Défaillance structurelle : causes, effets et solutions

Comprendre les causes des défaillances structurelles est la première étape pour résoudre le problème : voici un bref guide pour savoir comment faire

La défaillance structurelle est un problème courant, surtout lorsque l’on s’attaque à des bâtiments existants datant des siècles passés et à des structures en maçonnerie avec des fondations superficielles, sur des terrains peu stables. Comment intervenir dans ces cas délicats ? Identifier les causes des défaillances est certainement la meilleure façon de déterminer les interventions et les stratégies d’atténuation du phénomène. De plus, après un relevé précis et une surveillance de l’état des lieux, l’utilisation d’un logiciel de calcul de structure peut être très utile pour définir en détail les interventions de consolidation et de restauration de la structure porteuse (fondations, maçonnerie, systèmes en portiques, etc.) à partir des caractéristiques du sol et des matériaux de construction. Tout cela dans le respect total de la réglementation technique en vigueur.

Cet article offre une analyse générale sur ce sujet, dans le but de comprendre pleinement la défaillance structurelle et les moyens de la traiter de manière efficace.

Définition

La défaillance structurelle représente la perte de capacité d’une structure ou d’un de ses composants à supporter ou transmettre des charges. Ce phénomène se produit lorsque le matériau ou le système structurel est sollicité jusqu’au point limite de sa résistance, provoquant des fissures et des déformations plus ou moins visibles en fonction de la gravité du phénomène. Être capable d’interprété l’image de fissuration du bâtiment peut être très utile pour identifier l’origine du phénomène et la cinématique à l’œuvre.

La défaillance structurelle peut être déclenchée par diverses causes, notamment les conditions géologiques du sol, les variations d’humidité du sol, la présence d’arbres ou la perte de performances des composants du bâtiment. Une compréhension approfondie de ces causes est essentielle pour aborder le problème de manière efficace.

Préserver la santé et l’intégrité des bâtiments, ponts, routes et autres structures est essentiel pour la sécurité publique. Savoir exactement quand une réparation ou une maintenance préventive due à une défaillance est nécessaire peut être difficile sans les bons outils. Il peut être vraiment essentiel de surveiller la construction pour étudier au mieux le phénomène. À cet égard, il existe des logiciels de surveillance de la santé des structure qui vous permettent de gérer au mieux l’ensemble du processus.

Défaillance structurelle et tableau des fissures

Causes de la défaillance structurelle

La défaillance structurelle concerne le plus souvent les fondations du bâtiment, bien que ses effets se manifestent également visiblement sur d’autres éléments structurels.

Les causes sont multiples et ne sont pas toujours identifiables de manière claire et univoque. Même les changements climatiques en cours, alternant de longues périodes pluvieuses à des saisons de plus en plus sèches, mettent à rude épreuve même les fondations des constructions les plus solides.

Ces changements climatiques exercent des pressions considérables sur le comportement volumétrique du sol, entraînant des variations dans ses propriétés géotechniques.

D’un point de vue géotechnique, tout sol peut être décrit comme un système multiphasique, composé d’une phase liquide, d’une phase solide et d’une phase gazeuse. L’eau, en particulier, peut provoquer des variations rapides dans ces phases, influençant le volume du sol en réponse aux conditions climatiques saisonnières et aux températures. Les périodes de chaleur et de sécheresse entraînent le rétrécissement du sol, tandis que les périodes de pluie en augmentent le volume, créant un effet similaire à une éponge dans le sol sur lequel reposent les fondations.

Cette cyclicité de changements influence les sollicitations mécaniques transmises aux structures surplombantes et intervient dans l’équilibre entre le sol et le bâtiment, compromettant potentiellement l’intégrité structurelle du bâtiment lui-même.

Outre les facteurs naturels, il est essentiel de prendre en compte également les causes anthropiques des défaillances des fondations. Les expansions structurelles, les développements verticaux du bâtiment, les excavations à proximité des fondations, les vibrations causées par des activités industrielles ou la proximité de routes à fort trafic peuvent provoquer une redistribution des charges, potentiellement conduisant à la défaillance structurelle.

Indépendamment de l’origine des problèmes, il est d’une importance vitale d’intervenir rapidement avec des mesures de réparation des fondations pour assurer la stabilité et la sécurité à long terme du bâtiment.

Nous avons dit que pour comprendre pleinement la défaillance structurelle, il est nécessaire d’examiner les causes. Voyons quelles sont les principales :

caractéristiques du sol : la nature du sol sur lequel une structure est construite est un facteur crucial. Les sols argileux, sableux ou rocheux génèrent des comportements différents sous charge ;
stratification géologique : les sols présentent une stratification variée due aux différentes formations géologiques. Cette stratification peut influencer la stabilité et la capacité portante du sol, générant des défaillances ponctuelles, différentielles ou constantes/uniformes ;
présence d’eau : la présence de nappes phréatiques dans le sous-sol peut causer des variations de la portance du sol au fil du temps. Ces variations peuvent être dues à des élévations ou des baisses du niveau de l’eau ;
caractéristiques des matériaux de construction : le type de matériau utilisé pour construire le bâtiment influence sa capacité à supporter des charges. Des matériaux tels que le béton armé ou l’acier peuvent avoir une résistance supérieure par rapport à d’autres matériaux et techniques de construction ;
charges appliquées : les charges structurelles, telles que celles dues à la neige, au poids des éléments structurels ou au vent, peuvent influencer la défaillance. L’évaluation correcte et la dimension des structures pour résister à ces charges sont essentielles.

