Fouilles et fondations

3eme Année Architecture LMD Atelier de construction Enseignant Mr SEKFALI

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Chap. (I) FOUILLES ET FONDATIONS

Partie I : LES FOUILLES

I-1) Définition :

Dans le domaine du bâtiment, une fouille est un creusement réalisé dans le sol, en général après

décapage de la terre végétale. Elle fait partie des travaux de terrassement et constitue le point de départ

des travaux de fondations. L’excavation réalisée dans le sol et destinée à être remplie par le béton des

semelles de fondation, les dimensions de la fouille et sa profondeur dépend respectivement des

dimensions et du type des fondations à réalisés ainsi que de la profondeur d’ancrage.

I-2) Différents types de fouilles :

Selon la forme géométrique cette derniere sera classée en :

a) Fouille en rigole : Est la fouille la plus simple, peu profonde H≤1m, de largeur L≤2m. Elle est

destinée à recevoir les Semelles filantes de fondations ou certaines

canalisations.

Fouille en rigole

Fouille en tranchée

b) Fouille en tranchée : Est une fouille plus profonde. De profondeur H>1m, de largeur L≤2m.

Ces fouilles sont utilisées pour construire les égouts, pour effectuer les

reprises en sous œuvres ou pour réaliser les fondations profondes.

c) Fouille en puits : Est une fouille qui se distingue des précédentes par sa profondeur qui excède

toujours les dimensions de son orifice.

d) Fouille en excavation : Appelée aussi Fouille en pleine masse, elle est réalisée sur la totalité de

l’emprise du bâtiment, plus ou moins profonde, selon l’importance de

la partie enterrée de la construction.


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I-3) : Exécution des fouilles :

Différentes étapes sont nécessaires à la création de fouilles.

• Les premières opérations devraient consister par un débroussaillement et un dégazonnement :

tous les végétaux de surface (herbes, arbustes, arbres, racines) sont arrachés de la zone

d'emprise des travaux et sont évacués hors des limites du chantier (en effet, ces matières

végétales sont impropres aux opérations ultérieures de remblai).

• Le décapage en découverte : une couche superficielle, dite de « bonne terre » ou de « terre

végétale », est retirée puis stockée sur le chantier. Le produit de cette opération de déblai

pourra être utilisé, après achèvement des travaux, pour l'aménagement des abords de la

construction.

• L'implantation : un piquetage de la zone à terrasser est réalisé, en général par le géomètre et/ou

le chef de chantier.

En fonction de l’importance des travaux et des caractéristiques du sol, les terrassements peuvent

s’effectuer manuellement, mécaniquement ou à l’explosif. En principe, le fond des fouilles est dressé

horizontalement suivant un plan ou suivant des plans successifs. Toutefois, en vue de permettre

l'assainissement des fondations, il peut être prévu une pente longitudinale de 2 à 5 %, soit de l'ensemble

de la fouille, soit des rigoles de fondation.

I-4) : Classifications des terrains :

Mise à part la classification géologique des sols, il existe une classification liée à la facilité d’extraction.

Dans ce cas précis deux grandes catégories existent :

1) Les terrains meubles ou sols faciles :

• Les terrains légers (terres végétales, sable lâche, remblai de formation récente…..).

• Les terrains ordinaires (sols argileux, sols pierreux ou caillouteux, tufs…….).

• Les terrains lourds (argiles compactes, glaises, sables fortement consolidés….).

• Les terrains très lourds (roches et rochers).

Tous ces terrains ne nécessitent, en général que des moyens mécaniques d’extraction.

2) Les terrains rocheux ou terrains difficiles :

• Les roches tendres.

• Les roches demi-dures.

• Les roches dures.

• Les roches très dures.

Ces terrains nécessitent dans la plupart des cas l’emploi de moyen spéciaux, tels que les

explosifs ou encore l’emploi de gros engins tels que le brise roche ou le marteau piqueur.


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I-5) Remarques et considérations diverses :

I-5-1) Pentes des talus, remblais ou déblais.

On réalise les fouilles avec des parois inclinées, pour assurer la stabilité des terres. Cette

inclinaison définisse l’angle du talus pris avec l’horizontale est fonction de la nature des sols, elle

doit être voisine de l’angle de frottement interne du sol.

A titre indicatif, nous donnons sur le tableau l’angle de talus naturel de quelques types de sols :

I-5-2) Foisonnement des terres :

D’une manière générale, lorsqu’on procède à un terrassement le volume des terres prélevé est

toujours supérieur au volume des fouilles exécutées. Ce phénomène est plus connu sous le nom

foisonnement des terres.


