Fiche de révision : Fondations et protection contre l’eau

📋 Plan du Cours

1. Rôle et actions des fondations
2. Portance et reconnaissance du sol
3. Tassements et déformations, eau et nappes des sols
4. Fondations superficielles et hors gel
5. Terrassements et fouilles
6. Semelles et vides ventilés
7. Étanchéité des fondations et caves
8. Fondations spéciales et radiers
9. Dalles sur sol et fondations ponctuelles
10. Fondations profondes
11. Protection des constructions enterrées
12. Vocabulaire des fondations

📖 1. Rôle et actions des fondations

🔑 Notions clés & Définitions

• Fondation : Ouvrage qui reprend les charges et surcharges transmises par la structure et les transmet au sol avec une sécurité suffisante vis-à-vis de la rupture et de la déformation.

★ À maîtriser

• Les actions transmises au sol comprennent : le poids propre de la construction, les charges de service et d’exploitation, le vent et la neige, dans certains cas, la poussée des terres ou de l’eau, le gonflement du sol lié aux variations de teneur en eau ou au gel, les effets des mouvements thermiques

Compléments

• Les fondations répartissent le poids du bâtiment sur une surface plus grande avant sa transmission au sol et, plus elles sont profondes, plus elles peuvent reprendre de charges.

• Les fondations, les dallages sur sol et les murs de caves participent ensemble à la protection du bâtiment contre l’eau présente dans le sol.

• Les poids volumiques indiqués sont de 24 kN/m³ pour le béton armé, 18 kN/m³ pour la maçonnerie de briques pleines, 14 et 10 kN/m³ pour les blocs creux lourds et légers, et 6 kN/m³ pour les blocs de béton cellulaire.

📖 2. Portance et reconnaissance du sol

★ À maîtriser

• La pression limite du sol dépend de la pression naturelle au niveau d’assise, des dimensions de la fondation, de la cohésion c’, de l’angle de frottement interne φ’, du poids volumique γ et du niveau de la nappe.

• La force portante admissible est égale à la pression limite divisée par un coefficient de sécurité, dont les valeurs courantes sont de $2$ à $3$.

📌 La pression admissible retenue est la plus faible entre celle liée à la rupture et celle liée aux tassements admissibles ; pour les petites constructions, la valeur liée aux tassements est presque toujours déterminante.

Compléments

• À titre d’ordre de grandeur, la plupart des sols résistent à environ 1 daN/cm², soit 10 N/cm² ; cette valeur préliminaire doit être revue après l’avant-projet.

• La résistance du sol est vérifiée par des essais in situ utilisant des tiges enfoncées dans le sol ; en Belgique, l’essai cité est la pénétration statique.

• La profondeur de reconnaissance Z dépasse 3b et atteint au moins 6 m pour des semelles isolées ou continues, dépasse 1,5b pour les radiers et dépasse b pour les pieux, où b est la largeur de la fondation.

💡 Astuce mémo

Charge excessive → rupture du sol ou tassements trop importants

📖 3. Tassements et déformations, eau et nappes des sols

★ À maîtriser

• Sous les charges, le sol se tasse et la construction se déforme ; ces déformations ne sont pas linéaires et évoluent dans le temps par consolidation.

📌 Il vaut mieux concevoir la structure pour s’accommoder des tassements prévisibles, notamment différentiels, tout en gardant sa fonctionnalité, plutôt que de chercher à y résister à tout prix.

📌 Les murs porteurs en maçonnerie, très sensibles aux tassements différentiels, nécessitent un chaînage horizontal capable de reprendre la traction s’ils peuvent fléchir vers le haut sous l’effet d’un soulèvement central ou d’un tassement plus important aux extrémités.

• L’eau présente dans les sols se trouve sous trois formes :
  • l’eau de rétention, collée autour des grains
  • l’eau capillaire, suspendue entre les grains
  • l’eau libre, présente dans les nappes ou les accumulations

📌 Une nappe phréatique est une eau libre à surface libre, tandis qu’une nappe artésienne est une eau sous pression entre deux couches imperméables et peut s’élever dans un forage jusqu’à la surface piézométrique, éventuellement au-dessus de la surface du sol.

