Choix de types de fondation

Comprendre le choix de types de fondation :

Vous êtes ingénieur en génie civil et devez décider du type de fondation le plus adapté pour un nouveau bâtiment. Ce bâtiment sera construit dans une région où les conditions du sol et les charges du bâtiment varient considérablement.

Pour comprendre la Sélection et Calcul de Fondations, cliquez sur le lien.

Données:

1. Type de Sol:
   • Sol A: Argileux, faible portance, susceptibilité au tassement.
   • Sol B: Sableux, bonne portance, drainage efficace.
   • Sol C: Mixte, composé de couches d’argile et de sable.
2. Caractéristiques du Bâtiment:
   • Bâtiment 1: Résidentiel, 2 étages, superficie de 200 m².
   • Bâtiment 2: Commercial, 10 étages, superficie de 1000 m².
   • Bâtiment 3: Industriel, structure lourde, superficie de 500 m².
3. Types de Fondations:
   • Fondation superficielle (semelles, radier).
   • Fondation profonde (pieux, puits).

Votre Mission:

Évaluer quel type de fondation serait le plus approprié pour chaque combinaison de type de sol et de bâtiment.

Correction : choix de types de fondation

1. Analyse Préliminaire

Données du problème

• Types de sol

  • Sol A : Argileux – faible portance, forte susceptibilité au tassement.
  • Sol B : Sableux – bonne portance, drainage efficace.
  • Sol C : Mixte (couches d’argile et de sable).

• Caractéristiques des bâtiments

  • Bâtiment 1 : Résidentiel, 2 étages, superficie = 200 m².
  • Bâtiment 2 : Commercial, 10 étages, superficie = 1000 m².
  • Bâtiment 3 : Industriel, structure lourde, superficie = 500 m².

• Types de fondations envisagés

  • Fondation superficielle : Semelles isolées ou radier (adaptées pour répartir les charges sur une large surface).
  • Fondation profonde : Pieux ou puits (permettent d’atteindre des couches géotechniques plus résistantes).

2. Estimation des Charges

Afin de choisir le type de fondation, nous devons comparer la charge transmise par le bâtiment à la capacité portante du sol.

a) Estimation de la charge totale

On suppose, à titre indicatif, les charges (incluant poids propre, surcharges et éventuelles charges dynamiques) suivantes :

• Bâtiment 1 (résidentiel) :
  Charge moyenne estimée : 150 kN/m²

\[ Q_1 = 150 \, \text{kN/m}^2 \times 200 \, \text{m}^2 \] \[ Q_1 = 30\,000 \, \text{kN} \]

• Bâtiment 2 (commercial) :
  Charge moyenne estimée : 200 kN/m² (en raison du nombre d’étages)

\[ Q_2 = 200 \, \text{kN/m}^2 \times 1000 \, \text{m}^2 \] \[ Q_2 = 200\,000 \, \text{kN} \]

• Bâtiment 3 (industriel) :
  Charge moyenne estimée : 250 kN/m² (structure lourde)

\[ Q_3 = 250 \, \text{kN/m}^2 \times 500 \, \text{m}^2 \] \[ Q_3 = 125\,000 \, \text{kN} \]

Remarque : Ces valeurs sont indicatives et serviraient à vérifier que la charge appliquée reste inférieure à la capacité portante du sol ou nécessite une solution de fondation spécifique.

b) Capacité portante typique des sols

On peut retenir des valeurs moyennes (à adapter sur base d’investigations géotechniques réelles) :

• Sol A (argileux) :
  Capacité portante faible : ~100 kN/m².

• Sol B (sableux) :
  Capacité portante élevée : ~300 kN/m².

• Sol C (mixte) :
  Capacité intermédiaire : ~200 kN/m² (variable selon l’épaisseur des couches).

3. Choix du Type de Fondation

L’objectif est de choisir, pour chaque combinaison sol–bâtiment, une fondation qui :

• Permet de répartir la charge de manière à ce que la pression exercée sur le sol ne dépasse pas sa capacité portante.
• Tienne compte des risques de tassement.

Méthodologie de décision

• Fondation superficielle (semelles/radier)
  : Adaptée si le sol présente une capacité portante suffisante pour répartir la charge et si les tassements peuvent être maîtrisés.

• Fondation profonde (pieux/puits)
  : Nécessaire si le sol de surface est faible ou sujet à de forts tassements, ou lorsque la charge concentrée est trop élevée pour être supportée en surface.

4. Application aux Différentes Combinaisons

Nous analysons chaque cas en tenant compte à la fois des charges du bâtiment et des caractéristiques du sol.