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Ainsi comme le montre la figure précédente le volume des terres déchargées ��est supérieure au

volume de la fouille.

I-5-3) Le blindage :

Lorsque le talutage n’est pas possible, la stabilité des parois peut être assurée par la mise en

place d’étais et supports appropriés qui s’opposent à la poussée des terres.

L'étaiement et le blindage des fouilles sont déterminés en fonction de la nature du terrain, du

pendage des couches ainsi que des variations de leur état physique sous l'action des intempéries

ou des venues d'eau notamment. Ils doivent tenir compte, en outre, de la profondeur des

fouilles et des surcharges susceptibles d'exister en crête de ces dernières (présence d'immeubles

voisins et de voies de communication, stationnement et circulation d'engins mécaniques, dépôt

de matériaux).

I-6) Eaux dans les fouilles :

Pour pouvoir exécuter des fouilles, il est indispensable que le fond de la fouille soit sec. Trois cas se

présentent :

1er

cas : Le fond de la fouille est au-dessus du niveau de la nappe phréatique. Dans ce cas,

Il faut réaliser :

• Un bétonnage complet du fond de la fouille (Béton hydrofuge).

• Une canalisation de l’eau vers un puisard maçonné visitable qui sera

éventuellement doté à poste fixe d’une pompe.


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2eme

cas : Le fond de la fouille est au dessous du niveau de la nappe phréatique. Dans ce cas, il

faut :

• Abaisser le niveau de la nappe par rabattement de niveau au moyen d’un

épuisement direct (pompage).

• Réaliser une enceinte étanche à la limite de l’emprise de l’ouvrage.

3eme

cas : L’exécution des travaux en pleine eau. Dans ce cas, il faut réaliser une enceinte étanche

en palplanche ou un caisson étanche à l’air comprimé.


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Partie II : LES FONDATIONS

II-1) Définition :

Une fondation se définit comme un élément architectural d’un bâtiment qui assure la

transmission et la répartition des charges de cet ouvrage dans le sol (poids propre du bâtiment, forces

climatiques et surcharges liées à son utilisation). Elle est conçue de manière à assurer deux fonctions

essentielles :

• Reprendre les charges et surcharges supportées par la structure.

• Transmettre ces charges au sol dans de bonnes conditions, de façon a assurer la stabilité de

l’ouvrage.

Selon la capacité portante, les forces mises en jeu et les tassements admissibles, le constructeur

choisira une solution du type fondation superficielle, semi-profonde ou profonde, qui diffèrent par leur

géométrie et leur fonctionnement.

II-2) Différents types de fondations:

Suivant la capacité portante du sol, les forces mises en jeu et les tassements admissibles, on

distingue principalement trois types de fondations: superficielle, semi-profondes et profonde.

Selon la hauteur d'encastrement (D), c'est-à-dire l'épaisseur minimale des terres qui se trouvent au-

dessus de la base de la fondation, et la largeur de la base (« B » ), on peut définir les fondations comme

étant :

Superficielle si D < 4.B

Semi-profondes si 4.B < D < 10.B

Profondes si D > 10.B

II-2-a) Fondations superficielles:

On appelle « fondation superficielle » toute fondation dont la profondeur d’ancrage

n’excède pas (4) fois la largeur de la fondation. Dans ce cas trois types de fondations sont

envisageables :


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A) Semelles isolées (ou fondations ponctuelles) :

Il s’agit des semelles isolées sous poteaux destinées à transmettre au sol des

charges concentrées plus ou moins importantes, la forme et les dimensions

dépendent de :

• Du type de charges

• De la capacité portante du sol et de son niveau de situation

• De la forme géométrique des poteaux

Sous les poteaux, on est obligé de placer des semelles isolées en béton armé

ayant de préférence la forme du poteau (carré, rectangulaire, rond, ...). Cette

semelle travaille à la fois en flexion et en compression.

A-1) Dimensionnement de la fondation

Le calcul va nous permettre de connaître les dimensions de la fondation en

largeur (longueur dans le cas d’une semelle isolée) et hauteur, puis de déterminer

les armatures à positionner en utilisant une démarche qui s’appelle (Méthode des

bielles).

