Ingénierie des fondations: signification et types de fondations
De nombreuses structures telles que des barrages, des ponts, des bâtiments, des routes, etc. sont construites par des ingénieurs civils pour répondre à nos diverses exigences. Toutes ces structures sont hors sol et sont visibles. Celles-ci sont appelées superstructures. Les structures appliquent une charge sur le sol sur lequel elles reposent. Si les superstructures sont placées directement sur le sol, le sol devient trop sollicité et ne pourra pas les supporter en toute sécurité. Pour transférer en toute sécurité la charge de la structure sur le sol, une partie de la structure est placée sous le sol.
Cette partie de la structure s'appelle sous-structure. La sous-structure est généralement appelée fondation. Ainsi, les éléments structurels qui relient les ponts, les bâtiments, etc. au sol sont appelés fondations. La fondation de toute structure est très importante car la sécurité et la fiabilité de la structure dépendent de la fondation.
Les charges d’une structure sont transmises de la superstructure à la sous-structure, c’est-à-dire les fondations par des colonnes ou des murs. La fondation répartit la charge sur le sol de manière à ce que celui-ci puisse supporter la charge, comme indiqué à la figure 11.1.
Types de fondations:
Les fondations sont classées en deux catégories:
(i) fondations peu profondes et
ii) Fondations profondes
Fondations peu profondes:
Les fondations peu profondes sont celles qui transmettent les charges au sol à faible profondeur. Une fondation peu profonde est fournie lorsque le sol à faible profondeur est suffisamment solide pour supporter la charge susceptible de lui être appliquée. Pour les fondations peu profondes, le rapport entre la profondeur des fondations, D et la largeur de la fondation, B est égal ou inférieur à 1. La semelle et le tapis sont des fondations peu profondes.
Pour les fondations peu profondes.
Les fondations profondes sont celles qui font passer la charge dans un sol plus profond. Des fondations profondes sont nécessaires lorsque le sol à faible profondeur est incapable de supporter une structure et qu'une couche dure est disponible à une plus grande profondeur. Pour les fondations profondes, le rapport entre la profondeur de la fondation et la largeur de la fondation est supérieur à 1. Les pieux et les caissons sont des fondations profondes.
Pour des fondations profondes
D / B> 1
Types de fondations peu profondes
Les fondations superficielles sont des types suivants:
(i) pied de propagation
(ii) pied de courroie
(iii) pied combiné
(iv) Tapis ou pied de radeau
(v) Assise continue.
(i) Étendre pied:
On l'appelle aussi pied de colonne individuel. Il s’agit du type de fondation le plus courant. Il peut être de forme carrée, rectangulaire ou circulaire. Il a souvent la forme de la colonne. Il est en béton armé. C'est ce qu'on appelle une semelle étendue car elle répartit la charge structurelle sur une certaine surface de sol. La figure 11.4 montre les semelles étalées.
ii) la semelle de la sangle:
Si les semelles écartées isolées de deux colonnes sont reliées par une poutre, on parle de semelle à sangle et la poutre est appelée poutre à sangle. La poutre de courroie ne transfère aucune charge au sol car elle n'est pas en contact avec le sol. La figure 11.5 montre un pied de sangle.
(iii) pied combiné:
Une semelle étendue qui supporte deux colonnes ou plus est appelée semelle combinée. Une base combinée est généralement construite lorsque deux ou trois colonnes sont situées très proches les unes des autres. La forme de la semelle combinée peut être rectangulaire si les deux colonnes supportent des charges égales ou peut être trapézoïdale si elles supportent des charges différentes. La figure 11.6 montre la semelle combinée.
iv) Assise continue:
Il est également connu sous le nom de pied de bande. Une base continue est fournie pour un mur porteur. La semelle continue est faite de briques. La longueur de la semelle continue est généralement beaucoup plus grande que la largeur de la semelle.
v) Tapis ou pied de radeau:
Une semelle mate est un type de semelle combinée qui couvre la totalité de la surface sous une structure et supporte tous les murs et les colonnes. Il est généralement plus économique de mal Un tapis est structurellement rigide et, lorsqu’il se fixe, il s’installe uniformément en tant qu’entité monolithique. Il réduit ainsi le potentiel de règlement différentiel. Les tapis sont généralement utilisés lorsque les conditions de sol sont très irrégulières et que les structures sont trop lourdes pour ne pas être épargnées.
Facteurs affectant la profondeur de la fondation peu profonde:
Les facteurs suivants affectent la profondeur de la fondation peu profonde:
(i) Épaisseur de la couche supérieure:
Si la fondation doit être construite dans un sol contenant un bon pourcentage de matière végétale et organique en décomposition, elle doit être placée sous l'épaisseur de cette matière organique. Comme ce type de sols organiques subit un changement de volume considérable lors de l'application d'une charge externe.
ii) gel du sol:
Dans les régions où la température de l'air est inférieure à 0 ° C pendant de longues périodes, la température du sol tombe à un niveau comparable et l'eau qui coule se transforme en glace. C'est ce qu'on appelle le gel du sol. Le gel du sol a des impacts significatifs sur les fondations construites sur de tels sols en raison du soulèvement dû au gel, dans lequel il existe un mouvement ascendant du sol en raison de la formation de glace souterraine, appelée lentille de glace. Dans ces régions, les fondations devraient être situées sous la profondeur de pénétration du gel afin d'éviter d'endommager les structures.