Compléments

• Le tassement différentiel admissible Δ/L est de 1/300 pour les constructions souples en acier ou en bois, de 1/1 000 pour les constructions rigides ou sensibles comme les maçonneries portantes, et peut atteindre 1/2 500 pour les finitions fragiles comme les faïences, le plafonnage ou les vitres.

• Une couche perméable comme le sable ou le gravier contient l’eau, tandis qu’une couche imperméable comme l’argile la bloque et peut l’enfermer.

• Un tube plongé dans le sol donne la hauteur piézométrique, et la ligne reliant plusieurs tubes forme la surface piézométrique, qui permet d’évaluer la pression de l’eau et de comprendre la circulation souterraine, la gestion des nappes et la stabilité des sols.

💡 Astuce mémo

Structure souple : 1/300 ; maçonnerie sensible : 1/1 000

📖 4. Fondations superficielles et hors gel

★ À maîtriser

📌 Les fondations superficielles conviennent lorsque le sol présente une portance suffisante à faible profondeur, et il faut vérifier que la terre se comprime sous la fondation plutôt que de s’écarter.

📌 En Belgique, les fondations sont placées à au moins 80 cm de profondeur pour éviter les vides et l’affaissement provoqués par le gel puis le dégel d’un sol contenant de l’eau.

Compléments

📌 Sur un terrain en pente, une semelle qui n’atteint pas la profondeur hors gel doit être doublée ; un radier nécessite une bêche hors gel.

📖 5. Terrassements et fouilles

🔑 Notions clés & Définitions

• Terrassement : Opération qui consiste à modifier le niveau naturel du sol par déblai, qui enlève des terres, ou remblai, qui remet des terres.

📝 Points essentiels

• La zone nivelée par terrassement est appelée terre-plein ou plateforme.

📌 La terre arable est stockée séparément afin d’être réutilisée pour la végétation.

• Les types de fouilles comprennent :
  • les fouilles en rigole
  • les fouilles en tranchée
  • les fouilles en puits
  • les fouilles en galerie
  • l’excavation superficielle
  • les fouilles talutées avec banquette
  • les fouilles en pleine masse

💡 Astuce mémo

Déblai : terre enlevée ; remblai : terre remise

📖 6. Semelles et vides ventilés

★ À maîtriser

• Une semelle continue non armée répartit les charges sur une plus grande surface par diffusion d’environ 60° et par un empattement d.

• Pour une semelle continue non armée, la hauteur H doit être au moins égale à 1,5d et ne jamais être inférieure à 200 mm ; la semelle doit dépasser d’au moins 10 cm de chaque côté du mur.

• Les semelles continues sont armées pour diminuer leur épaisseur tout en conservant une largeur suffisante pour maçonner, avec les armatures placées dans leur partie inférieure où apparaissent les fissures.

• Le vide technique ou ventilé évite le contact entre le sol et le plancher et doit rester accessible par une trappe ou une porte.

Compléments

• Une semelle continue non armée est réalisée dans une tranchée creusée à la pelle rétro, où le béton est coulé directement avec ou sans coffrage ; les tuyaux qui la traversent doivent en être désolidarisés.

• Une charge excentrée, provenant par exemple d’un plancher ou d’une surcharge, entraîne une répartition non uniforme des pressions sous la semelle.

📌 Dans un terrain hétérogène à compressibilité variable, une armature longitudinale reprend la traction due aux tassements différentiels, tandis que dans un sol de qualité insuffisante, une semelle élargie reçoit une armature transversale pour résister à la flexion.

• Le béton de propreté sous la semelle procure un fond plat pour la pose des armatures, et un terrain en pente peut nécessiter des semelles en gradins, plus coûteuses.