Dans un premier temps nous devons disposer de la charge qui arrive sur cette

fondation, avec la quelle on évalue la combinaison de charge la plus utilisée pour

le dimensionnement Nu donnée par l’expression suivante :

Nu = 1,35 G + 1,5 Q avec G=valeur des charges permanentes

Q=valeur des charges d’exploitations


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Plus généralement, la pression exercée par une force est : σ=��

� (kg/cm2)

Alors la section limite de la semelle doit satisfaire la condition suivante :

� ��

�� avec S= section de la semelle

� = Effort normal ultime

Si on appelle A la petite largeur de la semelle, B la grande largeur, on peut écrire:

�. � ��

��

De plus on doit vérifier que :

- � ��

� Par rapport à la plus grande dimension

- h = (�

� à

�

�).H et � � �6. � � 6 !" avec � plus gros diamètre

utilisé

Observations :

- Le poids propre de la semelle doit être pris en considération dans le

dimensionnement.

- On dimensionne les semelles sous la combinaison ultime du 1er genre, et on

passe à la vérification des contraintes sous les combinaisons de service et

accidentelles.

- L’enrobage est généralement de l’ordre de 5cm dans les travaux

d’infrastructure.

- Les armatures sont placées dans les deux sens. Elles sont calculées à l'aide

des règles BAEL et du DTU 13.1 dans chacune des directions.

A-2) Ferraillage des semelles


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B) Les semelles continue :

Ce type de fondation est généralement adopté sous murs porteur (voile en Béton armé),

ou sous des poteaux lorsque le choix des semelles isolés ne convient pas a cause du

chevauchement de ces dernies. Il sera nécessaire de construire un ouvrage plus large

mais qui fatalement va travailler également en flexion. Ce genre de semelle est appelée

aussi semelle filante.

B-1) Dimensionnement de la fondation

Le fonctionnement de cette semelle, qui doit être assez rigide. Pour cela deux conditions

qui doivent être vérifiés :

- � ��

� dans le sens transversal

- H = (�

# à

�

$).L dans le sens longitudinal avec L entre axes des poteaux

Observations :

- La semelle filante se comporte comme une poutre renversée dans son plan.

- Dans le sens transversal elle se comporte comme une semelle isolée.

B-2)Ferraillage

C) Le radier

Ce type de fondation est adopté, lorsque le choix des semelles filantes donne des

fondations très rapprochées, ou lorsque le bon sol est de faible portance. Le bâtiment est

alors posé sur une sorte de surface d’assise en béton armé.

L’infrastructure en radier vise à réaliser une surface d’appui continue débordant

l’emprise de l’ouvrage et qui permet une répartition uniforme des charges.

Les radiers se comportent comme des planchers renversés, on distingue

essentiellement :


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• Les radiers plats: Ce sont des radiers constitués par une simple dalle qui

repose sur le sol. L'épaisseur de la dalle d'un radier plat dépend de la charge à

transmettre et de sa résistance au poinçonnement, d’une manière générale la

valeur à prendre est de un vingtième de l’entraxe des éléments porteurs.

• Les radiers nervures: Radiers constitués d'une dalle, des poutres et de

nervures. On opte pour ce type de radier lorsque la distance entre les points

d'appui dépasse 04 mètres. Le dimensionnement s’effectue de la même façon

pour les dalles.

• Les radiers champignons: les charges sont transmises par des poteaux à une

dalle épaisse (rigide) qui peut aller jusqu'à 50cm. La base des poteaux est liée

par des troncs de pyramides pour éviter tout poinçonnement qui peut se

produire au cas des charges importantes.

• Les radiers voûtes: la dalle prend la forme de plusieurs voûtes consolidées par

des tirants.

II-2-b) Fondations semi-profondes:

Ce type de fondation, atteignant généralement une profondeur comprise entre 3 et 6m,

est utilisé lorsque des fondations superficielles ne peuvent être réalisées et que des fondations

profondes ne sont pas nécessaires, ce qui évite un coût trop important. Elles peuvent être

utilisées dans le cas d'un sol stable en faible profondeur : des puits d'une profondeur suffisante

pour se stabiliser sur la couche stable sont remplis de "gros béton" (un béton grossier d'environ


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200 kg de ciment/m3). Bien souvent, ces puits peuvent être creusés à la pelle mécanique

hydraulique, permettant ainsi à l'entreprise de gros œuvre de réaliser l'ouvrage sans faire appel

à une entreprise spécialisée, comme dans le cas de fondations profondes.

On a également souvent recours au système de puits et longrines préfabriquées. Dans ce cas, les

longrines sont posées sur les plots ainsi créés et permettent de supporter le poids des murs.

II-2-c) Fondations profondes:

Lorsque l'on ne peut vraiment pas fonder le bâtiment sur les couches superficielles, on

va chercher à l'appuyer sur les couches plus profondes (de 6 :8m) et donc plus résistantes par

l'intermédiaire de poteaux. Ces éléments sont soit directement appuyés sur le substratum et

travaillent par effet de pointe, soit ne touchent pas le substratum et travaillent par frottement

latéral.

