Unefondation se définit comme la partie d'unbâtiment ou d'un ouvrage detravaux publics qui assure la transmission dans lesol des charges (poids propre, forces climatiques, sismiques et charges d'exploitation) de celui-ci.
Les fondations d’un bâtiment représentent un enjeu essentiel de sa construction, car elles forment la partie structurelle qui assure sa portance et permet de contrôler lestassements dus aux charges qu'il applique au sol et les infiltrations dues à la présence éventuelle d'eau dans le terrain.
Suivant la capacité portante du sol, l'environnement de l'ouvrage à fonder, lesforces mises en jeu et les tassements admissibles, le constructeur choisira une solution du type fondation superficielle, semi-profonde ou profonde, qui diffèrent par leur niveau de fondation, leur géométrie et leur fonctionnement.
La fondation est la partie inférieure du bâtiment qui a pour but de supporter les charges et les surcharges d'un bâtiment et de le transmettre dans le bon sol.
Carte deFrance déterminant la profondeur minimale des fondations à une altitude de 150 m.
Les fondations varient selon la qualité du sol sur lequel le bâtiment doit être implanté, ainsi que selon la nature et la taille du bâtiment. Il est fortement recommandé que ce sol soit de bonne portance et peu sujet au tassement.
L'ingénieur chargé de l'étude des sols est un ingénieurgéotechnicien. À partir d'un rapport géotechnique, il peut déterminer le type de fondation ou les renforcements de sol nécessaires et le niveau d'assise d'un ouvrage adapté au terrain en place.
Selon la hauteur d'encastrementD, 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 baseB, on peut définir les fondations comme étant :
superficielles si le rapport encastrement/largeur de la baseD/B < 4 ;
profondes si le rapportD/B ≥ 10 ;
semi-profondes si 4 ≤D/B < 10.
Note : siD/B augmente, le prix de la réalisation (le coût) augmente aussi.
Maçon travaillant à la fondation d'une maison.
Historiquement, le dimensionnement des fondations en France devait respecter la norme française DTU 13.12 qui impose un dimensionnement aux états-limites (ELU etELS). Actuellement, ces études sont faites conformément aux règles de l'Eurocode 7 (norme NF EN 1997-1) et ses annexes nationales (NF EN 1997-1/NA). Pour les fondations superficielles, lanorme NF P 94-261 est la norme d'application nationale de l'Eurocode 7 pour les fondations superficielles. Dans le cas des fondations profondes, lanorme NF P 94-262 est la norme d'application nationale de l'Eurocode 7 pour les fondations profondes.
Lorsque l’on définit les situations de calcul et les états-limites, il convient de considérer les facteurs suivants :
les conditions du site en termes de stabilité globale et de mouvements du sol ;
la nature et la taille de la structure et de ses éléments, y compris des exigences spéciales comme la durée de vie de calcul ;
les conditions relatives au voisinage du projet (par exemple, structures avoisinantes, circulation, réseaux divers, végétation, produits chimiques dangereux) ;
les conditions de terrain ;
l’état des eaux souterraines ;
la sismicité régionale ;
l’influence de l’environnement (hydrologie, eaux superficielles, affaissements et subsidence, variations saisonnières de la température et de l’humidité).
Par ailleurs, les cycles de gel-dégel peuvent déstructurer le sol d’assise des semelles de fondation et c’est pourquoi il est impératif de construire les fondations à une profondeur « hors-gel » suffisante. Cette profondeur varie en fonction de la région à laquelle appartient la construction ainsi que de son altitude. La carte ci-contre indique en mètres la profondeur à respecter en France pour atteindre un niveau hors-gel pour une altitude entre 0 et 150 m. Pour chaque 200 m supplémentaires, on ajoute 5 cm à la valeur lue.
Selon la capacité portante du sol, les forces mises en jeu et les tassements admissibles, trois types de fondations sont envisageables : superficielle, semi-profonde et profonde.
Les fondations superficielles[1] forment un type d'assise pouvant être mise en place sur des sols de bonne portance, c'est-à-dire capables de reprendre les charges du bâtiment en entraînant un tassement minimum[2]. Leur simplicité de réalisation et leur faible coût font de ce type de fondation les structures les plus courantes.
