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Fondation superficielle

Fondations superficielles : types et méthodes de conception BIM

Poutres, socles, dalles : découvrez les types de fondations superficielles et lesquelles adopter dans vos projets en fonction des caractéristiques du sol


Les fondations directes sont des éléments structuraux conçus pour transférer la charge des structures de construction directement au sol sous-jacent, sans l’aide d’un frottement latéral significatif.

Dans cet article, nous explorerons en détail le concept de fondations directes et les différentes typologies utilisées dans le domaine du génie civil.

De plus, vous pourrez découvrir comment exploiter un logiciel de calcul de structure pour concevoir de manière détaillée et précise ce type de fondations.

Diverses types de fondations

Diverses types de fondations

Qu’est-ce que les fondations directes

Les fondations directes sont des structures résistantes interposées entre le sol et la superstructure d’un bâtiment, conçues pour transférer les charges résultant du poids propre et des actions appliquées à la superstructure directement au sol sous-jacent. Cela se fait principalement par la pression exercée par la fondation sur le sol sous la surface d’appui, sans qu’il y ait un frottement latéral significatif. Les fondations directes sont utilisées lorsque le sol sous-jacent est suffisamment robuste pour supporter la charge sans risque d’affaissement excessif.

Ce type de fondation se distingue du type de fondations indirectes ou profondes, car ces dernières transfèrent la charge au sol par pression sous la surface d’appui et par friction le long du fût. Cette distinction est essentielle dans la conception des fondations, car elle influence le choix du type le plus approprié à une situation spécifique et est également nécessaire pour bien comprendre le sujet que nous traitons.

Types de fondations directes

Il existe plusieurs types de fondations directes, chacun adapté à des conditions spécifiques du sol et à des exigences structurelles. Voici une liste des différents types de fondations directes présents dans le monde de la construction.

Fondations ponctuelles

Les fondations ponctuelles, principalement représentées par des socles de fondation, sont un choix courant pour les bâtiments résidentiels et industriels, particulièrement adaptés aux sols présentant de bonnes caractéristiques mécaniques et où l’on ne s’attend pas à des affaissements différentiels significatifs. Un socle est un élément structural généralement réalisé en béton armé, conçu pour répartir les charges ponctuelles de la superstructure sur une surface de sol suffisamment large pour garantir la sécurité et la stabilité structurelle.

Lors de la conception, il est important de positionner le socle en dessous de la couche de sol superficielle sujette à des remaniements ou des variations saisonnières du volume, comme le mouvement du niveau de la nappe phréatique. Le comportement du socle peut être assimilé à celui d’une étagère encastrée, soumise à la réaction du sol de bas en haut.

Il existe deux principaux types de socles : massifs et élancés. Les socles massifs se caractérisent par un rapport entre la hauteur et le porte-à-faux de l’aile supérieure du socle par rapport au pilier supérieur à fil plus grand que 2, tandis que les socles élancés ont un rapport inférieur à 2.

Le dimensionnement structural des socles massifs prend en compte le système de tirant-poussée, tandis que pour les socles élancés, des approches basées sur l’hypothèse de conservation des sections planes de Bernoulli et Navier peuvent être utilisées.

Les socles peuvent être reliés par des poutres ou des longerons, et lorsqu’il n’y a aucun élément de connexion entre eux, on parle de «socles isolés». Les connexions entre les socles peuvent se faire par des longerons ou des poutres, contribuant à garantir la stabilité et la continuité de la fondation.

Plots de fondation

Plots de fondation

Fondations continues

Lorsque les sols présentent des caractéristiques pouvant entraîner des affaissements différentiels ou lorsque les charges à supporter sont élevées, on recourt à des fondations continues. Celles-ci comprennent des poutres inversées, des treillis et des plateformes, qui répartissent la charge sur une surface de contact plus étendue, réduisant ainsi la pression de la charge sur le sol et minimisant les affaissements différentiels. Ce type de fondation peut être subdivisé en deux groupes : 

  • fondations continues en béton non armé – si le sol offre une bonne résistance et que les charges appliquées ne sont pas trop élevées, il est possible d’opter pour des fondations continues en béton non armé. Cette méthode offre plusieurs avantages, notamment la réduction des coûts et la simplification du processus de construction. La base de la fondation est progressivement élargie en utilisant des cales, mises en place avec une inclinaison d’environ 60°. Cela contribue à réduire les sollicitations de flexion et de cisaillement, garantissant une stabilité accrue à la structure. Lorsque la fondation continue en béton non armé est coulée directement dans l’excavation de fondation, on obtient une section en forme de trapèze, la base la plus petite étant la base inférieure. Cette conception permet une répartition uniforme de la charge sur le sol sous-jacent. La plus grande quantité de béton requise pour ce type de fondation est compensée par l’économie de coffrage nécessaire pour le coulage. Pour assurer une meilleure connexion avec la base de la structure, il est conseillé de réaliser un longeron en béton armé. Cet élément est inséré sur toute l’épaisseur du mur au niveau de la plate-forme de la dalle, améliorant ainsi la résistance et la stabilité globale de la fondation ;
  • fondations continues en béton armé – les fondations continues en béton armé, également connues sous le nom de fondations en console ou en radeau, représentent une solution polyvalente et résistante, particulièrement adaptée aux sols peu résistants. Ce type de fondation exploite les propriétés du béton armé pour résister aux efforts de flexion, permettant la réalisation de structures moins massives que les fondations non armées. La caractéristique distinctive des fondations continues en béton armé est la présence d’un longrines continue, flanquée de deux consoles latérales également réalisées en béton armé. Cette conception permet aux fondations d’absorber efficacement les sollicitations de cisaillement et de flexion, assurant une plus grande stabilité structurelle. Ce type de fondation est particulièrement adapté aux sols peu résistants, car il nécessite une quantité moindre de béton par rapport aux fondations non armées. Grâce à la capacité du béton armé à supporter des charges de flexion, les fondations continues en béton armé peuvent être dimensionnées avec des dimensions plus petites, réduisant ainsi le poids total de la structure. Cependant, il convient de noter que la réalisation de fondations continues en béton armé nécessite un travail supplémentaire en termes de formation de l’armature métallique et du coffrage. Ceci est un aspect important à prendre en compte lors de la conception et de la construction, car cela affecte les coûts et les délais de réalisation du projet.
Fondations continues