(iii) Profondeur de changement de volume:
Certains sols subissent des changements de volume dus au mouillage et au séchage alternés, comme le sol de coton noir. Dans un tel sol, la fondation devrait être située au-dessous de la zone de changement de volume. La zone de changement de volume varie de 1, 2 à 3, 5 m pour un sol de coton noir.
Le tableau 11.1 donne une idée pour évaluer la sensibilité des sols au changement de volume:
iv) Profondeur de l'affouillement:
Pour les ouvrages adjacents à des rivières ou à des cours d'eau, soumis à l'action abrasive de l'eau, il convient de garder à l'esprit la profondeur de l'affouillement pour l'emplacement des fondations. La profondeur de ces fondations devrait être bien inférieure à la profondeur d'affouillement potentielle.
En Inde, la formule de Lacey est utilisée pour déterminer la profondeur normale de l'affouillement
D L = 0, 47 (Q / F) 1/3
où D L = profondeur de l'affouillement normal
Q = débit total en m 3 / sec
f - facteur de limon = 1, 76 µm
m = diamètre moyen pondéré des particules en mm.
La profondeur totale de l'affouillement est déterminée à l'aide de la corrélation suggérée par différents chercheurs.
Le tableau 11.2 présente les recommandations de Seth concernant l'affouillement total:
v) Niveau des eaux souterraines:
Dans la mesure du possible, des fondations peu profondes sont placées au-dessus du niveau de la nappe phréatique pour éviter les difficultés de construction et empêcher les forces de soulèvement d'agir sur les fondations. En plaçant les fondations au-dessus du niveau de la nappe phréatique, les exigences d'étanchéité à l'eau peuvent également être évitées.
vi) Services souterrains et défauts:
Les services publics souterrains tels que les conduites d'alimentation en eau, les lignes de séparation, etc., doivent être pris en compte lors du choix de la profondeur de la fondation. Les défauts souterrains tels que cavités, mines abandonnées, etc. doivent également être pris en compte lors de la planification de l'emplacement des fondations. La fondation ne doit pas être située sur des installations souterraines et des défauts.
(vii) Ligne de propriété et structures adjacentes:
Si une construction doit être faite près d'une limite de propriété adjacente, les fondations doivent être situées de manière à ne pas s'étendre dans la limite de propriété adjacente pour éviter les conflits juridiques. Si une nouvelle fondation doit être posée à proximité d'une structure existante, le bord inférieur de la fondation proche doit se trouver à la distance minimale «S» des anciennes fondations, où S est la plus grande des deux largeurs. La profondeur de la nouvelle fondation doit être telle que la ligne tracée à partir du bord inférieur de l'ancienne fondation (à 30 ° pour un sol moyen et à 45 ° pour un sol meuble) ne doit pas croiser le bord inférieur de la nouvelle fondation, comme indiqué à la figure 11.10.
(viii) terrain en pente:
Lorsque la fondation doit être située sur un sol en pente, la profondeur de la fondation doit être telle qu’une ligne tirée du bord inférieur de la fondation avec un angle de 30 ° et une distance horizontale de 90 cm ne doit pas se croiser, comme indiqué sur la figure 11.11.
(ix) Fondations à différents niveaux:
Dans les situations où les bases des fondations d'une structure sont à des niveaux différents, BIS formule les recommandations suivantes:
(a) Pour une semelle dans un sol granuleux, une ligne tracée entre les bords adjacents inférieurs des fondations adjacentes ne doit pas avoir une pente supérieure à 2 H: 1 V, comme indiqué à la figure 11.12.
(a) Pour les semelles dans des sols argileux, une ligne tracée entre le bord inférieur adjacent de la semelle supérieure et le bord supérieur adjacent de la semelle inférieure ne doit pas avoir une pente plus raide que 2H: 1 V, comme indiqué à la figure 11.13.
Types de fondations profondes:
Les fondations profondes sont de types différents selon le mécanisme à partir duquel ces fondations tirent leur capacité portante, leur forme et leur matériau:
(i) fondation sur pieux
ii) fondation de la jetée
(iii) Fondation de puits ou de cassion.
(i) fondation sur pieux:
Les fondations sur pieux sont un élément structurel long et mince qui transfère la charge de la structure à une couche ferme à une profondeur considérable sous la surface du sol.
ii) fondation de la jetée:
Les piles sont des pieux de grand diamètre qui répartissent la charge de la structure sur toute la profondeur des sols dans lesquels elle se trouve.
(iii) Fondation de puits ou de cassion:
Le puits ou cassion est une boîte creuse ou un puits de grande taille qui est profondément enfoncé dans le sol pour supporter de lourdes charges. La capacité de charge de cette fondation est très grande. Il transfère la charge de la structure sur le sol par frottement des paliers et de la peau. De telles fondations sont généralement utilisées dans les ponts.
