Etudes de sols et fondations :
Mon terrain est-il constructible ?

le 11/02/2022

Bonne question ! Il n’est pas pensable d’envisager de construire une maison résistante et durable sans se la poser. Quelle est la qualité de « mon » sol ? Quel type de fondation pour ma maison et pour ce terrain ? Et quelle construction ?

 

La Tour de Pise ou la Tour Eiffel ?

Comparaison n’est pas raison… Opposer la tour de Pise à la tour Eiffel est sans doute une démarche cocasse. Ce rapprochement douteux illustre cependant parfaitement la question. Raccourci, très rapide. La tour de Pise (environ 14 500 tonnes) est parfaitement maçonnée, sinon elle serait en ruine depuis le XIVe siècle. En 200 ans, sa partie sud a subi un affaissement de terrain d’environ deux mètres quatre-vingt, tandis que la partie nord s’est tassée de quatre-vingts centimètres… Elle est donc construite sur un « mauvais » sol ?

À notre époque, nous savons qu’il n’y a pas (plus) de mauvais sol. Une preuve ? Après des travaux importants aux « pieds » de la Tour de Pise, on a pu stopper son « penchant » inéluctable et réussi à réduire son angle d’inclinaison de 10 %. La réussite de ces travaux permet d’affirmer que, sauf séisme, la Tour de Pise ne s’affaissera plus d’avantage. On peut d’ailleurs imaginer que l’intérêt touristique de cette tour penchée interdit aux ingénieurs et scientifiques de la redresser complètement… ce qui priverait l’économie locale d’une belle singularité.

 

 

Comparons avec la tour Eiffel (autre ouvrage singulier). Sa construction sur le Champ de Mars a nécessité de nombreux sondages et fouilles qui ont révélé une assise inférieure du sous-sol, formée par une puissante couche d'argile plastique, sèche et compacte, située à quatorze mètres au-dessous du sol naturel. Elle est épaisse de seize mètres et repose sur la craie. Elle est capable de supporter une charge d’un à quatre kg par centimètre carré. C’est un « excellent » sol. Cependant sa résistance est insuffisante pour recevoir en direct la charge de la tour.

 

Des fondations hors normes

En dehors de sa structure aérienne, la Tour Eiffel doit sa solidité à celle de ses fondations pour la conception desquelles Gustave Eiffel et ses ingénieurs ont dû montrer beaucoup d’ingéniosité. Il a fallu maîtriser des poussées latérales inhabituelles, dues notamment à la forme des arbalétriers. Il a fallu aussi additionner aux descentes de charge, les efforts dus aux vents, sans oublier le poids des visiteurs. Cette construction a nécessité des travaux « gigantesques », hors de proportions… Sur votre terrain, il n’y aura certainement pas de fondation qui nécessite la réalisation un caisson à air comprimé, comme ce fut le cas pour la Tour Eiffel.

 

Un chantier fantastique

Quelques chiffres remettent le sujet à sa place, sous les pieds de la Tour Eiffel, en bords de Seine, et non sur votre terrain (ceci écrit avec le sourire) : les fouilles, effectuées en six mois, ont nécessité 31 000 m3 de déblais… et les fondations sont constituées de 12 500 m3 de maçonneries diverses, composées — résumé lapidaire — de pierre de taille, de moellons, de bétons et mortiers divers, nécessitant 1 000 tonnes de ciment et 210 tonnes de chaux, de briques, etc.

 

Votre terrain est constructible !

Alors ? Votre terrain est-il constructible ? La réponse est oui ! Vous n’y construirez pas la Tour Eiffel ? Tous les terrains sont constructibles, à condition de connaître et de compenser, s’il y a lieu, avec précisions, la nature des sols. L’étude de sol est une étape obligatoire et sécurisante à plusieurs titres.

 

L’étude de sol

L’étude géotechnique se déroule en cinq étapes.

• L’enquête. L’examen préalable des cartes géologiques permet d’identifier le contexte géophysique du terrain selon sa situation et de connaître les problèmes généraux connus pouvant affecter ce terrain. Ces préliminaires permettent d’orienter de manière ciblée la somme des reconnaissances à effectuer en fonction de cette nature.

• La mesure de résistivité. Elle permet une première analyse géophysique en grande masse jusqu’à une profondeur de trois mètres : hétérogénéités du sol, proportion en eau, en graviers, en argiles, etc.

• Des sondages au pénétromètre dynamique lourd sont implantés en fonction des résultats de la biophysique et de la structure du bâtiment à construire. Ces sondages mettent en évidence les couches de sols en profondeur, déterminent le niveau d’eau dans le sol, et localisent le sol de capacité portante.