Dans ce cas la charge limite du sol est donnée par l’expression suivante :

%& ' %( � %) avec %( la résistance au poinçonnement du sol sous la pointe

%) la mobilisation d’un frottement entre le sol et le pieu

le long du fut.

Parmi ces fondations, On distingue deux grands types les plus utilisées :

A) Les fondations en puits:

Ce sont des piliers en gros béton, réalisés en place et sollicités en tête avec des semelles

isolées armées destinées à répartir les charges que le puits transmettra au sol. Les puits

sont reliés les uns aux autres avec des longrines en béton armé.


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La section des puits varie avec les charges ainsi que la nature du sol. Lorsque la portance

du sol est faible, on peut élargir la base du puits en "patte d'éléphant". Dans tous les cas

la section d’un puits ne doit pas être inférieure à 1m2.

B) Les fondations sur pieux: La fondation sur pieux convient à toutes les superstructures quelle que soit leur conception et la manière dont les charges sont descendues ; concentrées, uniformément réparties ou non. Il est nécessaire d’adapter la disposition des pieux au mode de liaison afin d’assurer une bonne rigidité à l’ouvrage.

• Pieux alignés réunis par poutre continue. • Pieux groupés coiffés de semelles armées. • Pieux flottants régulièrement dispersés supportant un radier

Le prédimensionnement de la semelle est effectué en respectant les conditions suivantes :

• Le débordement * '�

�∗ ∅ avec ∅ diamètre des pieux

• La hauteur de la semelle � ' 1,5 ∗ ∅ • La hauteur utile �0 doit être telle que l’inclinaison des

Bielles caractérisée par l’angle 1 soit supérieure à 45°. L’écartement a entre les axes de deux pieux doit respecté la

condition suivante :

2 � �2 à 3 ∗ ∅

Les pieux sont généralement constitués de pièces longues enfoncées ou confectionnées dans le sol, nous pouvons distinguer les types suivants :

B-1) Pieux préfabriqués : Ce sont des éléments en bois, en béton armé, en béton précontraint ou en acier. Ils sont enfoncés dans le sol par battage ou par vérin. Les plus courants sont les pieux en béton armé. Ils sont équipés d'une pointe en acier pour faciliter l'enfoncement. De plus, leur tête est munie d'un casque de battage en acier qui empêche le béton d'éclater sous l'action des coups.


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B-2) Pieux exécutés sur place :

Dans ce cas, le béton est coulé dans un trou préalablement exécuté. Il existe plusieurs méthodes: B-2-1) Pieux forés : Dans ce système le forage est réalisé en vissant dans le sol une mèche hélicoïdale cylindrique. La longueur de la mèche est égale à la longueur du pieu à exécuter. Le vissage se fait sans déplacement vertical du sol. La tarière comporte un axe creux à l'intérieur duquel est injecté le ciment en fin de vissage. Lors de l'injection du ciment, la tarière remonte progressivement. Le diamètre du pieu est égal au diamètre de la vis hélicoïdale. Le béton injecté est dosé à 350 kg/m3. L'alimentation du béton est fournie en continu pendant l'extraction de la tarière.

Pieu foré à la tarière creuse

Ces pieux peuvent être tares longs et de grand diamètre jusqu’à 1,5m.

B-2-2) Pieux battus :

Ils sont généralement exécutés en béton ou en béton armé, à tube perdu ou

récupéré.

Le dosage doit être supérieur à 350kg/m3.

Le principe du pieu "Battu" consiste en un tube obturé à sa base par un bouchon

en béton et qui est enfoncé dans le sol à l'aide d'un mouton frappant soit sur le

bouchon, soit en tête du tube par l'intermédiaire d'un casque de battage.

Après battage, le bouchon est cassé, on met en place la cage d'armature et le

tube est rempli totalement de béton puis extrait. Ce pieu peut supporter une

charge admissible de 5,5 à 7,2 MPa.


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Pieu battu

II-2-d) Fondations aquifères:

Se sont des fondations généralement réalisées en présence de l’eau, ce dernier représente un

obstacle à la réalisation d’une part et diminue fortement sur la portance du sol d’autre part.

Il faut donc surmonter ce problème en descendant jusqu’au bon sol par l’intermédiaire de puits

ou de pieux. Deux principes sont utilisés.

• A faible profondeur, une simple enceinte formée de palplanches métalliques laisse une

chambre de travail à l’air libre.

• A grande profondeur, une sorte de cloche divisée dont la partie inférieure sert de

chambre de travail ou l’air sous-pression équilibre la pression de l’eau. Dans ce cas, le

caisson est la fondation préfabriquée de l’ouvrage.

