Fondations en Génie Civil

Les fondations sont des éléments essentiels en génie civil, assurant la stabilité et la durabilité des constructions en transmettant les charges de la structure au sol. La réussite d’un ouvrage dépend en grande partie de la connaissance précise du terrain et du choix judicieux du type de fondation adapté. Cette fiche de révision présente les fondations en génie civil en abordant la nature des terrains, la capacité portante, les types de fondations, ainsi que les fondations profondes.

1. Comprendre le Terrain : Nature, Classification et Capacité Portante

1.1 Formation et caractéristiques des terrains

La surface terrestre est façonnée par des phénomènes géologiques externes (atmosphère, eaux, glaciers, êtres vivants) et internes (volcans, séismes, plissements) sur des centaines de millions d’années. Ces processus ont engendré une diversité de terrains, dont la nature influence directement le choix des fondations.

Les cycles géologiques comprennent :

• Le plissement et la formation de chaînes de montagnes,
• L’érosion partielle de ces chaînes,
• La sédimentation dans des dépressions où s’accumulent des matériaux.

1.2 Classification des terrains et leurs qualités pour fondations

Le tableau suivant synthétise les principaux types de terrains rencontrés, leurs caractéristiques, et leur aptitude à supporter des fondations :

1.3 Contrainte admissible et capacité portante

La contrainte admissible, ou capacité portante du terrain, est la pression maximale que le sol peut supporter sans risque de tassement excessif ou de rupture. Elle dépend de la nature et de l’état du terrain :

• Terrains durs (rocher, gravier) : contraintes admissibles élevées, jusqu’à 1,5 N/mm².
• Sols argileux ou limoneux : contraintes plus faibles, entre 0,3 et 0,5 N/mm².
• Sols organiques ou très meubles (terreau, tourbe, boue) : inadaptés aux fondations.

1.4 Importance des études géotechniques

Avant toute construction, il est indispensable de réaliser des études géotechniques pour :

• Déterminer la nature du terrain,
• Identifier l’épaisseur et la position des différentes couches,
• Évaluer la contrainte admissible.

Ces études permettent de choisir un système de fondation adapté et sûr.

2. Fondations : Définition, Rôle et Principes de Base

2.1 Définition et rôle

La fondation est l’élément d’une construction qui repose sur le sol et transmet à celui-ci toutes les charges (permanentes et accidentelles) exercées par la structure. Elle assure la stabilité de l’ouvrage en répartissant ces charges de manière adaptée.

2.2 Capacité portante : observation pratique

Un exemple simple illustre la différence de résistance des sols :

• Une baguette en bois de 1 cm de diamètre s’enfonce facilement dans la terre de jardin.
• Un pot de confiture s’enfonce de 5 à 7 cm.
• Un seau ne s’enfonce que de 1 à 2 cm, montrant un sol plus résistant.

3. Types de Fondations et Principes de Dimensionnement

3.1 Classification des fondations

Le choix du type de fondation dépend principalement de :

• La nature du sol,
• Les charges à supporter.

Les fondations doivent résister sans altération aux charges permanentes et accidentelles ainsi qu’à l’action du temps. Elles ne peuvent empêcher complètement les tassements, mais doivent garantir un tassement uniforme pour éviter les fissurations. En cas de charges différentes dans une même construction, des joints de tassements sont prévus.

Les principaux types sont :

• Fondations directes (semelles, radiers),
• Fondations sur puits,
• Fondations sur pieux,
• Fondations sur murs emboués.

3.2 Bulbe des pressions

Lorsqu’une charge [Formule] est appliquée uniformément sur une surface de largeur [Formule] et longueur [Formule], elle engendre des contraintes dans le sol qui se répartissent en profondeur suivant une forme appelée bulbe des pressions. Ces contraintes diminuent avec la profondeur et la distance au point de charge, provoquant des déformations du sol appelées tassements.

3.3 Profondeur des fondations : prise en compte du gel

Les fondations doivent être positionnées à une profondeur hors d’atteinte du gel, car le gel provoque des mouvements instables du sol (expansion, dégel, contraction).

La profondeur minimale est calculée empiriquement entre 5 et 8 cm par degré Celsius en dessous de [Formule]C.

Ces profondeurs s’appliquent également aux canalisations transportant des liquides.

