain naturel en pente, sablo-argileux lui-même, recouvrant un banc rocheux en forte pente, avait été entaillé pour asseoir la

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C 7 301 – 13

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Fortes pluies puis gel (–15° c)

Bâtiment

Allée de circulation non revêtue

Jardin Dallage

Poussée des terres gelées Déplacement de mur Soulèvement du dallage

Faible profondeur < 0,4 m

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a

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Remblais sablo-argileux fortement humides à la suite des pluies

coupe

Déplacement du mur de 10 cm env Allée

Jardin 30 m environ

b

vue du dessus

Figure 22 – Muret déformé vers le jardin par la poussée des terres

construction et un remblai important avait été mis en place en façade sud pour constituer un jardin. Quelque temps après la réalisation de l’ouvrage, de fines fissures allant en s’agrandissant apparurent sur les pignons Est et Ouest, preuve d’un tassement des fondations réalisées par semelles filantes (cf. figure 28). Constructeurs et sondeur mis en cause, l’expertise prouva que le terrain d’assise sablo-argileux n’était pas en cause, mais que le terrain au voisinage de la villa était mal penté que les eaux de pluie s’évacuaient mal, et que le jardin était fortement et fréquemment arrosé, à quoi s’ajoutaient des fuites provenant de la piscine, de telle sorte que la teneur en eau du terrain d’assise se trouvait modifiée et sa portance diminuée. Un drainage fut mis en place, ainsi qu’un système d’évacuation des eaux superficielles du jardin qui fut, en partie, revêtu d’un dallage, les fuites de la piscine furent aussi réparées, dispositions qui mirent fin aux désordres.

C 7 301 – 14

1.5.4 Effets des sous-pressions et de remontée de nappe ■ Sous-pressions Les pressions et sous-pressions dues à l’existence d’une nappe phréatique sont à l’origine de nombreux désordres affectant les ouvrages (ou parties d’ouvrages) enterrés : radiers, dallages, murs et voûtes contre les terres… voire la stabilité générale du bâtiment lui-même et qui peuvent tenir à : – la non-prise en compte de la nappe phréatique ; – la sous-estimation de la valeur de la sous-pression. Remarque On notera que, dans certains cas, les sous-pressions peuvent ne pas être uniformes (cf. figure 29).

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0,5 0,7

0,25 0,4

0,8

0,5

0,25

0,7

0,6

0,4

0,9

0,6 0,5

0,7 0,8 0,7

0,6

0,7

0,4 0,5 0,6 0,25 Parution : septembre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

0,4

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0,6

0,5 0,25

0,25 0,25

Figure 23 – Carte des profondeurs minimales des fondations en France métropolitaine

Importantes fissures

Alluvions Pieux descendus à une profondeur insuffisante et n’atteignant pas le bon sol

Calcaire Remblai superficiel

Éboulis

Figure 24 – Bâtiment fondé sur pieux en partie trop courts

■ Remontée de nappe (voire modification de celle-ci) En général, une nappe phréatique n’a pas un niveau constant, ce niveau peut d’ailleurs subir de fortes variations.

Les sous-pressions, remontées et variations des nappes peuvent donc avoir pour conséquences :

Il a été ainsi constaté, à la fin des années 1970, une remontée de plusieurs mètres à Paris intra muros et dans certaines proches banlieues à l’origine de sinistres aux conséquences financières importantes.

– la fissuration des radiers et voiles ; – la détérioration des cuvelages ; – des venues d’eau ; – l’inondation des locaux (éventuellement) etc.

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25 m

Forte surcharge (déchets métalliques) Dallage

Remblai récent compacté Terrain peu consistant

Action horizontale sur les pieux

Tassements

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Bon sol

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Figure 25 – Hangar de stockage dont les charges furent modifiées

Modification des trafics Faible trafic puis important trafic de poids lourds

Fissures

Remblai ancien Cave

Tassements Terrain naturel ancien

Figure 26 – Désordres dus au trafic

C 7 301 – 16

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Bâtiment administratif

Léger basculement Voie de circulation importante camions et autres

Entrée principale

Rdch

S/sol Parade provisoire La circulation doit être interrompue, puis limitée aux voitures de tourisme

Remblais anciens

Bon sol

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Figure 27 – Bâtiment déformé par la circulation

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NORD

SUD

Jardin fréquemment arrosé

Piscine Rocher

Terrain d’assise Remblai Route

Sables argileux de bonne qualité mais fortement arrosés donc chute du taux Légers de résistance du sol fossements

Terrain sablo-argileux

Figure 28 – Tassements dus à la modification de l’hygrométrie du sol d’assise

Exemples Ce fut le cas pour un immeuble de bureaux situé en proche banlieue de Paris, au voisinage de la Seine, et comportant 9 niveaux en superstructure sur 6 niveaux de sous-sols. En raison de la remontée du niveau de la nappe de 4 m environ, le 6e et dernier niveau du sous-sol, où étaient installés les équipements techniques, s’est trouvé progressivement inondé jusqu’à être inutilisable et le radier fissuré, lequel dut être renforcé par ajouts d’aciers disposés dans les saignées et ancré par des tirants passifs dans la couche de calcaire située à 30 m de profondeur, les voiles en béton armé contre les terres doublés et le cuvelage entièrement reconstitué (figure 30). Ces travaux, qui durèrent 6 mois, nécessitèrent un rabattement de nappe durant toute l’opération.

Au sujet des nappes phréatiques, on ne manquera pas de citer le sinistre spectaculaire d’une cuve à fuel enterrée, vide pendant la période estivale et soulevée jusqu’à être en partie extraite du sol par une remontée brutale de la nappe phréatique à la suite de violentes précipitations (cf. figure 31). Remarque C’est évidemment un sinistre de même type que le soulèvement d’une piscine de plein air, vidée pendant la période froide à l’occasion d’une remontée de nappe (cf. figure 32).

■ Variation du niveau des eaux de circulation Lors de l’étude d’un important ensemble immobilier comportant un parking en sous-sol de 3 niveaux, le niveau maximal des

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Terrain Niveau de l’eau Niveau de l’eau

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Figure 29 – Inégalités possibles des pressions

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R+9

TN

0.00

–1 Remontée de la nappe

–2 –3 –4 –5 –6

Position initiale de la nappe Tirants

Sables –30.0 Calcaire Ancrage des tirants dans le calcaire

Figure 30 – Immeuble de bureaux soumis à une remontée de nappe

eaux de circulation avait été noté, lors de l’étude de sol, à 1 m environ au-dessus du niveau du dernier sous-sol. Mais, après réalisation des murs contre les terres (paroi moulée), le niveau des eaux de circulation a progressivement remonté de plus de 3 m, ce qui a provoqué – les planchers n’étant pas encore coulés – un déplacement localisé dudit mur de plusieurs centimètres et nécessité d’importants travaux (cf. figure 33). L’ensemble se trouvant en limite de propriété, un drainage ne pouvait donc être réalisé. On retiendra qu’un ouvrage enterré modifie les circulations d’eau et, dans certains cas, peut créer l’équivalent d’un barrage derrière lequel le niveau d’eau peut monter avec, pour conséquences, une poussée sur l’ouvrage lui-même plus importante à tel point que les poussées (terre + eau) peuvent ne pas être identiques sur tous les côtés d’un même ouvrage et varier dans le temps, ne serait-ce qu’entre périodes sèche et humide.

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■ Crue Nous pouvons également placer sous ce même titre les désordres ayant affecté cette construction ancienne R + 1 située à proximité d’un cours d’eau, tranquille depuis toujours. Ses fondations par semelles filantes étaient établies sur des sables et graviers surmontant un lit rocheux (cf. figure 34). À la suite de précipitations locales exceptionnelles, le niveau du cours d’eau dépassa légèrement celui des fondations sans dégâts apparents sur l’ouvrage, mais suite à la décrue de très nombreuses fissures – fort heureusement d’importance limitée – affectèrent l’ensemble de la construction. L’examen des lieux prouva que le terrain d’assise avait été affouillé et que les fines s’étaient retrouvées dans le lit, ou sur la rive immédiate de la rivière, à l’origine de légers tassements presque uniformes, et donc de fissures sans gravité constatée mais pouvant devenir infiltrantes.

