Conception de Fondations sur Sols Gonflants

Conception de Fondations sur Sols Gonflants

Comprendre la Conception de Fondations sur Sols Gonflants

Vous êtes un ingénieur géotechnicien chargé de concevoir les fondations d’une nouvelle bibliothèque municipale dans une région connue pour ses sols gonflants.

Les sols gonflants sont susceptibles de subir des variations significatives de volume en fonction des changements d’humidité. Une conception inadéquate des fondations sur de tels sols peut entraîner des dommages structurels importants.

Votre tâche est de déterminer le type de fondation le plus approprié et de calculer les paramètres clés pour assurer la stabilité de la structure.

Données fournies:

  1. Caractéristiques du site :
    • Surface du bâtiment : 2000 m²
    • Poids total du bâtiment (charges permanentes et temporaires incluses) : 5000 kN
    • Profil de sol : Les premiers 5 mètres sont composés d’argile expansive avec un indice de gonflement de 60 %.
  2. Propriétés du sol :
    • Limite de liquidité (LL) : 45 %
    • Limite de plasticité (LP) : 25 %
    • Poids spécifique des particules solides \(\gamma_s = 27 \, \text{kN/m}^3\)
    • Humidité naturelle : 20 %
  3. Conditions hydrologiques :
    • Niveau de la nappe phréatique : à 6 mètres sous la surface.
    • Variations saisonnières estimées de l’humidité du sol : de 15 % à 25 %.

Questions à résoudre

  1. Type de fondation à choisir :
    • Discutez des options possibles pour les types de fondations adaptées à un sol gonflant et choisissez la plus appropriée en justifiant votre choix.
  2. Calculs préliminaires :
    • Calculez le gonflement potentiel du sol sous la charge du bâtiment.
    • Estimez les contraintes imposées par le bâtiment au sol en considérant une distribution uniforme de la charge.
  3. Conception de la fondation :
    • Déterminez la profondeur et la largeur minimale de la fondation pour minimiser les risques liés au gonflement du sol.
    • Proposez une méthode pour gérer les variations d’humidité et stabiliser le sol sous la fondation.
  4. Mesures de précaution :
    • Quelles précautions spécifiques devraient être prises lors de la construction pour éviter les problèmes futurs liés à l’expansion du sol?

Correction : Conception de Fondations sur Sols Gonflants

1. Choix du type de fondation

Options possibles : fondations superficielles, semi-profondes (piliers ou pieux), fondations profondes.

  • Argumentation :

Étant donné l’indice de gonflement élevé et la présence d’argile expansive jusqu’à 5 mètres de profondeur, une fondation profonde (piliers ou pieux) serait plus appropriée pour minimiser les impacts du gonflement du sol.

Les fondations superficielles sont susceptibles de subir des dommages importants en raison des mouvements différentiels du sol.

2. Calculs Préliminaires

  • Gonflement potentiel du sol

Le gonflement potentiel (\(\Delta H\)) peut être estimé par la formule :

\[ \Delta H = H \times I_g \times \Delta \]

où :

  • \( H \) est la profondeur de la couche expansive (5 m),
  • \( I_g \) est l’indice de gonflement (0.6 pour 60 %),
  • \( \Delta w \) est la variation d’humidité (de 20 % à 25 %, donc 0.05).

Calculons le gonflement potentiel :

\[ \Delta H = 5 \times 0.6 \times 0.05 \] \[ \Delta H = 0.15 \, \text{m} \]

Le sol peut gonfler de 0.15 m sous la structure.

  • Contraintes imposées par le bâtiment

La charge distribuée (\( q \)) est calculée comme suit :

\[ q = \frac{\text{Poids total du bâtiment}}{\text{Surface du bâtiment}} \] \[ q = \frac{5000 \, \text{kN}}{2000 \, \text{m}^2} \] \[ q = 2.5 \, \text{kN/m}^2 \]

3. Conception de la fondation

Profondeur et largeur de la fondation

La profondeur des pieux devrait être suffisante pour atteindre un sol stable au-delà de la couche expansive.

On peut envisager des pieux de 10 mètres. La largeur des pieux dépend du calcul de capacité portante, qui n’est pas entièrement couvert ici, mais supposons des pieux de diamètre 0.6 m pour une distribution efficace de la charge.

Stabilisation du sol

  • Méthode proposée :

Injection de résine ou cimentation pour réduire le potentiel de gonflement avant la construction. Un bon drainage autour des fondations pour contrôler l’humidité du sol.

4. Mesures de précaution

  • Contrôle de l’eau :

Installation de drains pour maintenir le niveau d’humidité constant autour des fondations.

  • Surveillance :

Installation de capteurs de mouvement pour surveiller les déplacements du sol et intervenir rapidement en cas de besoin.

Conception de Fondations sur Sols Gonflants

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