Selon la structure qu'elles supportent, lesfondations superficielles peuvent porter différents noms :
Plots de fondation ousemelles isolées, si elles se trouvent sous unpilier ou unpoteau ;
semelles filantes ou linéaires, si elles supportent unvoile ou unmur ;
radier, si elles forment unedalle posée sur le sol (par exemple comme plancher de sous-sol).
Le niveau de sol sur lequel reposent les fondations superficielles est appelé « niveau d'assise », « fond de coffre » ou encore « fond defouille ».
Différentes étapes sont nécessaires à la création de fondations superficielles[3] :
les premières opérations devraient consister en 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 legéomètre et/ou lechef de chantier ;
le creusement des fouilles : dans le cas desemelles filantes, elles sont effectuées en rigole (moins de deux mètres de largeur sur moins d'un mètre de profondeur) ;
Lorsque la capacité portante du fond de coffre n'est pas homogène, la mise en œuvre d'unradier général sera une alternative économique aux fondations semi-profondes et profondes.
Les fondations profondes et semi-profondes sont des structures permettant de fonder un bâtiment en profondeur lorsque la couche superficielle de sol n'est pas suffisamment résistante pour employer des fondations superficielles : la reprise des charges se fait alors par la résistance du sol sous la base de la fondation (portance) à laquelle s’ajoutent lesfrottements latéraux exercés par le sol sur la fondation (résistance à l’enfoncement). Un exemple simple de ce phénomène est un parasol installé dans le sable : la résistance du sol augmente au fur et à mesure que le tube s’enfonce.
L’interaction entre la fondation et le sol fait alors intervenir la notion de « profondeur critique[4] » : au-delà de cette profondeur, la résistance sous la base de la fondation n’augmente plus, et la longueur de la fondation profonde devient alors le critère déterminant de son dimensionnement. C’est le cas des fondations profondes, généralement appliquées dans le cas d'un sol stable à une profondeur supérieure à 6–8 m.
Il existe de nombreux types de fondations profondes, qui diffèrent par leur mode d’installation et de fonctionnement. Les plus courants sont lesfondations en pieux qui peuvent êtrebattus, foncés ouforés (avec ou sans refoulement du sol). La technique de laparoi moulée est également très répandue, en particulier lors de la construction de fouilles (parking souterrains,tranchée couverte…), où elle possède également un rôle deparoi de soutènement.
Ce type de fondation peut être utilisée 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 » (unbéton grossier dosé à environ 200 kg deciment/m3). Bien souvent, ces puits peuvent être creusés à lapelle mécanique hydraulique, permettant ainsi à l'entreprise chargée de la réalisation dugros 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 etlongrines préfabriquées. Dans ce cas, les longrines sont posées sur les plots ainsi créés et permettent de supporter le poids des murs. Elles se rejoignent au niveau de nœuds (clavetages).
En plus leur simplicité d’exécution, les fondations semi-profondes présentent aussi l'avantage de se prémunir contre le phénomène de gel et de dégel des sols.
Les techniques de renforcement des sols ont pour objectif d’améliorerin situ les caractéristiques d’un sol peu résistant afin de permettre l’emploi de fondations superficielles et ainsi éviter l'utilisation de fondations profondes ou semi-profondes.
Fondation antisismique découplée parisolement bas[6] : appui sur galets caoutchouc en tête de fondation, Municipal Office Building, ville deGlendale, CA.
Les mouvements transversaux du sol lors d'unséisme peuvent créer des efforts decisaillements très importants entre les fondations et l'ossature du bâtiment. Au lieu d'opter pour des fondations très résistantes et donc très onéreuses, l’ingénierie parasismique cherche plutôt à diminuer les interactions sol-structure en employant des matériaux qui amortissent les vibrations (isolement bas) : galets encaoutchouc, appuis néoprène (empilement de feuillets denéoprène et de plaques d'acier), etc.
Des techniques de renforcement des sols permettent également de prévenir les phénomènes deliquéfaction du sol qui peuvent survenir lors d'un séisme. Il faut néanmoins faire attention aumur porteur.
Émile Malézieux, « Les fondations à l'air comprimé »,Annales des ponts et chaussées. Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur,1er semestre 1874,p. 329-402 etplanche 4(lire en ligne).