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Soulèvement de la cuve à mazout vide

Cuve Socle

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Remontée de la nappe phréatique

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Figure 31 – Soulèvement de la cuve à mazout vide

Piscine vidée en période froide

Déformation du fond de la piscine

Remontée de la nappe

Figure 32 – Déformation du fond d’une piscine vide

Par principe, le terrain sous les fondations fut injecté par coulis de ciment.

■ Venue d’eau par rupture de canalisation Une canalisation fuyarde peut entraîner de graves désordres comme ce fut le cas pour cette maison individuelle située en bordure d’une route. Par suite, probablement de la circulation des véhicules dont certains lourds, l’égout communal peu profond à cet endroit s’est rompu. Il s’en suivit une dégradation du sol d’assise de l’ouvrage et un tassement de ses fondations (semelles filantes). Voir la figure 35. Les responsabilités furent difficiles à définir.

1.6 Attaques par le milieu. Eaux agressives La dégradation des bétons situés dans le sol, tels ceux des fondations, s’effectue par l’action de l’eau (voire d’un liquide). Il y a peu d’actions corrosives par contact direct entre un corps solide ou un terrain sec et le béton. L’eau est donc le vecteur pathogène Les désordres les plus courants sont la conséquence de l’action : – de l’eau de mer ; – des eaux dites « séléniteuses » (chargées de SO4Ca), en particulier dans le bassin parisien ; – des eaux de pluie paradoxalement.

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Déformation de la paroi

Limite de propriété Paroi montée

Rdch

1er S/sol Planches à construire Niveau des eaux après réalisation de la paroi

2e S/sol 3m 3e S/sol

Niveau maximal initial des eaux

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1 m environ

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Absence de drainage (impossible à réaliser car hors limite de propriété)

Figure 33 – Mur de sous-sol contre les terres soumis à une variation des eaux de circulation

1 Sables et graviers

R V.S Crue

Affouillement et tassements

3m

Sol rocheux Niveau habituel

Figure 34 – Affouillement et tassement à la suite d’une crue

Remarque Le béton des fondations peut également être sensible à l’action des eaux chargées : – de matières organiques ; – d’acides ; – de nitrates, sulfates… etc., telles que les eaux provenant d’égout.

Les bétons les plus exposés sont ceux qui se trouvent dans la zone dite de « marnage » (figure 36). La bonne tenue du béton et des aciers nécessite : – une forte compacité ; – une faible porosité du béton ; – l’emploi : • d’agrégats siliceux,

1.6.1 Eaux de mer Celles-ci ont, pour les ouvrages de béton armé (par exemple murs de quai), un effet pathogène. Il s’agit d’une agression d’ori-

C 7 301 – 20

gine chimique entraînant la corrosion des aciers et donc, la destruction progressive des ouvrages.

• de ciment de type CPM (Ciment dit « Prise Mer »), • d’un dosage suffisant.

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Zone de marnage PHE PBE

Enrochement

Rupture de canalisation

Tassements

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Sol d’assise dégradé par les venues d’eau

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Figure 36 – Mur de quai béton dégradé en zone de marnage

Figure 35 – Tassement dû à une rupture de canalisation

Exemple On constate que, bien souvent, les murs de quai en béton armé des ports de mer apparaissent « rongés » entre PBE et PHE.

1.6.2 Eaux dites « séléniteuses » Rappelons qu’il s’agit d’eaux chargées de sulfate de calcium (SO4Ca) provenant de la dissolution du gypse (très répandues dans les terrains de la région Parisienne). Leur action est des plus néfastes pour le béton. Il se forme avec les bétons courants à base de CPA (Ciment Portland Artificiel) un composé dit « Sel de Candlot » (ou ettringite qui est un sulfo aluminate tricalcique) matériau très expansif. Pratiquement, on constate, sur un béton ayant été en contact avec une eau séléniteuse, un fort gonflement et un ramollissement.

Exemples 1/ En moyenne montage, les fondations d’un mur de soutènement et d’un chalet situés sur le parcours d’eaux séléniteuses, provenant d’un banc de gypse situés à leur aplomb, se sont trouvées fortement dégradées, aucune précaution pour éloigner les circulations d’eau n’ayant été prises par les constructeurs (cf. figure 37). 2/ Le même phénomène est à l’origine d’un grave sinistre ayant affecté un important immeuble situé en proche banlieue de Paris (figure 38). La nappe phréatique, très chargée en sulfate, avait fortement dégradé les murs contre les terres des sous-sols réalisés en béton armé courant (c’est-à-dire à base de ciment CPA). De ce fait, l’étanchéité n’était plus assurée. Fort heureusement, le radier avait été réalisé en béton à base de CLK (Ciment de laitier) et n’avait pas été attaqué dans sa masse. Remarque Ce type de sinistre est à rapprocher de ceux qui affectent les ouvrages réalisés avec des agrégats contenant du gypse, comme ce fut le cas en Maurienne (cf. [C 6 150]).

1 500 m environ

Banc de gypse

Chalet aux d’e on i t a ses ul Circ léniteu é s

Mur de soutènement

Fondations dégradées

Figure 37 – Fondations dégradées par les eaux séléniteuses

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2. Quelques cas particuliers 2.1 Zones sismiques Comme rappelé dans l’un des articles consacrés à la pathologie du béton armé (Cf. [C 6 100]) bien que faibles, les risques sismiques ne sont pas nuls sur le territoire métropolitain, en particulier dans les zones montagneuses (Alpes et Pyrénées), l’Alsace et le Sud-est en partie (Cf. Carte figure 40). Nappe phréatique

Voiles BA

Béton dégradé

Il est évident que les ouvrages à risques sont a priori ceux qui se trouvent :

Radier

Figure 38 – Ouvrage dégradé par les eaux séléniteuses

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1.6.3 Eaux de pluie

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Il faut d’abord attirer l’attention des constructeurs sur le fait que, même lorsque l’ouvrage se situe dans une zone à sismicité faible, le non-respect des règles élémentaires peut entraîner des procédures contentieuses, même en l’absence de désordres.

Les eaux de pluie et de fonte de neige très pures et non minéralisées possèdent un pouvoir dissolvant très élevé. Elles sont considérées comme agressives en raison de leur aptitude à dissoudre la chaux libre du béton [Ca(OH)2], ce qui a pour effet, de rendre le béton poreux. Exemple Un tel désordre fut constaté sur la face externe d’un mur de soutènement qui, légèrement inclinée, s’est trouvée ravinée par les eaux (pluie et fonte de neige) et ses aciers proches de la face externe menacés de corrosion (cf. figure 39). La face externe du mur dut être décapée par sablage, les aciers passivés et une nouvelle peau réalisée par projection de béton, laquelle reçut également un traitement de surface pour lui assurer une meilleure tenue dans le temps.

– implantés au droit d’une discontinuité de terrain ; – fondés sur un sol compressible (sol de type alluvionnaire) ; – posséder plusieurs types de fondation (semelles filantes et pieux par exemple) et ce, sans joint de construction, voire semelles isolées indépendantes (cf. figure 41) etc. Les fondations étant un élément essentiel de la stabilité de l’ouvrage pouvant être affecté par des phénomènes sismiques, puisqu’il s’agit de transmettre au bâtiment les mouvements du sol, d’où l’idée d’interposer entre le bâtiment et le sol des « isolateurs » (Cf. figure 42) ayant pour effet de limiter les déplacements de l’ouvrage, et donc les dommages et les risques. Remarque On retiendra que l’objectif principal à rechercher n’est pas l’absence de désordres, mais la protection des personnes.

2.2 Sécheresse Ce n’est que vers les années 1970-1975 que les constructeurs furent amenés à se préoccuper des désordres affectant les bâtiments consécutivement aux variations de pluviométrie.

2.2.1 Constructions principalement concernées Ce nouveau type de pathologie donna lieu à plusieurs enquêtes, en particulier celles initiées par le CEBTP et par l’Agence Qualité Construction.