4. Fondations Directes : Semelles et Maçonnerie

4.1 Semelles de fondation

Les semelles transmettent les charges de la superstructure vers le sol. Elles peuvent être non armées ou armées selon les contraintes.

Semelles non armées

• Transmettent les tensions de compression selon un angle d’environ [Formule] avec l’horizontale.
• Dimensionnées pour que la pression sur le sol soit inférieure à la résistance admissible.
• Si la hauteur devient trop importante, on opte pour une semelle armée ou une fondation profonde.

Semelles armées

• Ont des empattements larges par rapport à leur hauteur.
• Résistent à la flexion et au cisaillement.
• Permettent une meilleure répartition des charges et une réduction de matériaux.
• Profil économique avec hauteur décroissante si largeur > 1 m.

4.2 Fondations en maçonnerie

• Rarement utilisées, sauf pour murs de clôture.
• La maçonnerie située en dessous de la ligne d’angle de [Formule] ne participe pas à la résistance, surchargeant inutilement le sol.
• Pour grandes fondations, on réalise des empattements à gradins.
• Matériaux admis : briques pleines, blocs lourds en béton, pierre naturelle.
• Résistance à l’écrasement des pierres : [Formule].

4.3 Semelles en béton

Béton non armé

• Utilisé pour remplir rigoles ou tranchées.
• Permet une meilleure adaptation à la forme et une répartition complète des charges.
• Largeur [Formule] (en cm) d’une fondation continue calculée par :

[ L \times 100 = \frac{P}{p'} ]

où :

• [Formule] = poids total (mur + poids propre + surcharges) en kg,
• [Formule] = résistance admissible du sol en [Formule].

Béton armé

• Nécessaire quand la largeur dépasse la ligne d’angle de [Formule].
• Résiste à la flexion et au cisaillement.
• Profil avec hauteur décroissante plus économique si largeur > 1 m.

5. Fondations Profondes : Pieux et Puits

Lorsque le bon sol porteur est situé en profondeur, on utilise des fondations profondes.

5.1 Pieux préfabriqués

• Offrent souplesse de chantier et installations légères.
• Mise en œuvre par battage, ce qui serre le terrain et améliore ses qualités mécaniques.
• Limites : diamètre maximal ~80 cm, risque de rupture, blocages, battage parfois impossible.
• Matériaux : bois, béton armé, acier.

5.2 Pieux forés et tubés

• Permettent une meilleure reconnaissance des couches traversées.
• Contrôle précis du niveau d’arrêt, limitant les incertitudes.
• Moindre effet de serrage du terrain, avantageux pour sols sensibles.
• Dimensions importantes possibles (jusqu’à 150 cm de diamètre).
• Risque de malfaçon lors du bétonnage.
• Adaptés aux travaux délicats et milieux urbains.

5.3 Fondations sur puits (ou « faux puits »)

• Utilisées lorsque le bon sol est à une profondeur de 5 à 7 m maximum.
• Puits de grand diamètre creusés à la main ou avec tractopelle.
• Blindage des parois avec acier ou bois si nécessaire.
• Empattement ajouté à la base pour augmenter la surface portante sans accroître significativement le poids.
• Dimension minimale pour travail manuel : 1 mètre.
• Charge portante d’un puits de 1 m² : environ 100 tonnes (contrainte admissible [Formule]).
• Inadaptés aux faibles charges.

5.4 Synthèse des fondations profondes

[Diagramme]

Conclusion : Points Clés à Retenir

• La connaissance précise du terrain est indispensable : nature, épaisseur, position des couches, et capacité portante.
• La contrainte admissible du sol guide le dimensionnement des fondations.
• Les fondations directes conviennent aux sols porteurs proches de la surface, avec des semelles adaptées (non armées ou armées).
• La profondeur des fondations doit être hors gel pour éviter les mouvements de sol.
• Les fondations profondes (pieux, puits) sont nécessaires lorsque le sol porteur est en profondeur.
• Chaque type de fondation présente des avantages et limites liés au sol, aux charges et aux contraintes du chantier.

Cette fiche synthétise les fondamentaux des fondations en génie civil, alliant théorie, exemples pratiques, formules et illustrations pour une compréhension claire et complète.