• Les prélèvements à la tarière permettent d’identifier précisément jusqu’à six mètres, la nature des couches qui constituent ce sol…Si le bon sol n'est pas atteit, une nouvelle série de sonfdages pouvant aller jusqu'à 25 mètres. 

• Le rapport. Il facilite la lecture des résultats. Il définit très clairement la mission, donne une synthèse des hypothèses géotechniques et dégage des préconisations de conception et d’exécution qui seront relayées par le bureau d’études béton armé.

Nous publions quelques images et schémas qui permettent de découvrir dans les grandes lignes, la nature et la fonction d’une étude de sols.

 

Le terrassement et les fondations

Les fondations sont évidemment l’enjeu de l’étude de sol. Une maison ne peut être construite à même le sol. Pour « rester debout », la maison doit être édifiée sur des appuis déterminés à la fois par la structure du terrain et par la nature et le poids de la construction. Destinées à la transmission et à la répartition des charges (poids de la maison et surcharges d’utilisations), les fondations doivent être rigides, solides et solidaires. Elles supportent la charge et être liées à la construction (ferraillage, ancrages) afin d’éviter les désordres éventuels… Elles doivent respecter les règles de l’art et la réglementation, et être proportionnées au « risque » en évitant bien entendu d’entraîner des travaux surabondants et des dépenses trop importantes et inutiles…

Évitons les détails techniques et sachons que le terrassier interviendra, à plusieurs reprises, sur le chantier : décapage du terrain, puis, après implantation et piquetage, creusement du fond de fouille qui accueillera la fondation…

• La semelle filante est une semelle de fondation continue destinée à supporter plusieurs colonnes ou des murs porteurs. La surface portante est évidemment importante et très adaptée aux sols peu homogènes.

• La semelle isolée, elle, plus profonde, est destinée à fonder des poteaux à des implantations précises.

• Le radier (à ne pas confondre avec la dalle) est une fondation répartie sur toute la surface de la construction, c’est une hyperstructure épaisse d’environ 30 cm utilisée lorsque le sol n’est pas très homogène.

• Le puits est une fondation semi-profonde, d’un diamètre ou d’une largeur de 80 cm à 1 mètre, sur une profondeur inférieure à 3 mètres. La fouille est effectuée à la pelle mécanique hydraulique.

• Les pieux constituent une fondation dite profonde qui va s’appuyer sur le « bon sol » détecté par l’étude géotechnique (étude de sol)… Ils sont utilisés pour fondation ou pour des « reprises » on sous-œuvre (fondation à consolider par exemple). La mise en place se fait soit après forage par trépan, soit directement en place par « vissage » d’une hélice (pieux vissés voir Beynes).

 

Particularités

En zones denses, il peut arriver qu’on procède à une démolition de maison « accolée » en mitoyenneté ou même, tout simplement, qu’on doive « s’appuyer » à une maison en limite de propriété. Il est donc indispensable de connaître (et fouiller) le type et la profondeur de la fondation mitoyenne. Il importe de prendre toutes dispositions indispensables pour garantir et ne pas déstabiliser la construction existante. On comprend que c’est du « sur-mesure ». Les solutions sont envisagées au cas par cas.

 

Mitoyenneté

Nous publions pour l’exemple et par croquis succinct, le plan des fondations d’une construction en cours à Versailles. Le chantier n’a rien de spectaculaire. Il a cependant fait l’objet de la séparation de deux habitations mitoyennes, avant démolition. La question des fondations était donc déterminante et l’étude « béton » prévoyait des dispositions destinées à la sécurité de la maison attenante…

 

Craignant un glissement, on a évité de fouiller toute la longueur des fondations mitoyennes. Aux deux extrémités de la fondation contiguë (voir plan), il a été décidé de couler deux blocs de béton (appelés fondations mitoyennes : 1.05 x 1,05 m sur une profondeur de 45 cm + une couche de « gros béton » pour ancrage dans le « bon sol »). Entre ces deux plots, on a posé une longrine de maintien qui protège la maison voisine.

 

Ce chantier (plan) est donc fondé sur une semelle filante classique. Elle fait le tour de la construction. En deux endroits sont prévus des poteaux coffrés destinés à supporter une descente de charge supérieure. Ils ont nécessité deux semelles isolées (de 85 cm de côté et une épaisseur de 25 cm + gros béton). Et enfin deux blocs de fondations mitoyens (décrits ci-dessus).