Neige Pluie

Ruissellement

Parement dégradé et aciers corrodés

Les constats, analyses et statistiques, amenèrent à la conclusion que la grande majorité de ce type de sinistre affectaient des maisons individuelles à simple rez de chaussée (ou R + 1), c’est-à-dire des constructions légères fondées superficiellement sur des terrains de type argileux (Silt, limon et sable argileux, argile pure, marne…), ceci tenant aux facies spongiforme de ce type de sol qui augmente de volume avec son hygrométrie et a contrario se rétracte si celle-ci décroît. C’est donc à un phénomène alternatif retrait-gonflement auquel sont soumis les sols du type argileux (Cf. figure 43) qui entraîne donc les fondations et pratiquement se traduit par des désordres sur les constructions légères et mal fondées (Cf. figure 44). On notera que l’hygrométrie du sol situé au voisinage du centre de la construction et protégé du phénomène par la construction elle-même est à peu près constante (Cf. figure 45). On retiendra que les constructions sinistrées : – sont de type à Rez-de-Chaussée simple ou R + 1 ; – sont fondées sur un sol de type argileux à 95 % environ ; – prennent appui sur le sol à moins de 2 m de profondeur à 96 % environ.

Figure 39 – Mur dégradé par les eaux de pluie

C 7 301 – 22

et ce à près de 95 %.

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62 59 80 76

02

08

60 14

50

95

27 61

22

29

54 10

53

72

56

68

89 21

85

25

58

18

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90

70

37

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88

52

49

36 79

67

45 41

44

57

55

77 91

28 35

51

78

39

71

86 03 87

16

74

01

23 17

69

63

42 73

19

38

24

15

43

33

Forte Moyenne Modérée Faible Très faible

07

46

Zone de sismicité

47 40

12

26

48

82

30

32

84

81 34

31

64 65

09

13

05

01

06

83

11 66

28 27

Figure 40 – Zonage sismique de la France (entrée en vigueur le 1er mai 2011) (d’après l’article D.563-8-1 du code de l’environnement)

2.2.2 Facteurs principaux Remarque Attention, outre rassembler les données et décrire les désordres, l’expert dans ce type d’expertise piège doit se poser un certain nombre de questions et y répondre afin d’être certain que les désordres constatés sont bien en rapport avec le phénomène sécheresse évoqué.

Dans ce type de désordre, les facteurs, qui rentrent en compte et que le technicien devra examiner avec le plus grand soin, sont a priori nombreux, à savoir :

Il est en effet probable qu’un arrêté de catastrophe naturelle dans une commune va donner lieu à un grand nombre de déclarations de sinistre auprès des assureurs, voire d’actions en justice dont certaines seront sans rapport avec l’objet de l’arrêté.

– la nature du sol d’appui et le niveau auquel celui-ci n’est pas affecté par le phénomène ;

– la pluviométrie (déficit). À ce sujet, la date d’apparition des désordres (ou de leur aggravation) doit être en rapport avec celle de la période de sécheresse du lieu de l’ouvrage ;

– le niveau des fondations et leur nature ; – le type de construction et la qualité de sa structure ;

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C 7 301 – 23

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2.2.3 Réfection Parmi les solutions de réfection les plus courantes on peut citer la mise en place d’une géomembrane sur 2 à 3 m de largeur en périphérie de l’ouvrage sinistré (cf. figure 46).

À éviter

Il est souhaitable, pour la mettre en œuvre, d’attendre que le sol ait retrouvé son hygrométrie initiale Terrain rocheux

Terrain alluvionnaire

Cette solution peut d’ailleurs venir en complément des suivantes : – reprise en sous-œuvre reportant le niveau d’appui des fondations à une profondeur non atteinte par la dessiccation soit par :

Semelles filantes

Pieux

• plots jointifs, ou, • plots espacés et longrines ou, • micropieux sous murs de façade et refends ;

Figure 41 – Bâtiment reposant sur 2 types de fondations

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– l’environnement ;

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– la végétation (proche de l’ouvrage), celle-ci pouvant être la cause des désordres hors tout phénomène de sécheresse car : • elle absorbe l’eau (chênes, peupliers en particulier), • les racines peuvent agresser les fondations ; – les évacuations des EU et EP ; – le drainage (s’il y a) ; – les eaux souterraines (nappe phréatique ou eaux de circulation). Par exemple, l’existence d’une nappe peu variable située à un niveau proche de celui des fondations exclut, bien entendu, que la sécheresse puisse être la cause des désordres allégués : la pente du terrain, etc. (liste non limitative).

– radier et micropieux. Remarques – En cas de réfection, on peut s’interroger si, en raison du dérèglement climatique, il n’y a pas lieu d’abaisser le niveau d’appui des fondations d’autant qu’en cas de récidive, la sécheresse attaque des couches du sol de plus en plus profondes et que la cicatrisation du sol en cas de réhydratation n’est pas parfaite. – Là encore, on doit considérer que les désordres dus à la sécheresse sont en fait, dans la plupart des cas, la conséquence d’une absence d’étude de sol que la présence d’argile aurait dû déclencher. – Les techniciens ne manquent pas de s’interroger sur l’origine de l’augmentation des sinistres allégués de ce type, les causes généralement avancées sont : – le dérèglement climatique ; – l’aménagement de zones considérées jusque-là comme étant inconstructibles ; – le nombre d’arrêtés de catastrophes naturelles, etc.

Isolateurs

Figure 42 – Principe de l’« isolateur »

C 7 301 – 24

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τ min

τm

τ max

Δl retrait 0

0

Δl gonflemet

Profondeurs

–2 m environ τ teneur en eau du sol

Δl variation de longueur de l’échantillon

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Figure 43 – Sols de type argileux

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Remarques Les espèces les plus avides d’eau sont : – chênes ; – peupliers ; – frênes ; – tilleuls ; – érables ; – platanes. Les fondations (semelles filantes et surtout dallages) peuvent également être soulevées et/ou déformées par les racines, ce qui vient s’ajouter, mais dans l’autre sens, au phénomène de succion.

2.4 Creusement d’un tunnel Il arrive que lors du creusement d’un tunnel, il soit procédé à des injections à partir du front de taille dans le but de désorganiser le terrain.

Figure 44 – Type de désordre consécutif à la sécheresse

2.3 Plantations-Végétation Certaines espèces ont la particularité d’être très avides d’eau. C’est le cas, par exemple, des peupliers. On a là un phénomène semblable à celui de la sécheresse. Ainsi une rangée d’arbres d’une telle espèce, plantée en aval le long d’un mur de soutènement et qui s’était rapidement développée, avait, par succion continue de l’eau, déstabilisé le terrain d’assise et la semelle du mur, soumise alors à des tassements progressifs (cf. figure 47). Au grand dam des riverains, les arbres durent être abattus. Une bèche verticale en pied du mur avait été exclue en raison de son coût lors de la construction. C’est un désordre de même type qui affecta un lotissement récent de plusieurs maisons individuelles à proximité desquelles avaient été disposées des plantations en tous genres. Le phénomène se trouvait d’ailleurs aggravé par l’existence d’une allée de circulation en contre-bas des pavillons, le perré étant, comme il se doit, muni de barbacanes (cf. figure 48). Une reprise en sous-œuvre à 3 ou 4 m de profondeur était envisagée, mais une précontrainte double face des murs enterrés, s’avéra à long terme satisfaisante.

Il est évident qu’un tel procédé est propre à entraîner des désordres importants sur les infrastructures et, en particulier, les fondations des ouvrages situés à proximité, comme ce fut le cas vers les années 1970 lors de la construction d’une voie souterraine dans la proche banlieue parisienne, où la pression des injections atteignait 40 bars (cf. figure 49).

3. Quelques pathologies fréquentes propres à certains types de fondations Nous exposons dans le présent paragraphe quelques types de désordres affectant certains modes de fondations tels que : – radiers plats (voir § 3.1) ; – dallages (voir § 3.2) ; – pieux (voir § 3.3). On les retrouve assez souvent et on pourrait, en quelque sorte, les qualifier de récurrents, voire d’endémiques.

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Est

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Ouest

Terrain affecté Humidité variable

Terrain affecté Humidité variable

Zone d’humidité constante

Figure 45 – Terrain affecté par l’humidité variable

Géomembrane periphérique

A

Dalle de protection de la géomembrane

Géomembrane 2,50 m environ Semelle filante

Géomembrane 2 à 3 m environ Coupe A Figure 46 – Géomembrane

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3.1 Radiers

Peupliers

Le radier peut être assimilé à un plancher courant de bâtiment, recevant tout le poids de la construction et travaillant à l’envers. Bien souvent, on voit apparaître en surface des radiers des fissures parfois infiltrantes (cas I de la figure 50).