• Une brique portant une croix comporte des joints ouverts qui évacuent l’eau du creux du mur.

📖 7. Étanchéité des fondations et caves

★ À maîtriser

📌 L’étanchéité horizontale doit passer au-dessus de l’étanchéité verticale afin d’éviter que l’eau s’infiltre entre les deux.

Compléments

• Le géotextile laisse passer l’eau mais retient la terre, tandis que l’empierrement récolte l’eau et la conduit au drain pour évacuation.

• Une petite quantité de mortier dans l’angle évite que la membrane d’étanchéité se déchire.

• Une étanchéité de type Diba est emprisonnée entre deux couches de mortier pour être stabilisée.

📌 Pour une cave, le principe de fondation est similaire à celui d’un vide ventilé, mais une dalle sur sol remplace le vide ventilé.

💡 Astuce mémo

Le drainage évacue l’eau ; l’étanchéité lui fait barrière.

📖 8. Fondations spéciales et radiers

🔑 Notions clés & Définitions

• Radier : Une grande dalle en béton armé qui sert de fondation et répartit les charges sur une grande surface en réduisant autant que possible la pression au sol, notamment lorsque le sol est très compressible et peu résistant.

★ À maîtriser

📌 Un radier doit être armé pour éviter de fléchir.

Compléments

📌 Un radier flexible présente des réactions plus fortes sous les charges, tandis qu’un radier rigide ou raide répartit les réactions plus uniformément.

• Les variantes de radier comprennent le radier plat et le radier nervuré, dont les nervures peuvent se trouver sous ou au-dessus de la dalle.

📌 En Belgique, un radier doit être protégé du gel par des bêches hors gel.

💡 Astuce mémo

Faux-puits larges et peu profonds ; pieux étroits et profonds.

📖 9. Dalles sur sol et fondations ponctuelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Dalle sur sol : Une dalle indépendante de la structure, coulée en place et éventuellement armée, d’une épaisseur de 80 à 200 mm.

★ À maîtriser

📌 Pour les grandes surfaces, surtout sur des sols compressibles, la dalle sur sol est fractionnée par des joints espacés de 15 à 20 m au maximum.

Compléments

• 🔄 La composition de bas en haut est la suivante :
  1. sol
  2. empierrement (couche anti-capillaire)
  3. géotextile
  4. sable
  5. membrane d’étanchéité
  6. dalle

📌 Un joint souple sépare la dalle sur sol du mur.

📌 Par rapport à une fondation maçonnée, une semelle en béton coulé nécessite moins de terrassement, moins de main-d’œuvre et moins de temps.

📖 10. Fondations profondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Recépage : Consiste à casser le béton en excès en tête d’un pieu pour atteindre le niveau voulu, par exemple celui d’une dalle.

★ À maîtriser

📌 Les fondations profondes sont utilisées lorsque 80 cm de profondeur ne suffisent pas, notamment pour un sol faible ou un bâtiment important.

📌 Les faux-puits ont un diamètre important et une profondeur plus faible, tandis que les pieux ont un diamètre plus faible et une grande profondeur.

Compléments

• Le faux-puits à blindage est une technique traditionnelle nécessitant peu de frais d’installation et utilisant un blindage métallique pour retenir les terres pendant la fouille.

• Les limites du faux-puits à blindage comprennent l’excavation souvent manuelle, les contraintes liées au niveau de la nappe sauf rabattement et les désordres possibles aux constructions voisines.

• Les procédés courants de réalisation des pieux sont : pieux battus, pieux vissés par refoulement ou tarière continue, pieux Franki, dont un bloc vibre ou frappe pour compacter le sol

• Les pieux permettent de prolonger une fondation existante par-dessous et de descendre à côté d’un mur mitoyen.

• Dans les murs emboués, la bentonite fluide exerce une pression qui empêche la terre de retomber dans la tranchée creusée.

💡 Astuce mémo

Faux-puits larges et peu profonds ; pieux étroits et profonds.