Fondations continues

Poutres inversées

Les poutres inversées sont un élément structural important utilisé pour répartir les charges provenant des piliers sur une surface plus large, assurant ainsi une plus grande stabilité et résistance de la structure. Ces poutres sont réalisées en béton armé et présentent une forme caractéristique en T inversé, avec deux dalles ou consoles inférieures qui élargissent la surface d’appui sur le sol.

L’application principale des poutres inversées se fait dans les structures à ossature, surtout lorsque la nécessité de répartir les charges sur de grandes surfaces de sol est présente et lorsque la résistance du sol lui-même n’est pas uniforme. Dans ces cas, les poutres inversées permettent de garantir une répartition équilibrée des charges, réduisant en même temps le risque d’affaissement différentiel du sol.

Le processus de réalisation des poutres inversées implique plusieurs étapes successives : 

  1. commence par la pose d’une première couche de gravier, servant de base à la poutre inversée ;
  2. ensuite, procède à la formation de l’armature métallique, conférant à la poutre la résistance structurale nécessaire ;
  3. ensuite, le bétonnage des dalles de la poutre est effectué, créant ainsi la partie inférieure de la structure qui reposera sur le sol ;
  4. une fois que le béton est durci, les parois de retenue sont montées et le bétonnage de la partie supérieure de la poutre, appelée âme, est réalisé, complétant ainsi la structure de la poutre inversée.

Ce processus de réalisation garantit que les poutres inversées sont capables de supporter efficacement les charges statiques et dynamiques provenant de la superstructure, tout en assurant une répartition uniforme des charges sur le sol sous-jacent.

Poutres inversées croisées

Ce type d’élément structural consiste en une succession de poutres inversées alignées selon les rangées de piliers, créant ainsi un schéma statique de poutres continues sur plusieurs appuis, orientées parallèlement à l’un des côtés du plan du bâtiment. Ces poutres sont ensuite reliées par des longrines transversales de raidissement, qui contribuent à augmenter la rigidité globale.

La caractéristique distinctive des poutres inversées croisées est que les longrines de raidissement elles-mêmes deviennent des poutres inversées, augmentant ainsi encore plus la capacité de répartition des charges et la résistance de la structure. Cette transformation intervient lorsqu’il est nécessaire de rendre la fondation plus rigide, par exemple en présence de sols instables ou de charges particulièrement élevées.

Un avantage significatif de l’utilisation de poutres inversées croisées est la possibilité de réaliser des poutres avec un rapport hauteur/base élevé, ce qui permet de réduire la quantité d’armature nécessaire et les sollicitations auxquelles le béton est soumis. Cela permet non seulement de réduire les coûts de construction, mais améliore également les performances structurelles globales de la fondation.

Fondations sur radier

Les fondations sur radier représentent une solution efficace lorsque le sol n’est pas capable de supporter les charges de la structure de manière uniforme ou adéquate. Ce type de fondation remplace les poutres inversées traditionnelles par une seule «dalles» de base en béton armé, qui s’étend sur toute la surface d’appui de la structure. Cette dalles, appelée dalle de radier, est conçue avec une épaisseur suffisante pour répartir les charges de manière uniforme sur le sol sous-jacent.

En plus de la dalles de base, des poutres principales et secondaires peuvent être prévues disposées stratégiquement pour rigidifier davantage la structure. Ces poutres supplémentaires contribuent à assurer une meilleure continuité structurelle et une répartition plus efficace des charges.

Un aspect distinctif des fondations sur radier est la présence d’une dalle nervurée inversée, formée par les poutres principales et secondaires qui dépassent de la dalles de base. Cette configuration permet une meilleure répartition des charges et une résistance structurale accrue.

Parmi les avantages des fondations sur radier, citons leur capacité à distribuer efficacement les charges sur la surface du sol, garantissant une bonne continuité structurelle. Cela les rend particulièrement adaptées aux sols présentant des caractéristiques de tassement non uniformes.

Cependant, un inconvénient des fondations sur radier est la quantité de matériau nécessaire supérieure à celle des autres types de fondations. Cela peut entraîner des coûts supplémentaires en termes de matériaux et de main-d’œuvre, mais cet inconvénient est compensé par les avantages en termes de performances structurelles et de durabilité à long terme.

Dalle de fondation

Dalle de fondation

Comment concevoir des fondations directes avec un logiciel BIM

Vous trouverez ci-dessous une liste de vidéos vous montrant comment concevoir et dimensionner des fondations directes avec un logiciel de calcul structurel : 

edilus
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