3 m env

Celles-ci sont généralement dues à un ferraillage insuffisant (faute de calcul) voire à des aciers supérieurs mal mis en place ou qui, mal fixés, se sont déplacés vers le bas, le bras de levier devenant alors insuffisant.

basculement

Dans le cas II de la figure 50, on ne verra pas obligatoirement les fissures qui peuvent ne pas être traversantes, mais s’il y a présence d’eau dans le terrain, il est possible de constater des traces d’humidité sur la face supérieure du radier.

Succion d’eau Figure 47 – Succion d’eau sous la semelle du mur et tassement (voire basculement)

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Peupliers jeunes

Tassements différentiels Succion A Tassements

B

B Allée de circulation

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COUPE A

Barbacanes

Allée de circulation

Tassements

Peupliers jeunes

Eau

Coupe B

Allée de circulation A

Figure 48 – Tassements différentiels

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Parkings TUNNEL Radier

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Injections à 40 bars

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Figure 49 – Creusement d’un tunnel à proximité d’un immeuble

CONSTATS

CAUSES Fissures

Déformation a

Radier I

ou

Radier 2e lit trop court

b

Aciers trop bas Voile BA

Voile

Acier trop court voire absence d’acier

Déformation

Radier A

Fissures

Radier

a B

II

ou b

Acier remonté

Figure 50 – Fissures affectant les radiers

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Remarques – Dans le cas d’un joint de dilatation, pour éviter la fissuration du radier au droit du joint, la section doit être convenablement armée et ce, d’autant plus, que le radier se situe à un niveau inférieur à celui de la nappe phréatique. – Les problèmes évoqués ci-dessus étant, bien entendu, aggravés en cas de sous pression ou de remontée de nappe.

– une insuffisance de joints pour absorber dilatation et retrait ; – une erreur d’appréciation des efforts appliqués, en particulier des charges : • ponctuelles : pieds de racks par exemple pouvant exercer des forces ponctuelles d’une dizaine de tonnes, • dynamiques : chariots de stockage de plusieurs tonnes à bandages pleins, • une insuffisance, voire une absence d’armatures, en particulier supérieures, ou encore un défaut de mise en place des armatures inférieures que l’on retrouve parfois dans le lit de sable, etc.

Joint de dilatation de type « diapason »

Exemples • Présence d’un rognon rocheux Nous citerons le cas dans une petite ville de montagne du dallage de la salle polyvalente qui, quelques années après sa réalisation, fut affecté de spectaculaires fissures en étoile (cf. figure 52), le sol d’assise était pourtant réputé de bonne qualité (sables et graviers).

Radier

Des investigations rapides mirent en évidence la présence d’un bloc rocheux qui avait échappé aux sondages, évidemment trop sommaires. L’insuffisance de joints nécessita une reprise quasi-complète du dallage. • Soulèvement de dallage L’ouvrage est tout à fait original puisqu’il se trouve être un terrain de sport réalisé à 30 m de profondeur grâce à une paroi moulée circulaire en béton armé de 15 m de rayon. Le sol d’évolution était un simple dallage en béton armé reposant sans précaution particulière sur le terrain de type argileux. Au bout de quelque temps, on s’aperçut que le dallage se soulevait progressivement jusqu’à atteindre 15 cm en partie centrale. (Cf. figure 53).

Fissure

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Joint de dilatation de type « diapason »

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Aciers Radier

Figure 51 – Disposition d’armatures d’un radier au droit d’un joint « diapason »

La nappe phréatique se situant environ à mi-hauteur de la paroi (soit vers –15 m), le sol d’appui du dallage, argileux et saturé, tendait à refluer comme une pâte sous une pression importante à l’intérieur du cylindre du fait d’une dénivellation importante du niveau du terrain et de la nappe, effet que certains techniciens baptisèrent effet « dentifrice » et qui aurait pu se trouver atténué par un rabattement. Le mode de réfection donna lieu à des discussions très contradictoires.

3.2 Dallages Les dallages (en particulier ceux à usages industriels) se trouvent, malgré de nombreux textes normatifs, affectés de désordres rendant difficile, voire impossible, l’exploitation des locaux concernés (usines, ateliers…), car bien souvent considérés à tort comme accessoires, ce type d’ouvrage ne fait l’objet d’aucune étude. Aucun plan n’étant établi et sa réalisation laissée à l’initiative des exécutants, il peut donc en résulter des pathologies récurrentes, d’où des pertes d’exploitation industrielles, parfois très importantes financièrement. Les défaillances de ces ouvrages peuvent tenir : – au dallage lui-même (épaisseur, ferraillage, qualité du béton…) ; – au sol ; – à un usage non-conforme, etc. Outre les tassements qui tiennent au sol, les principaux désordres se trouvent être : – fissures ; – dégradation des joints ; – pianotage. L’origine de tels désordres est – principalement le fait du retrait lui-même dû à :

3.3 Pieux 3.3.1 Tous types de pieux De longue date, les désordres récurrents propres à ces ouvrages tiennent le plus souvent à la corrosion, qu’ils soient en béton (armé ou précontraint), en métal, ou en bois.

3.3.2 Pieux en béton Rappelons que, pour les pieux en béton, certains milieux sont a priori pathogènes (cf. [C 5 200]). C’est le cas du milieu marin, en particulier dans la zone de marnage (entre PBE et PHE), des terrains parcourus par des eaux agressives (en particulier les eaux séléniteuses), et de certains sites industriels.

• un excès d’eau • un surdosage en ciment • une absence de cure • un coulage par temps chaud, etc.

Cas particulier des pieux tubés à tube remonté (Cf. figure 54). La mise en œuvre des pieux tubés (dont le tube est progressivement remonté) est une technique génératrice de nombreuses malfaçons aux motifs suivants (figure 55) :

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C 7 301 – 29

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– remontée du tube trop rapide. Celle-ci, doit, au contraire, être relativement lente afin que la terre (et éventuellement l’eau contenue dans le sol) ne puisse interrompre la continuité du pieu (avec une poche de terre) ;

VUE DE DESSUS

– béton trop sec ou trop humide d’où un manque de « tenue » du béton ; – ségrégation (béton déversé par le haut) et délavage du béton (s’il y a de l’eau dans le tube) ; – béton de qualité médiocre ; – pilonnage trop vigoureux à l’origine de déformation du pieu, voire du tube, etc.

3.3.3 Pieux métalliques De prix de revient élevé, ils sont aujourd’hui en France peu utilisés dans les travaux de bâtiment. Il peut s’agir de profilés normalisés (type IPN), de tubes remplis ou non de béton, le plus souvent armés. Quoi qu’il en soit, il est certain qu’aucun revêtement ne peut empêcher la corrosion.

Fissures

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3.3.4 Pieux en bois

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Peu utilisé de nos jours, si ce n’est pour des travaux provisoires, ce type de pieux peut être attaqué par un champignon, mais aussi détruit par certains mollusques (tarets ou autres) et doit être traité à la créosote.

Rognon rocheux (point dur)

Sables et graviers

Remarque On notera que les pieux de Venise (ou de Hollande) ont dans l’ensemble bien résisté au temps, tels ceux du Campanile de St Marc qui ont plus de 1 000 ans et ont été réutilisés lors de sa reconstruction. Peu de risque donc pour les pieux toujours immergés.

COUPE

Figure 52 – Fissuration du dallage en étoile

Terrain naturel

Terrain naturel

0, o A

Paroi moulée circulaire

15 m Ø 30 m 30 m

Marnes argileuses

Niveau de la nappe

Nappe Dallage

Terrain de sport

… Poussée du terrain et de la nappe

15 cm Fiche Soulèvement du dallage

Figure 53 – Soulèvement de dallage

C 7 301 – 30

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______________________________________________________________________________________________________ PATHOLOGIES DES FONDATIONS

Cette étude devra préciser : – la géologie du site avec coupe de terrain permettant de connaître la nature des différentes couches et leurs épaisseurs ; – les caractéristiques géotechniques (par mesures et essais) des terrains ; – le sol d’assise en indiquant :

Tube métallique Terrain naturel

• résistance (poinçonnement, cisaillement), • déformation (tassements…) ;

Garde de bétonnage > 2 Ø

– le terrain retenu (s’il y a : cas des murs de soutènement par exemple) en indiquant ; • poids volumique ; • angle de frottement internet ;

Bon sol

• cohésion ; – l’existence et/ou la possibilité de venues d’eau ou de nappe phréatique (niveau, puissance, composition chimique), et/ou d’eau de circulation, ce avec des tubes piézométriques permettant d’apprécier les variations de niveau ; – la présence éventuelle de vides de dissolution qui doivent être également recherchés.