 

Des pieux métalliques vissés

Pour illustrer le propos, un excellent exemple est constitué par l’utilisation de pieux vissés. Il s’agit d’une construction (bois en l’occurrence, mais ça peut concerner aussi des ouvrages réalisés en maçonnerie traditionnelle) édifiée sur un terrain pour lequel l’étude de sol pourrait se résumer arbitrairement à cette mise en garde : « Attention : sol argileux ». Les argiles dites gonflantes occasionnent souvent de graves désordres aux fondations (tassements en périodes sèches, soulèvements quand l’argile se réhydrate).

 

 

De gauche à droite, le pieux est vissé par une "hélice" qui servira d'assise. Le "bon sol" a été trouvé à 3 mètres : il faut souder une rallonge de deux mètres. Et enfin, compte tenu des moyens employés en amont, ce geste spectaculaire peut paraître paradoxal... mais la masse transmet une descente de charge de 17 tonnes (à noter que l'étude (pour ce chantier) "réclame' une descente de charge maxi de 12 tonnes sur un des pieux et 6 tonnes sur les 11 autres). Voir chantier

 

Pieux battus et injection simultanée de béton
pour fondations profondes

Quand l’étude de sol (obligatoire, selon France-Maisons) révèle des reliefs de qualité géotechnique « médiocre », les épaisseurs concernées doivent être traversées pour trouver un ancrage dans le « bon sol »… On préférera fonder la maison à l’aide de pieux battus avec injection simultanée de ciment.

 

Une pelle sur chenille
et un marteau hydraulique

Le battage et injection simultanée de pieux en fonte ductile (1,7 - 2,5 t) est effectué à l’aide d’une pelle sur chenille et marteau hydraulique dont la fréquence de frappe s’élève de 300 à 800 coups/minute. L’énergie développée à chaque coup est de 3000 à 5000 joules. Le premier élément du pieu en fonte ductile est « emmanché » sur un sabot, élargi et ouvert en haut, pointu en bas, qu’on appelle « pointe perdue ».

 

Dans un enrobage de béton

Au battage, le pieu est rempli par l’injection du coulis de ciment et le sol refoulé est remplacé par un « fût » de béton qui constitue par ailleurs une parfaite gaine protectrice anticorrosion pour le pieu. Enfin, la mise en œuvre par refoulement des sols élimine les aléas et frais d’évacuation.

L’ensemble (sabot-pointe, pieux plein et « fût » de ciment) donne, après durcissement la parfaite résistance de la fondation. Cette capacité intrinsèque de portance du pieu de fonte ductile est très améliorée par la formation de la structure composite fonte-béton.

 

Vérification permanente
de la capacité portante

Selon la nature du sol et la pression d’injection du ciment, la longueur d’un pieu, par emmanchement d’éléments, les uns à la suite des autres (système d’enture autobloquant) peut atteindre une profondeur, si nécessaire, de 50 mètres et plus, sans problème selon la profondeur où l’on a trouvé le « bon sol ».

Quelle que soit la longueur du pieu, toute l’énergie du battage est concentrée sur le sabot, ce qui donne cette impression de facilité de pénétration. La résistance du sol étant vérifiée à l’enfoncement de chaque pieu, le contrôle du temps de battage permet de déceler et de pallier d’éventuelles hétérogénéités locales du terrain. Le relevé de battage offre immédiatement la corrélation vitesse de pénétration/frottement latéral et résistance à la pointe du sabot.

 

Mise en œuvre optimale
de la maison

Le battage avec injection simultanée, est la méthode efficace qui permet de garantir la fondation de la maison et d’adapter le coût de mise en œuvre. Elle permet, par ailleurs, grâce au contrôle systématique de l’homogénéité des terrains rencontrés, une mise en œuvre optimale de la maison sur sa fondation.

Chaque pieu est positionné en x et y selon la descente de charge prévue (qui peut varier d’un pieu à l’autre). De même la descente du pieu est contrôlée en z pour positionner exactement la tête de pieu (platine) à la hauteur souhaitée.

Images, de gauche à droite et de bas en haut. Le sabot ouvert en haut, pointu en bas (dit « pointe perdue ») est positionné • On va chercher le premier tube • On le « clipe » sur le sabot • Le battage et l’injection simultanée ont commencé • Selon la profondeur désirée (en fonction du terrain et de la descente de charges) on ente et on bloque un ou plusieurs tubes • Après séchage, le terrassier découvre les têtes de pieux, dans leur gangue de béton… Il restera l’emboîtement « métal sur métal » de la platine sur le pieux, avant de poser les longrines. (Chantier en cours).