Effets sur les structures

Les défaillances des fondations représentent un défi significatif pour la stabilité et l’intégrité des structures de construction, car elles peuvent déclencher une série d’effets néfastes nécessitant une analyse minutieuse et des interventions de réparation appropriées. Nous explorerons en détail les effets que les défaillances des fondations peuvent avoir sur les structures :

Déformations structurelles : l’un des effets les plus évidents des défaillances des fondations est la déformation des structures surplombantes. Cela se manifeste par des fissures sur les enveloppes verticales, surtout dans les zones de connexion entre les murs et les planchers, ainsi que par des lésions et des déformations des planchers. Ces déformations peuvent compromettre la fonctionnalité du bâtiment et la sécurité des occupants.
Déformations dans les ouvertures : les défaillances peuvent entraîner des distorsions des portes et des fenêtres, rendant difficile leur ouverture et leur fermeture et compromettant l’étanchéité à l’air et à l’eau.
Dommages aux finitions intérieures et extérieures : les défaillances peuvent endommager les finitions intérieures et extérieures du bâtiment. Cela peut inclure des fissures dans les revêtements muraux, les planchers, les cadres et les enduits extérieurs. Ces dommages peuvent entraîner des coûts importants pour les réparations et la restauration.
Déséquilibres structurels : les défaillances des fondations peuvent entraîner des déséquilibres dans les structures, mettant sous pression les poutres, les colonnes et autres éléments porteurs. Cela peut entraîner une détérioration progressive des composants structurels et augmenter le risque de défaillance structurelle.
Problèmes avec les installations : les effets des défaillances peuvent s’étendre aux installations mécaniques, électriques et hydrauliques du bâtiment. Les tuyaux et les conduites peuvent subir des déformations et des ruptures, entraînant des fuites d’eau ou des dysfonctionnements des systèmes.
Problèmes de sécurité : la sécurité des occupants du bâtiment est une préoccupation fondamentale. Les défaillances peuvent augmenter le risque de blessures en raison des déformations structurelles, des chutes dues aux sols irréguliers et des infiltrations d’eau pouvant entraîner des moisissures et des problèmes de santé liés à la salubrité de l’environnement.
Détérioration des matériaux : l’instabilité causée par les défaillances des fondations peut accélérer la détérioration des matériaux de construction. Par exemple, la présence d’humidité et d’infiltrations peut provoquer la corrosion des armatures métalliques dans les structures en béton armé.
Dysfonctionnement des systèmes : les défaillances structurelles peuvent compromettre la fonctionnalité du système de distribution des installations de chauffage, de refroidissement et de ventilation, entraînant des pertes énergétiques et compromettant le confort intérieur.

Pour faire face efficacement aux effets des défaillances structurelles, il est essentiel de réaliser une évaluation géotechnique précise, d’identifier les causes et de planifier des interventions de réparation ciblées. Ces interventions peuvent inclure la réparation ou le renforcement des fondations existantes, l’insertion de pieux de fondation ou la réalisation d’œuvres de consolidation structurelle ou d’interventions de consolidation du sol. L’objectif final est de rétablir la stabilité structurelle et de garantir la sécurité à long terme du bâtiment.

Stratégies d’atténuation de la défaillance structurelle

Une fois la défaillance structurelle identifiée, il est essentiel de mettre en œuvre des stratégies d’atténuation appropriées.

Pour atténuer les effets des défaillances structurelles causées par des problèmes dans les fondations, il est nécessaire d’entreprendre une série d’interventions ciblées qui peuvent varier en fonction de la gravité du problème et des conditions spécifiques du bâtiment. Pour évaluer au mieux les interventions structurelles à effectuer, il est toujours opportun de réaliser des calculs structurels avec le support d’un logiciel de calcul de structure.

Conception des fondations issue du logiciel de calcul de structure EdiLus

Voici quelques interventions courantes pour atténuer les effets des défaillances structurelles :

Évaluation géotechnique: La première phase cruciale est une évaluation approfondie des conditions du sol et des causes des défaillances des fondations. Cette évaluation permet de comprendre pleinement le problème et de planifier les interventions correctives nécessaires.
Renforcement des fondations: Dans de nombreux cas, il est possible de renforcer les fondations existantes en ajoutant des éléments structurels tels que des pieux de fondation, des micropieux ou des tirants, augmentant la capacité portante des fondations et réduisant le risque de défaillances ultérieures.
Injections de consolidation: L’injection de matériaux consolidants, tels que le béton ou la résine époxy, dans le sol autour des fondations peut contribuer à stabiliser le sol et à prévenir d’autres défaillances.
Réalignement structurel: Dans certains cas, il est possible de corriger les déformations structurelles en réalignant les murs, les planchers et les ouvertures des fenêtres et des portes. Cela peut être fait en utilisant des techniques de levage ou en ajoutant des éléments de support structurel.
Isolation sismique: Dans les zones sismiques, l’installation de systèmes d’isolation sismique peut réduire considérablement le risque de dommages structurels lors d’un tremblement de terre, permettant à l’édifice de osciller de manière contrôlée sans subir de dommages importants.
Drainage et gestion des eaux: Le contrôle des eaux souterraines est essentiel pour prévenir les défaillances des fondations causées par des changements dans la saturation du sol. Des systèmes de drainage appropriés peuvent aider à maintenir la stabilité du sol autour des fondations.
Surveillance continue: L’installation de systèmes de surveillance structurelle peut aider à détecter rapidement toute défaillance ou déformation, permettant des interventions préventives avant que des dommages importants ne se produisent.
Reconstruction des fondations: Dans des cas extrêmes où les fondations sont gravement compromises, il peut être nécessaire de retirer complètement les fondations existantes et d’en construire de nouvelles. C’est une intervention coûteuse et complexe, mais cela peut être le seul moyen de rétablir la stabilité structurelle.

Il est important de noter que les interventions spécifiques à adopter dépendent des circonstances uniques de chaque bâtiment et du sol environnant.