Figure 54 – Pieu tubé à tube remonté

Sondages et essais étant en nombre adaptés aux dimensions de l’ouvrage.

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Terrain naturel

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Enfin il convient également à ce stade de vérifier que les travaux ne risquent pas de déstabiliser les existants (terrains et constructions s’il y a) Remarque Des économies dans ce domaine peuvent être catastrophiques. C’est malheureusement souvent le cas lors de la construction de maisons individuelles. Bon sol

D’autre part, les charges d’exploitation, les conditions climatiques du site (neige, vent…) les risques sismiques, de même que tous les autres efforts appliqués sur l’ouvrage, en particulier la poussée des terres s’il y a, de même que les surcharges sur les terres-pleins doivent être à ce stade parfaitement déterminées, ce qui revient à faire un inventaire complet des efforts appliqués.

Figure 55 – Type de malfaçon sur pieu tubé

4. Recommandations (enseignements à tirer)

Nota : Ne pas manquer à ce stade de préciser la zone dans laquelle est situé l’ouvrage et, si besoin est, les mesures parasismiques qu’il convient de prendre en compte.

Dans l’étude qui précède, nous avons cherché à mettre en évidence les origines les plus courantes des désordres affectant les ouvrages de fondations, sans toutefois avoir la prétention d’être exhaustif. Des types de sinistres examinés, nous avons tenté de tirer des recommandations pouvant intéresser les constructeurs (concepteur, contrôleur, exécutant), voire les experts. Nous résumons donc ci-après les points qui apparaissent essentiels de façon générale, ainsi que quelques cas particuliers.

L’ensemble des données précédentes permettent au constructeur et à ses conseils de déterminer les fondations qui doivent être spécifiées dans un cahier des charges (CCTP) définissant l’ouvrage avec le plus de précision possible. Il n’appartient pas à l’exécutant de fixer les prestations. De nombreux désordres, contestations et contentieux ont trop souvent pour origine l’imprécision, des pièces du marché (CCTP en particulier).

4.1.2 Exécution (études et travaux)

4.1.1 Études préalables – Reconnaissance de sol – Détermination des fondations

Les fondations (ainsi que les ouvrages de béton armé), même de complexité courante, doivent faire l’objet d’une étude confiée à un technicien (bureau d’études ou ingénieur conseil) compétent, chargé d’établir une note de calcul et des plans d’exécution, qui détermineront donc les fondations de l’ouvrage en fonction du terrain, et des efforts appliqués par l’ouvrage, de sa structure, sans oublier les efforts provenant des constructions existantes voisines s’il y a.

Une reconnaissance de sol doit être effectuée par un organisme spécialisé pour déterminer les conditions d’assise de l’ouvrage projeté.

L’exécution des travaux devra être confiée à une entreprise possédant les qualifications et les compétences nécessaires et convenablement assurée (RC Exploitation et Décennale).

4.1 Cas général

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C 7 301 – 31

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PATHOLOGIES DES FONDATIONS ______________________________________________________________________________________________________

Pour les études et travaux, ceux-ci devant faire l’objet d’un contrôle technique, il conviendra : – de ne rien laisser à l’initiative propre des exécutants, en particulier les plans d’exécution (PEO) doivent parfaitement définir les fondations ; – d’effectuer les contrôles sur le chantier portant sur : • la composition du béton mis en œuvre (granulométrie, dosage…), • la qualité du béton (Slump test, résistance à la compression et à la traction), • la mise en place des aciers (conformité aux plans, calage des aciers, en particulier supérieurs, etc.), – sauf cas particulier, de ne pas remanier le sol d’assise, surtout s’il est de nature argileuse, et de couler si possible les fondations à pleine fouille ; – de prendre le plus grand soin des opérations de compactage s’il y a, en évitant que des engins lourds soient proches des fondations, etc.

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Il faut, bien entendu d’une façon générale, préférer si possible des formes simples, et ne pas hésiter à créer des joints de construction entre les différentes parties d’un ouvrage si celui-ci présente des formes complexes ou/et des hauteurs différentes.

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Concernant le calcul des fondations, ne pas oublier que les méthodes de calcul doivent être appropriées au cas d’espèce et que, si l’informatique est un moyen puissant, utilisé sans précaution ou mal utilisé, elle peut être à l’origine de graves sinistres. Enfin que les ordres de grandeur doivent être vérifiés par tous moyens. Remarque Attention, il convient de bien distinguer entre joint de dilatation (diapason) et joint de construction. Les joints de construction devront également fractionner les fondations. La figure 56 donne des exemples de dispositions conseillées et à proscrire. Surtout ne pas manquer de disposer des joints de rupture au droit de discontinuités du système de fondation.

4.2 Quelques cas particuliers 4.2.1 Fondations superficielles C’est le cas fréquent des fondations de maisons individuelles et de petits bâtiments à rez de chaussée sans sous-sol (ou vide sanitaire). Il y a risque de gel du terrain d’appui des fondations si son niveau est insuffisant et que la température reste inférieure à –10 °C, –15 °C pendant plusieurs jours. Si le terrain est à grains fins et imprégné d’eau (voire s’il s’agit de terre végétale), il y aura, lors du gel, gonflement du sol et les fondations insuffisamment enterrées seront soulevées et tasseront lors du dégel. Par contre, si le terrain est du type graviers, cailloux, aux vides non remplis d’eau, il n’y aura pas (ou peu) de gonflement. Nous avons vu (cf. § 1.4.2) que les fondations devaient dans tous les cas être « hors gel ». Les profondeurs hors gel varient en France de 0,25 m à 0,90, et ce pour une altitude inférieure à 150 m. Au-delà, il convient de majorer la profondeur de 5 cm tous les 200 m. Ces dispositions sont valables pour tous les types de fondation même s’agissant de celles de murs ou murets extérieurs à l’ouvrage. Attention au soulèvement possible des dallages, particulièrement en limite de l’ouvrage et surtout s’ils sont extérieurs. Dans le cas de fondations prenant appui à moins de 2 m, on peut également s’interroger sur l’intérêt de mettre en place une géomembrane en périphérie de l’ouvrage pour éviter l’assèchement de la couche d’assise. (Cf § 2.2.3)

4.2.2 Sécheresse Si l’on se trouve dans une zone où est possible un phénomène de sécheresse, c’est-à-dire principalement dans le cas où le sol d’appui est de type argileux ou à moins de 2 m de profondeur environ.

Joints de construction

Dispositions à proscrire

Dispositions conseillées Joint de construction

Joint de dilatation Joint de construction désolidarisant les 3 parties de la construction Figure 56 – Exemples de dispositions constructives à proscrire et celles conseillées

C 7 301 – 32

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______________________________________________________________________________________________________ PATHOLOGIES DES FONDATIONS

En simplifiant, le sol fonctionne comme une éponge, au départ de l’eau le sol se rétracte et, à son retour, le sol gonfle. Les variations d’hygrométrie entre les aplombs du centre de la construction et de l’extérieur vont entraîner des tassements différentiels. A priori, il sera donc essentiel de déterminer la profondeur nonatteinte par la sécheresse par examen des constructions voisines et de prévoir une géomembrane en périphérie de l’ouvrage.

Élévation

Limite de propriété

4.2.3 Semelles excentrées

Longrine de redressemet

Dans un tel cas, des longrines de redressement doivent être créées comme figuré sur la figure 57. Toutefois, si l’absence de ce type d’ouvrage a donné lieu à de nombreux désordres, ceux-ci restent souvent mineurs, se bornant à des déformations.

4.2.4 Venues d’eau

Vue en plan

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S’il y a risque de venues d’eau internes et/ou superficielles (Cf. figure 58), pour éviter les effets des circulations d’eau, il convient de prévoir un système efficace de drainage et d’évacuation d’entretien facile afin d’éviter le colmatage avec dallage extérieur étanche et penté autour de l’ouvrage (Cf. figure 59) .