A) Sol A (Argileux – faible portance, tassements importants)

1. Bâtiment 1 (Résidentiel, 30 000 kN)

• Analyse : Bien que la charge soit relativement faible, la faible capacité portante du sol A et sa tendance au tassement imposent une répartition très large de la charge.
• Solution proposée :
  
  
  • Fondation superficielle renforcée (radier élargi), éventuellement associée à des techniques de consolidation (préchargement ou injection) pour limiter le tassement.
  • Résultat : On opte pour une fondation superficielle spécialement conçue avec une grande emprise au sol.

2. Bâtiment 2 (Commercial, 200 000 kN)

• Analyse : La charge élevée sur un sol argileux de faible portance crée un risque majeur de tassement excessif si l’on utilise une fondation superficielle.
• Solution proposée :
  
  
  • Fondation profonde (pieux) pour transférer la charge vers des couches plus compétentes en profondeur.
  • Résultat : On opte pour une fondation profonde.

3. Bâtiment 3 (Industriel, 125 000 kN)

• Analyse : Même si la charge totale est intermédiaire, la nature lourde et localisée des charges industrielles sur un sol argileux nécessite de limiter les tassements différentiels.
• Solution proposée :
  
  
  • Fondation profonde (pieux), permettant de contourner la couche argileuse faible et d’atteindre une couche plus stable.
  • Résultat : On opte pour une fondation profonde.

B) Sol B (Sableux – bonne portance, drainage efficace)

1. Bâtiment 1 (Résidentiel, 30 000 kN)

• • Analyse : Le sol sableux présente une bonne capacité portante et un bon drainage, limitant les risques d’accumulation d’eau et de tassement.
  • Solution proposée :
    
    
    • Fondation superficielle (semelles isolées ou radier) suffit pour répartir la charge.
    • Résultat : On opte pour une fondation superficielle.

2. Bâtiment 2 (Commercial, 200 000 kN)

• Analyse : Malgré la charge importante, la bonne capacité portante du sol B permet l’utilisation d’un radier qui répartit la charge sur une grande surface.
• Solution proposée :
  
  
  • Radier (fondation superficielle continue) dimensionné pour réduire la pression au-dessous de la capacité du sol.
  • Résultat : On opte pour une fondation superficielle.

3. Bâtiment 3 (Industriel, 125 000 kN)

• Analyse : Le sol sableux peut supporter des charges élevées, mais pour un bâtiment industriel aux charges potentiellement concentrées, une analyse précise est nécessaire.
• Solution proposée :
  
  
  • Radier ou semelles groupées, après vérification de la distribution des charges.
  • Résultat : On opte pour une fondation superficielle, sous réserve de confirmation géotechnique.

C) Sol C (Mixte – argile et sable, capacité intermédiaire)

1. Bâtiment 1 (Résidentiel, 30 000 kN)

• • Analyse : La charge est modérée et, selon l’épaisseur des couches, le sol mixte peut être acceptable pour une fondation superficielle.
  • Solution proposée :
    
    
    • Fondation superficielle (semelles ou radier) avec éventuellement des mesures de surveillance du tassement.
    • Résultat : On opte pour une fondation superficielle.

2. Bâtiment 2 (Commercial, 200 000 kN)

• Analyse : La charge élevée combinée à la variabilité du sol (présence d’argile susceptible de tassement) impose de rechercher une meilleure stabilité.
• Solution proposée :
  
  
  • Fondation profonde (pieux) pour atteindre des couches plus stables, contournant les zones argileuses faibles.
  • Résultat : On opte pour une fondation profonde.

3. Bâtiment 3 (Industriel, 125 000 kN)

• Analyse : Pour un bâtiment industriel lourd, même avec une charge inférieure à celle du bâtiment commercial, la nature mixte du sol (risque localisé de tassement sur la partie argileuse) recommande la prudence.
• Solution proposée :
  
  
  • Fondation profonde (pieux) pour assurer une répartition des charges sur des couches compétentes.
  • Résultat : On opte pour une fondation profonde.

5. Synthèse des Résultats

Choix de types de fondation

6. Conclusion

La sélection du type de fondation s’appuie sur :

• La capacité portante du sol : Le sol argileux (Sol A) nécessite, pour les charges élevées, le recours à des fondations profondes pour atteindre des couches plus compétentes.
• L’intensité de la charge du bâtiment : Les bâtiments commerciaux et industriels, en particulier sur des sols moins favorables (Sol A et Sol C), imposent l’utilisation de fondations profondes.
• Les avantages du sol sableux (Sol B) : Permettent généralement l’utilisation de fondations superficielles, même pour des charges importantes, grâce à leur bonne portance et drainage.

Cette démarche garantit une répartition adéquate des charges et minimise les risques de tassement différentiel.

D’autres exercices de Fondation :

• Combinaison des charges en fondation
• Dimensionnement d’un pieu foré
• Déterminer les caractéristiques des sols