II-2-e) Cas particulier de la géotechnique marine:

Les fondations de plate-forme pétrolières en mer nécessitent souvent l’implantation de pieux de

très grande capacité. Pour des raisons pratiques, ces pieux ne peuvent être que préfabriqués

battus et de longueur adaptable selon la résistance au battage rencontrée. On utilise donc des

pieux tubulaire en acier, à base ouverte (Il se forme un bouchon de sol à la base jouant le rôle

d’une pointe). Leur diamètre est de l’ordre de 1,2m à 2m et les longueurs totales dépassent

fréquemment la centaine de mètre. L’épaisseur d’acier varie de 2,5 à 5cm.

II-2-e) Les micropieux:

Les micropieux sont des pieux de diamètre inferieur en général à 250mm et de longueur

maximum d’une vingtaine de mètres. Ils sont utilisés comme technique de renforcement

des sols mous en groupe ou en réseau. Leur installation ne nécessite qu’un équipement

réduit, ce qui permet leur utilisation comme technique de reprise en sous-œuvre dans

des bâtiments anciens.


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II-3) Dispositions Particulières:

II-3-1) Profondeur hors-gel :

Le gel agit sur le sol en transformant l’eau incluse dans ce sol en glace, ci occupant un volume

plus important que l’eau, cela provoque un gonflement de la couche superficielle et des fissures

dans le gros œuvre. Lors du dégel des vides vont se créer dans le sol entraînant un tassement du

sol et de la fondation. Il est donc nécessaire que le sol d’assise de la fondation soit à une

profondeur suffisante pour qu’il ne gèle pas.

Cette profondeur minimale varie suivant les régions et la nature du sol, elle est de l’ordre de 0,50

m sous climat océanique et peut dépasser 1 m en montagne.

II-3-2) Joint de rupture:

Un joint de rupture doit être prévu entre deux ouvrages voisins, lorsqu’ils subissent des

différences importantes de charge, s’appuient sur des sols de natures différentes ou possèdent

des fondations de natures différentes (cas d’un ouvrage à construire contre un ouvrage ancien).

Un joint de rupture sépare complètement les deux ouvrages, y compris les fondations. Ce type

de joint est, la plupart du temps, réalisé à l’aide de polystyrène.

II-3-3) Joint de dilatation:

Un ouvrage soumis à de grandes différences de température va subir des dilatations d’autant

plus importantes que cet ouvrage est long. En régions tempérées il est donc prévu de disposer

des joints de dilatation tous les 30 m à l’aide de polystyrène.

Un joint de dilatation sépare complètement les deux ouvrages, hormis leurs fondations.


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II-3-4) fondations sur sol en pente:

Dans ce cas les fondations se trouvent à des niveaux différents et les semelles supérieures

peuvent exercer une poussée sur les semelles inférieures qui ne sont pas dimensionnées en

conséquence, ou risquent d’amorcer un glissement d’ensemble.

Afin de résoudre ce problème il existe 2 solutions :

• Soit respecter une pente de 2 pour 3 entre les deux semelles.

• Soit, si cela s’avère impossible, exécuter des redans en gros béton.

II-3-5) fondations sur sol argileux:

Dans ce cas il peut se produire, après terrassement de la fouille, un gonflement par

déchargement du poids des terres excavées ou par augmentation de la teneur en eau du sol. On

peut alors soit effectuer une purge (ôter le sol argileux pour le remplacer par un meilleur sol),

soit traiter le sol en place (à la chaux par exemple) ou soit en tenir compte dans les calculs.


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II-3-6) Protection contre l’humidité:

Si le terrain de fondation est perméable (sables, gravier….) et non immergé, les eaux de

ruissellement s'infiltrent rapidement sans soumettre le mur périphérique à une importante

humidité permanente ; par contre, si le terrain de fondation est peu perméable (argile, limon...),

les eaux d'infiltration peuvent venir s'accumuler le long du mur enterré.

Dans le premier cas il n’y a pas de précaution particulière à prendre, Par contre le deuxième cas

nécessite un drain périphérique.

Le system de drainage comporte obligatoirement :

o Une tranchée drainante, remplie de matériaux perméables allant de

la granulométrie la plus importante en bas (autour du drain) à la

plus faible en haut.

o Un drain placé toujours sur la face supérieure de la fondation afin

d’éviter les affouillements sous celle-ci.

o Des regards de visite à chaque changement de direction et au point

haut.

o Un dispositif d’évacuation des eaux recueillies par les drains.


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Coffrage et Ferraillage des Fondations

Fouilles et fondations

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