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Remarque S’assurer également de l’étanchéité des canalisations EU et EP et des regards car, si certains terrains sont peu modifiés par la présence d’eau tels sables, graviers, galets (terrains à gros grains), d’autres, telles argiles, marnes, graves (terrains à grains fins), peuvent l’être dans des proportions importantes Ainsi, en cas de venues d’eau (par remontée de la nappe phréatique) par exemple, l’argile va gonfler et donner lieu à soulèvements, et donc fissures, et se dégonfler lors du départ de l’eau d’où tassements et fissurations. Attention : l’eau de ruissellement peut inonder les fouilles avant coulage des fondations et ramollir le terrain d’assise d’où tassements divers.

Figure 57 – Longrine de redressement

Ces tubes doivent être assez nombreux en raison de la possible variation de la perméabilité du terrain sur l’emprise générale de la construction à réaliser. Le niveau de la nappe doit être observé sur une durée assez longue, celui-ci pouvant être variable dans le temps (cycles saisonniers).

4.2.5 Sous-pression et remontée de nappe Il est essentiel de vérifier la stabilité de l’ouvrage au soulèvement. Les constructeurs sont, en principe, renseignés sur l’existence d’une nappe phréatique et/ou de circulation d’eau et de leurs variations par la mise en place de tubes piézométriques lors de la reconnaissance de sol.

Remarques • Attention ! Les sous-pressions peuvent, à un même niveau, ne pas être uniformes. • Si besoin est, les ouvrages peuvent être lestés ou fixés en profondeur par tirants ancrés. • Les radiers (et voiles) d’un ouvrage, pouvant être soumis à une sous-pression dépassant celle prévue, doivent être équipés de clapets de sécurité ou de cheminées (appelées à tort « d’équilibre ») qui feront en sorte que l’ouvrage soit inondé si l’eau monte au-dessus d’un niveau pour lequel il a été calculé. • Attention ! Ces dispositifs ne réduisent pas la pression en sous-face du radier. • On ne doit pas oublier qu’un ouvrage enterré vient modifier les circulations d’eaux souterraines et, dans certains cas, former, en quelque sorte, l’équivalent d’un barrage derrière lequel le niveau d’eau peut monter. Il en résulte en amont une poussée plus importante que celle prévue initialement et prise en compte dans les calculs de stabilité et de résistance.

Venues d’eau

Risques de venues d’eau dans le s/sol Remblai

Tassements possibles Figure 58 – Exemple de venues d’eau possibles

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Vue de dessus

Venues d’eau Regard Point haut Pente générale du terrain

Vers l’évacuation

Coupe

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Dallage en pente 1 %

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Pente Vide sanitaire ou sous-sol Remblai

Matériaux filtrants

h

Drain

l

Figure 59 – Principe de drainage

4.2.6 Risques de tassements Le terrain doit tasser le moins possible sous les massifs de fondation. Pour se faire, il est souhaitable que le terrain d’assise soit sur toute la surface du bâtiment identique et d’épaisseur constante. En pratique, les tassements doivent rester limités et surtout être, pour un même bâtiment, les plus uniformes. Des tassements non-uniformes sont dits « différentiels ».

■ Ouvrage reposant sur des sols de natures différentes

t1

t2

Voir la figure 60

■ Ouvrage reposant sur une couche de terrain d’épaisseur variable, voire aussi sur un remblai insuffisamment tassé

Terrain d’assise de natures différentes t1 ≠ t2

Voir la figure 61

■ Ouvrage reposant sur des fondations identiques chargées dissymétriquement Voir la figure 62

C 7 301 – 34

Figure 60 – Terrain d’assise de natures différentes

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t1

Terrain d’assise d’épaisseur variable

t2

h1

P2

h2

t2 > t1 P1

Figure 61 – Terrain d’assise d’épaisseur variable

P2 Joints de rupture

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Figure 63 – Joints de rupture sur bâtiment

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La résistance à la compression de tels terrains peut varier de 1 à 10 (voire de 1 à 15) suivant la présence d’eau.

4.2.8 Milieux agressifs-Sols pollués Les fondations sont en contact avec le sol. Il n’y a pas en principe d’agression avec un sol sec.

t 1 ≠ t 2 ≠ t3 t1

t2

t3

C’est d’un terrain humide que provient l’agression, ce sont des eaux chargées qui attaquent le béton.

Figure 62 – Terrain reposant sur des fondations identiques chargées dissymétriquement

La solution pourra consister à découper le bâtiment par des joints sur toute sa hauteur (fondation comprise) (Cf. figure 63). Remarques • Les tassements différentiels de fondation sont à l’origine de très nombreux sinistres. • Pour les sols de types sables ou graviers, le tassement total a lieu peu de temps après l’application de la charge. S’il s’agit d’un sol argileux le phénomène est beaucoup plus lent. • Le tassement de certains remblais est très long, il peut se faire sur une période de 15 à 30 ans. • Dans les sols saturés à grains fins, la baisse du niveau de la nappe phréatique entraîne le tassement des bâtiments.

Exemple Le théâtre de Mexico qui est descendu de 10 m du fait du rabattement de la nappe et des pompages.

4.2.7 Terrains argileux On retiendra que les terrains argileux sont très sensibles à l’eau. Ces terrains donnent lieu à tassement si la teneur en eau décroît, et à gonflement dans le cas contraire. Il faut donc s’en méfier ! Ils sont à l’origine d’un sinistre sur 5 environ.

Autrement dit, s’il n’y a pas de circulation ou de venues d’eau il n’y aura théoriquement que peu de risque de désordres.

■ Types d’eaux agressives Mais, il faut toutefois se méfier des eaux agressives (eaux séléniteuses, eau de mer). Mais également la méfiance doit porter sur les : – eaux industrielles (pour la plupart très corrosives car chargées d’acides divers) ; – eaux d’égouts ; – eaux de pluie de fonte des neiges, etc.

■ Solutions et mises en œuvre Pour conclure il conviendra de : – réaliser une couche de protection dite de « décontamination » constituée en général par un hérisson de pierre et un film polyane ; – protéger les parements (enduits bouche-pores ou mieux étanchéité dans le cas d’eaux très agressives, en particulier séléniteuses) ; – utiliser un béton de bonne compacité et non-poreux. Ce qui nécessitera : – une étude granulométrique précise du béton qui devra être composé d’agrégats résistants à l’agression considérée ; – un dosage suffisant (au moins 350 kg/m3) d’un ciment approprié au type d’attaques chimiques possibles ; – une vibration efficace afin d’obtenir un bon serrage ; – une quantité d’eau minimale ; – d’éviter la corrosion des aciers grâce à un enrobage suffisant ; – d’éloigner les canalisations en raison des risques de fuite ; Mais, dans tous les cas, une étude spécifique devra être faite.

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4.2.9 Sols hétérogènes Il faut toujours se méfier des sols hétérogènes. C’est en particulier le cas des sols meubles comportant des rognons rocheux susceptibles de constituer des points durs. On trouve ce genre de sol en particulier dans les régions riches en pierres meulières.

Risque de glissement

Mais, d’une manière générale, c’est le cas de sols de natures différentes confirmées par des essais (in situ ou en laboratoire) ou bien par exemple de plateformes situées pour partie sur rocher et en remblai pour le reste. Dans de tels cas, il sera bien entendu nécessaire de prévoir un joint de rupture, c’est-à-dire un joint fractionnant la fondation à la limite des deux zones.

Poussée du terrain

4.2.10 Ouvrages en zone sismique

a

sous l’action de poussées du terrain

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Dans une telle situation, éviter : – d’implanter l’ouvrage au droit d’une discontinuité de terrain ; – de fonder l’ouvrage sur un sol compressible (de type alluvionnaire). Il est bien entendu préférable, si c’est possible, de fonder l’ouvrage sur un sol rocheux ; – le mélange de différents types de fondation pour un même ouvrage, comme par exemple des semelles isolées et pieux est a priori à proscrire.

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Si le terrain impose néanmoins des techniques de fondations différentes (par exemple : semelles filantes et pieux), des joints de construction devront alors être créés.