📖 11. Protection des constructions enterrées

🔑 Notions clés & Définitions

• Perméabilité : La vitesse du courant lorsque le gradient i vaut 1 ; plus k est élevé, plus le débit possible est important.

★ À maîtriser

📌 Le drainage évacue l’eau au moyen d’une couche drainante verticale, d’un filtre et d’un tuyau collecteur au pied de la fondation, tandis que l’étanchéité forme une barrière contre l’eau.

• La pente du drain par rapport à la base de la fondation est au maximum de 15 % en sol sablonneux fin et de 33 % en sol argileux.

📌 Lorsque le niveau d’eau est très élevé, le cuvelage est intéressant, mais il doit être lesté ou ancré parce que l’eau pousse dessus.

Compléments

• Les infiltrations peuvent provoquer : des dégâts aux finitions (décoloration, décollement), la corrosion des éléments métalliques, des flaques et de la boue, des moisissures, la détérioration des matériaux stockés

📌 Une pente minimale doit être prévue au sol pour permettre l’écoulement de l’eau.

• Dans les sols sédimentaires, la perméabilité horizontale est supérieure à la perméabilité verticale, tandis qu’un massif rocheux fracturé peut être très perméable.

📌 Le calcul de l’écoulement doit éviter le pompage de l’eau autour du bâtiment, qui pourrait faire s’affaisser les constructions voisines.

📌 La transmissivité décrit le passage de l’eau dans l’épaisseur d’une paroi, tandis que la permittivité décrit son passage à travers la paroi.

• Les protections d’étanchéité comprennent : l’émulsion ou la peinture bitumineuse, qui protège aussi contre la corrosion, les panneaux profilés synthétiques de type Delta, l’écran d’étanchéité protégé du remblai

• Un remblai peu perméable contre les murs de cave peut créer une accumulation temporaire d’eau ; les gravats de chantier sont donc à éviter pour remblayer.

📌 Un revêtement d’étanchéité doit être protégé du remblai, car celui-ci peut l’entraîner vers le bas et le détériorer.

📌 Lorsque le niveau d’eau est très élevé, le drainage seul est insuffisant, car la zone de gravier est trop petite par rapport au niveau d’eau.

💡 Astuce mémo

Drainage = évacuation ; cuvelage = barrière.

📖 12. Vocabulaire des fondations

🔑 Notions clés & Définitions

• Terrassement : Consiste à modifier le niveau naturel du sol par déblaiement et remblaiement.
• Fouilles : L’ensemble des travaux de terrassement réalisés pour implanter des fondations, des sous-sols ou des réseaux.
• Rabattement de nappe : Consiste à abaisser temporairement la nappe par pompage ou par drainage vers un exutoire ou un puisard afin de travailler à sec.
• Batardeau : Une enceinte constituée de palplanches ou de pieux qui permet de mettre une zone à sec.
• Mur de soutènement : Une structure qui retient et stabilise les terres, notamment contre les pentes, l’érosion ou les glissements.
• Fouille blindée : Ou paroi berlinoise, assure le soutènement provisoire des parois de fouille.
• Béton de propreté : Une mince couche de béton qui donne un fond plat sous la semelle.
• Empattement : L’élargissement de la semelle par rapport au mur.

• Longrine : Une poutre reposant sur des plots ou des semelles isolées.
• Bêche hors gel : Un approfondissement local d’un radier qui descend sous la zone gelée.
• Bentonite : Un fluide qui retient les terres dans les tranchées de murs emboués.
• Géotextile : Une membrane qui laisse passer l’eau mais pas la terre.
• Hauteur piézométrique : La hauteur à laquelle l’eau monte dans un tube plongé dans le sol.

📝 Points essentiels

📌 Le déblai désigne les terres enlevées, tandis que le remblai désigne les terres remises ; la terre arable est mise en tas à part pour la végétation.

📌 Le cuvelage assure l’étanchéité, tandis que le drainage évacue l’eau.