La conception et la réalisation des fondations constituent une étape essentielle dans tout projet de construction. La stabilité, la sécurité, et la durabilité d’un bâtiment dépendent en grande partie du choix approprié et de la correcte exécution de ses fondations. C’est pourquoi il est crucial de maîtriser les principes, méthodes, et techniques pour dimensionner, concevoir, et réaliser des fondations adaptées aux conditions du site.
Ce guide détaillé vous propose un exercice corrigé illustrant toutes les étapes nécessaires pour construire des fondations solides, en intégrant les principes fondamentaux, la méthodologie à suivre, et les calculs techniques. Vous y trouverez également un exemple pratique pour mieux comprendre le processus et appliquer ces connaissances à vos futurs projets.
1. Contexte et compréhension de l’exercice
L’exercice porte sur la conception correcte des fondations pour un bâtiment résidentiel de type villa. La problématique consiste à déterminer le type de fondations le mieux adapté, à calculer leur dimensionnement, et à choisir les matériaux appropriés en tenant compte des caractéristiques du terrain, de la charge du bâtiment, et des contraintes environnementales.
Les données principales sont :
- La superficie au sol : 150 m².
- La charge totale estimée : 600 kN.
- La nature du sol : terrain silico-argileux, avec une résistance de 80 kPa.
- La profondeur de la nappe phréatique : à 2,5 m du niveau du sol.
- La zone climatique : temperée, sans risques importants d’inondation ou de gel.
L'objectif est de définir la fondation la plus adaptée, dimensionnée pour garantir la stabilité du bâtiment pendant toute sa durée de vie.
2. Analyse du terrain et choix du type de fondation
2.1 Étude géotechnique
La capacité portante du terrain est un critère essentiel. Dans cet exercice, la résistance ultime du sol est donnée comme 80 kPa, avec une résistance admissible de 25 kPa, en tenant compte des facteurs de sécurité.
Le type de fondation dépend essentiellement de la nature du terrain et de la charge. Sur un terrain silico-argileux de cette résistance, deux principaux types de fondations peuvent être considérés :
- Fondations superficielles : semelles isolées ou continues, pour des charges faibles à modérées.
- Fondations profondes : pieux ou groupes de pieux, pour des terrains faibles ou en présence de nappes phréatiques proches de la surface.
Vu la surface limitée et la résistance du sol, une semelle isolée semble suffisante, à condition que sa largeur permette une répartition optimale de la charge.
2.2 Vérification de la capacité portante
Le calcul de la charge admissible par mètre carré (m²) du sol est :
La charge totale du bâtiment :
La surface de la fondation doit alors respecter :
Pour une villa, une table pratique indique généralement une largeur minimale de 0,50 m à 1 m pour la semelle. La surface de la fondation pour un seul appui serait donc :
Supposons une largeur B de 0,60 m, la longueur L nécessaire est :
Ce qui est trop long pour une seule semelle. En pratique, la structure sera divisée en plusieurs éléments (semelles isolées sous chaque mur porteur). La charge par appui sera alors repartie, et chaque semelle pourra avoir une dimension adaptée.
3. Dimensions des fondations et choix des matériaux
3.1 Dimensionnement des semelles isolées
En pratique, pour une villa avec des charges typiques, chaque semelle sous un mur porteur supporte environ 20 à 30 kN/m. La largeur minimale B peut être prise comme 0,60 m, avec une épaisseur de 0,50 m, puis ajustée selon la vérification de la capacité portante et la stabilité.
Calcul de la charge parsemelle :
Supposons que la charge distribuée par mur porteur est de 15 kN/m. La surface de la semelle doit alors supporter cette charge répartie.
Les vérifications principales sont :
- La capacité portante ultime du sol.
- La stabilité en renversement.
- La stabilité en glissement.
- La stabilité en tassement excessif.
3.2 Choix des matériaux
Les matériaux couramment utilisés pour les fondations sont :
- Le béton armé : pour sa résistance, sa durabilité, et sa capacité à supporter les efforts.
- Le coffrage en bois ou en métal selon la volumétrie.
Les valeurs de résistance typiques pour le béton sont :
- Résistance à la compression : 25 MPa (standard), parfois 30 MPa pour des constructions plus robustes.
- Torsion, flexion : adaptée selon la conception.
4. Calculs détaillés pour la conception
4.1 Vérification de la capacité portante
La capacité portante ultime (qu’on doit diviser par un facteur de sécurité) doit couvrir la charge admissible de la semelle. Si on prend une résistance du sol de 80 kPa, on peut utiliser la formule :
où :
- : cohésion (supposée faible ou nulle pour ce type de sol),
- : surcharge verticale,
- : angle de frottement interne.
Pour simplifier, la capacité portante résiduelle est essentiellement la résistance admissible donnée (25 kPa). La semelle doit donc être dimensionnée pour ne pas dépasser cette limite.
4.2 Calcul de l’épaisseur de la semelle
En pratique, une épaisseur d’au moins 0,50 m est recommandée pour assurer la stabilité et l’intégrité du béton. La largeur B doit être ajustée pour sécuriser la capacité portante et respecter les normes de construction.
4.3 Vérification des autres critères de stabilité
- Renversement : la semelle doit avoir une largeur suffisante pour ne pas basculer sous la poussée latérale ou la surcharge.
- Tassement : doit rester dans des limites admissibles pour éviter des déformations indésirables.
5. Mise en œuvre et contrôle
5.1 Étapes de mise en œuvre
- Préparation du terrain : défrichage, nivellement, compactage.
- Mise en place des coffrages : conformément aux dimensions calculées.
- Coulage du béton : avec un contrôle de la qualité du béton (résistance, cure).
- Cure et démoulage : pour assurer la durabilité.
5.2 Contrôles et vérifications
Après la construction, des essais de résistance du béton, et des vérifications dimensionnelles sont réalisés pour garantir que la fondation respecte les normes et prescriptions techniques.
7. Télécharger le document complet
Découvrez notre guide complet avec un exercice corrigé sur la construction des fondations. Apprenez étape par étape à concevoir et dimensionner des fondations solides, adaptées aux différents types de sols. Ce guide vous offre une approche claire pour comprendre tous les aspects essentiels, du choix du type de fondation aux calculs précis, en passant par la sélection des matériaux et les techniques de mise en œuvre. Idéal pour les professionnels et étudiants en génie civil, ce document vous accompagne dans la réalisation de constructions durables et sécurisées. Téléchargez notre guide complet pour maîtriser toutes les étapes de l’exercice corrigé sur la construction des fondations.Pour approfondir votre compréhension et accéder à un exemple pratique détaillé, téléchargez le PDF complet :
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6. Conclusion
La conception des fondations demande une approche rigoureuse, basée sur une compréhension fine des caractéristiques du sol, et des charges à supporter. La sélection du type de fondation, son dimensionnement, et la qualité des matériaux employés sont des éléments clés pour assurer la stabilité et la pérennité du bâtiment.
Ce guide illustré par cet exercice corrigé montre comment maîtriser chaque étape, depuis la lecture des données du terrain jusqu’au choix final des caractéristiques techniques des fondations.