Risque de glissement du terrain

D’autre part, sauf peut-être sur sol rocheux, il est impératif que les différents ensembles de fondations d’un même ouvrage (semelles isolées, semelles filantes) soient reliés les uns aux autres par un système de longrines bidirectionnelles pour limiter les mouvements différentiels entre semelles.

b

dans le cas de terrains en pente

4.2.11 Risques de glissements L’ouvrage ne doit pas se déplacer sous l’action de poussées du terrain (Cf. figure 64a) ou sous l’effet de glissements éventuels des terrains (cas de terrains en pente ou couches de terrain inclinées (Cf. figures 64b et 64c). Dans certains cas, l’ouvrage pourra être stabilisé grâce à la mise en place de pieux obliques. Remarque C’est le rôle du technicien du sol d’informer les constructeurs des risques présentés par la construction envisagée.

Glissement possible

c

4.2.12 Dallages

dans le cas de couches de terrains inclinés

■ Terrains incompatibles avec la réalisation d’un dallage Certains terrains sont a priori à rejeter pour la construction d’un dallage : – sols meubles avec rognons ou cavités ; – sols hétérogènes ; – sols de natures différentes donnant lieu à des tassements différentiels ; – tourbes (sols meubles) ; – remblais quelconques ; – terrains avec venues d’eau possible, voire inondables ; – et surtout : les sols argileux qui ont la faculté de changer de volume suivant leur teneur en eau : ils gonflent à l’humidité et se rétractent en séchant.

■ Précautions préalables à la réalisation d’un dallage Un dallage, surtout s’il s’agit d’un dallage industriel :

C 7 301 – 36

Figure 64 – Risque de glissements dans plusieurs cas typiques

– doit faire l’objet d’un calcul tenant compte des conditions réelles d’exploitation et non pas d’hypothèses forfaitaires, en particulier pour ce qui concerne les charges ponctuelles ; – étant en général de grande surface, il doit être recoupé par un ensemble de joints : • de dilatation, • de retrait tous les 5 à 6 m, • de construction dans le sens longitudinal, • périphériques ou d’isolement.

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L’ensemble de ces joints découpent ainsi des surfaces qui ne doivent pas outrepasser 30 à 40 m2 entre joints (Cf. figure 65 qui illustre ces différents types de joints).

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Remarques 1 – Il convient que toutes les charges suivantes soient parfaitement précisées : – charges réparties (stockage) ; – charges ponctuelles (pieds des étagères industrielles, Racks) ; – engins roulants, machines, ainsi que les surfaces d’impact et les coefficients dynamiques Vitesse des engins roulants limitée pour l’utilisation et devant figurer sur les PEO (Plans d’Exécution des Ouvrages) et les pièces écrites 2 – L’épaisseur d’un dallage ne doit pas être inférieure à 12 cm 3 – Avant coulage, le béton mis en place doit faire l’objet d’un Slump Test 4 – Il est actuellement envisagée, par certains, la possibilité de réaliser des dallages sans joint. Il convient, à notre avis, d’émettre des réserves sur de tels ouvrages qui doivent nécessairement faire l’objet d’une étude précise et être confiés à une entreprise hautement qualifiée et réalisés avec le plus grand soin.

4.2.13 Pieux Il faut rappeler que la force portante d’un pieu est la somme de l’effet de pointe et de l’effet du frottement de sa surface latérale. Attention : – les pieux ne doivent pas être trop rapprochés (l’espace entre deux pieux voisins doit être supérieur à 2,5 Ø(Ø, diamètre du pieu) ; – un groupe de pieux se bat à partir du centre ; – bien s’assurer que l’ouvrage repose sur les pieux S’il y a risque de frottement négatif (par exemple : remblai qui tasse), il faut vérifier :

Le frottement négatif peut être compensé par un chemisage indépendant du pieu, ce qui est une technique onéreuse. Sinon prévoir des pieux les plus lisses possibles, donc préfabriqués. Remarques : – les formules permettant de déterminer la force portante sont multiples (la formule des Hollandais étant l’une des plus connues, mais ne donne qu’une idée, rien ne vaut un essai in situ) ; – les pieux flottants sont des pieux sans effet de pointe. Alors attention aux frottements négatifs ! ; – les travaux de pieux doivent être réalisés par une entreprise qualifiée

Joints de construction

5. Conclusion

Joint d’isolement

Joints de retrait Joints de construction ou de dilatation

Joints de retrait

Armatures au droit du joint

Armature filante Joint périphérique ou joint d’isolement Chainage ou longrine

Figure 65 – Dallages

Dans cette étude, qui ne peut être exhaustive, nous avons tenté, à partir de nombreux désordres affectant les fondations (superficielles et/ou profondes), dont nous avons eu connaissance dans le cadre d’expertises amiables ou judiciaires, d’effectuer dans la mesure du possible un classement par origine technique des sinistres : exercice difficile, parfois délicat, les causes pouvant être multiples et la part de chacune souvent discutable. In fine, nous avons retenu au titre des causes les plus courantes : – l’absence, ou l’insuffisance, de reconnaissances et d’études du sol d’assise, et du terrain retenu (s’il y a), voire la méconnaissance des phénomènes géotechniques. Ceci étant vrai surtout pour les bâtiments courants (maisons individuelles en particulier) ; – l’eau, ennemie n° 1, au moins des fondations superficielles ; – des modifications postérieures à la réalisation de l’ouvrage, etc. Ces études et investigations permettent, non seulement une meilleure connaissance de diverses pathologies liées aux fondations, mais fournissent également sur le plan technique de nombreux enseignements que nous avons tenté de résumer au chapitre précédent. D’autre part, les constructeurs ne doivent pas ignorer qu’à côté de facteurs essentiellement technique, en existent bien d’autres, parfois aggravants, tels que : – la complexité des formes ; – la compétence des intervenants ; – le niveau de prix, etc. Les statistiques relatives à la sinistralité insistent également sur les facteurs suivants : – des économies inappropriées ;

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– une conception technique hasardeuse ; – un défaut de contrôle, etc.

Compacité

Enfin, les fondations étant une partie essentielle de l’ouvrage, il est évident que, si celles-ci se trouvent pour mauvaise conception et/ou exécution ou toute autre raison sinistrées, l’ensemble de l’ouvrage pourra en supporter toutes sortes de conséquences, d’où désordres divers (tassements, fissurations, etc.).

Rapport de la densité apparente à la densité absolue, il détermine le rapport des vides Compactage Action consistant à augmenter la compacité d’un sol mécaniquement ou par damage manuel Contrefort Élément vertical d’un mur de soutènement destiné à reprendre la poussée sur l’écran

6. Glossaire

Coulis (de ciment) Liant gâché liquide – Mélange de ciment et d’eau

Abattage Procédé de terrassement pour la taille d’un terrain

CPA

Accélérateur de prise

Abréviation de Ciment Portland Artificiel

Adjuvant du béton réduisant le temps de prise

CPM

Affouillement Deux définitions possibles : – se dit d’un terrassement sous une fondation pour permettre une reprise en sous-œuvre ; – remaniement progressif d’un sol par circulation d’eau. Parution : septembre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

Damage Action de compacter le sol avec un outil appelé « dame » permettant d’exercer sur le sol des chocs verticaux répétés Dame vibrante

Affouillable

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Ciment destiné à la réalisation de béton en milieu marin (Ciment prise de mer)

Caractérise un terrain susceptible d’être creusé par des circulations d’eau

Engin fonctionnant à l’air comprimé pour compacter le sol, voire le béton frais

Afnor

Drainage

Abréviation d’Association française de normalisation

Évacuation de l’eau contenue dans le terrain

Alluvionnaire

Eaux agressives

Se dit d’un terrain comportant une part importante d’alluvions (en général sables ou fines)

Eaux contenant des produits susceptibles de réagir avec les constituants du béton

Bar

Eaux séléniteuses

Unité de pression voisine de 1 kg/cm2 ou 106 Newton

Eaux contenant du sulfate de calcium

Barrage

Enrobage

Ouvrage (en maçonnerie, en béton armé, en terre, etc.) retenant les eaux Batardeau Enceinte (en palplanchés, paroi moulée ou autre) retenant l’eau durant l’exécution de travaux Bêche Poutre horizontale ancrant la semelle d’un mur de soutènement dans le terrain d’assise Béton de propreté Béton à faible teneur en ciment disposé en sous-couche

Épaisseur de béton compris entre les aciers et la peau du béton Faïençage Réseau de microfissures superficielles Fouille blindée Excavation dont les parois sont étayées par un blindage soutenu par des étais Gâchage Opération consistant à mélanger les constituants d’un béton ou d’un mortier Géomembrane

Blocage Remplissage d’un vide ou calage par des matériaux divers (pierres, béton, etc.)

Il s’agit d’une membrane géotextile (souple, légère, continue, imputrescible, étanche) d’épaisseur supérieur à 1 mm Géotechnique

Butée (des terres) Dite aussi « poussée passive ». Action des terres sur un ouvrage en réaction à des poussées actives

Substantif : synonyme de mécanique des sols, Adjectif : relatif(ve) au terrain Granitique

Cale d’espacement Élément en béton ou plastique permettant de maintenir les armatures en position

Se dit d’un matériau ou d’un agrégat constitué principalement d’éléments provenant du granit

Carottage

Granulats roulés

Prélèvement d’un échantillon de matériau ou de sol

Granulats de forme arrondie provenant d’un lit de cours d’eau

Chapeau

Grave ciment

Aciers principaux disposés au droit des appuis de poutre, poutrelles, dalles, etc.

Béton constitué de sables et graviers et faiblement dosé en ciment

Coffrage glissant

Gypse

Coffrage mobile permettant la réalisation continue d’un ouvrage

Matériau constitué de sulfate de calcium (SO4Ca)

C 7 301 – 38

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______________________________________________________________________________________________________ PATHOLOGIES DES FONDATIONS

Hérisson

Pressiomètre

Forme réalisée sur le terrain avec des blocs de pierre

Appareil utilisé en géotechnique

Indice de plasticité

Puits

Étendue de domaine plastique. C’est la différence entre les deux limites de plasticité et de liquidité

Fondation réalisée en coulant du béton, en général non armé, dans une excavation souvent circulaire Quartzite

Injection (de ciment ou de mortier) Opération consistant à introduire un ciment ou un mortier sous pression dans un terrain pour modifier sa compacité, sa résistance, voire son étanchéité

Roche de grande dureté constituée de cristaux de quartz (SiO2) agglomérés Radier Dalle en béton armé ou précontraint de forte épaisseur supportant un ouvrage

In situ Sur les lieux

Raidisseur

Lézarde

Élément de construction chargé de limiter la déformation d’un ouvrage

Fissure d’ouverture importante et profonde Longrine

Refus

Poutre en infrastructure reliant 2 semelles de fondation ou 2 types de fondation Marne Roche sédimentaire argilo-calcaire à la base de la fabrication du ciment Parution : septembre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

Massif d’ancrage

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Bloc stable en béton ou rocheux sur lequel est fixé une structure ou un élément de structure Mur mitoyen

Limite au-delà de laquelle un pieu ne peut être battu Retardateur de prise Adjuvant permettant de différer le phénomène de prise d’un mortier ou d’un béton Retrait Diminution de volume du béton (ou d’un matériau) lors du séchage Ségrégation Phénomène consistant à séparer les différents constituants d’un béton ou d’un mortier

Mur séparant 2 propriétés construit sur la ligne divisoire

Sel de Candlot

Nappe phréatique Nappe d’eau de niveau constant ou variable située sous le niveau du sol

Sel expansif dû à l’action des eaux séléniteuses sur les bétons et mortiers (synonyme Ettringite) Silt

Paroi berlinoise

Sol de nature argileuse dont les éléments constitutifs sont de très faibles dimensions

Paroi de fouille de grande hauteur Pénétromètre

Sondage

Appareil utilisé en géotechnique

Investigation localisée d’un sol, ou d’un matériau, dans le but de déterminer nature, caractéristiques, propriétés,… etc.

Perré Paroi inclinée, en maçonnerie ou béton, protégeant le talus d’une berge Pieu

Tassements différentiels Tassements de valeurs différentes en différents points d’un ouvrage

Élément de construction (en béton armé, métal, ou bois) battu, moulé ou foncé dans le sol pour supporter un ouvrage

Tirant d’ancrage Tirant dont une extrémité est solidarisée à un point fixe (ancre)

Porosité

Vérin

Rapport du volume des vides d’un matériau à son volume

Dispositif mécanique permettant d’exercer une force localisée

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C 7 301 – 39

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P O U R

Pathologies des fondations par

E N

Jean DELEFOSSE Ingénieur ETP - Diplômé du Centre des Hautes Études de la Construction Expert de justice (H)

Sources bibliographiques [1] [2]

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[4]

Autres ouvrages CEBTP. – Déterminations des solutions adaptées à la réparation des désordres des bâtiments provoquées par la sécheresse.

CHARON (P.). – Calcul des ouvrages en béton armé, Éd. Eyrolles. DAVIDIAN (Z.). – Pieux et Fondations sur pieux, Éd. Eyrolles. FILLIAT (G.). – Pratique des sols et fondations, Éd. du Moniteur. GASC (Y.) et BERTIN (R.). – Les fondations et reprises en sous-œuvre, Éd. Eyrolles. HUNTER (L.E.). – Reprises en sous-œuvre, Éd. Eyrolles LHERMINIER (R.). – Mécanique des sols, Éd. SDTBTP. LOGEAIS (L.). – Articles de la revue « Bâtir » consacrés aux fondations.

PHILIPPONAT (G.) et HUMBERT (B.). – Fondations et ouvrages en terre, Éd. Eyrolles. SCHNEEBELI (G.). – Les parois moulées dans le sol, Éd. Eyrolles. VERITAS. – Guide Veritas du bâtiment, Éd. du Moniteur. WAYNE (PL.D.) et TANG (C.). – Calcul des Fondations et murs de soutènement, Éd. Eyrolles.

À lire également dans nos bases BENOIT (O.). – Fondations superficielles, [C 246] (2017). SIMONNOT (T.) et JUILLIÉ (Y.). – Ouvrages de soutènement-Poussée et butée, [C 242] (2015). SIMONNOT (T.) et JUILLIÉ (Y.). – Murs et écrans de soutènement, [C 244] (2015). QUIRIN (L.) et MULLER (S.). – Eurocode 8 : fondations superficielles et profondes, [C 250] (2015).

REIFFSTECK (P.). – Stabilité des pentes – Glissements en terrain meuble, [C 254] (2015).

DELEFOSSE (J.). – Pathologie des murs de soutènement [C 7 201] (2013).

LOR (M.). – Pathologie, diagnostic, prévention et maintenance des structures, [C 7 100] (2015).

DELEFOSSE (J.). – Pathologies du béton armé. – Erreurs de conception et de calcul, [C 6 100] (2011).

DELEFOSSE (J.). – Pathologies du béton armé. Actions physico-chimiques, cas particuliers et ouvrages spécifiques [C 6 200] (2013).

DELEFOSSE (J.). – Pathologies du béton armé – Origines des désordres [C 6 150] (2011).

Normes et standards

8 - 2019

* Documents techniques unifiés (DTU) 13.2 Fondations profonds 13.11 Fondations superficielles 13.12 Règles pour le calcul des fondations superficielles * Règles et Méthodes de calculs – Béton armé

Doc. C 7 301

Parution : septembre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200031101 - universite de clermont auvergne // 195.221.120.100

[3]

CAQUOT (A.) et KERISEL (J.). – Traité de mécanique des sols, Éd. Gauthier-Villards. CAQUOT (A.) et KERISEL (J.). – Tables de butée et de poussée, Éd. Gauthier-Villards. TCHENG (Y.). – Guide UTI pour l’étude et la réalisation des soutènements, Éd. SEDIMA. GRAUX (D.). – Fondations et excavation profondes. Éd, Eyrolles.

• Règles BAEL 91 modifiées 99 Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions et béton armé suivant la méthode des états limites • Eurocode 2

** FEU • Règles F. B Méthode de prévision pour le calcul de comportement au feu des structures en béton – Neige et Vent • Règles N.V. Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions – Séismes • Règles PS Construction parasismique des maisons individuelles et des bâtiments assimilés • Zonage sismique de la France

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Doc. C 7 301 – 1

S A V O I R P L U S

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