27 – Importance d’une bonne étude de sol

Importance d’une bonne étude de sol et protocole d’étude géotechnique

Les fondations destinées aux bâtiments et aux ouvrages d’art doivent faire l’objet d’une attention particulière si l’on veut éviter des vices de construction causant la perte partielle ou totale de l’ouvrage ou pour éviter son tassement total et différentiel entrainant des dommages à la structure. Par ailleurs, les mauvaises fondations d’un bâtiment causent souvent plus d’inquiétude et de peur aux propriétaires que toute autre déficience dans la construction. Il n’est pas rare, surtout aujourd’hui avec la multiplication de médias d’information diffusant à grande échelle les histoires de cas des maisons lézardées, que la simple apparition de fissures fines sur les murs de fondation ou la dalle de plancher d’une résidence entraine l’inquiétude du propriétaire, exigeant une expertise pour déterminer la cause de fissures observées. La précaution essentielle pour éviter de telle situation est de réaliser une bonne étude de sol avant la construction de tout ouvrage.

Cas de rupture de fondation

Selon Crawford (1962), il est généralement tout aussi facile d’établir une bonne fondation qu’une mauvaise; il suffit de bien connaître les sols sur lesquels est bâti une construction. Selon Crawford (1964), dans les zones urbaines, on ne tient guère compte des conditions du sol lorsqu’on choisit un emplacement de construction; on se contente de choisir un terrain de prix raisonnable. Pourtant, de mauvaises conditions de sol détectées à la dernière minute peuvent majorer considérablement les coûts de construction des fondations. Afin d’éviter de telles surprises, il est indispensable de faire réaliser, avant la construction, une bonne étude de sol par un ingénieur géotechnicien.

 

Selon Crawford (1962), le choix des fondations doit tenir compte des éléments suivants :

  1. Choix de l’emplacement. Dans le choix d’emplacement d’un site, on doit tenir compte des critères suivants:

a)                        Éviter les zones inondables;

b)                        Éviter les zones de mouvement de sol et d’instabilité de pente;

c)                        Drainage des eaux de surface;

d)                        Drainage des eaux souterraines;

e)                        Éviter les terrains remblayés de façon non contrôlée;

f)                         Tenir compte du comportement observé des bâtiments existants.

  1. Consultation des documents existants (cartes de sol, carte géologique, carte topographique, photo-aérienne, etc.);
  2. Identification des sols de fondation selon une méthode reconnue, comme décrit dans Guide d’identification sur place des sols pour les besoins de l’ingénieur (CNRC, 1958);
  3. Propriétés des sols de fondation (résistance au cisaillement, compressibilité, perméabilité, etc..) au moyen d’échantillonnage et essais de laboratoire ou in-situ;
  4. Choix du type de fondation en fonction de la capacité portante des sols de fondation, des charges structurales, des conditions de la nappe phréatique et des considérations et des tassements prévisibles et acceptables.

La stabilité générale et le comportement en service d’une construction dépend de la stabilité et du tassement de ses fondations. C’est ainsi que le souci de tout constructeur est de bâtir sur un bon sol. La plupart des grandes réalisations de l’Antiquité ont été détruites par les guerres ou les tremblements de terre s’ils n’avaient été bâtis sur un bon sol. Celles qui sont restées intactes jusqu’à nous, témoignent sans doute du fait qu’elles ont été bien construites et en particulier, solidement fondés sur du bon sol. Les maîtres d’œuvre de ces époques avaient généralement le libre choix du site sur lequel il fallait construire. Ils éliminaient, autant que possibles les terrains bas, marécageux et mous et optait de préférence sur les terrains dominants et rocheux. De plus, les grands édifices, en particulier ceux du culte, étaient fréquemment implantés en lieu et place d’un bâtiment ancien que l’on démolissait jusqu’aux fondations; lesquelles avaient fait la preuve de sa solidité. Lorsque l’on devait construire sur un site nouveau, la recherche du bon sol s’appuyait généralement sur l’observation et l’expérience.

Apparemment, le premier code de construction, faisant référence à la bonne tenu d’une construction est le code de Hammurabi, roi de Babylone entre 1728 et 1686 B.C. En Babylone, les silts des plaines d’Euphrate ont été à l’origine de problèmes de fondation, mettant en danger la stabilité des constructions bâtis sur ces silts. Les peines prescrites dans les textes législatifs mésopotamiens sont proportionnelles au délit, reflétant la gravité que les fautes décrites avaient aux yeux des anciens Babyloniens.

Dans les civilisations anciennes, la terre est connue comme étant la mer qui nourrit l’humanité. C’est ainsi que la cérémonie de construction d’un édifice était en quelques sorte très solennelle et mystique, Kérisel (1985).

Les Grecs accordaient des propriétés surnaturelles aux roches et aux minéraux.

Lorsque l’on devait absolument construire sur des mauvais sols, on a dû inventer des techniques d’amélioration des sols en place. Au Pays-Bas, la technique habituelle consistait à charger le site, plusieurs années à l’avance, par un remblai. Lorsque le tassement était fini, on construisait sur le site ainsi amélioré. A Venise, dans les terrains silteux de la lagune, on a utilisé des pieux jointifs en bois pour construire des caissons sur lequel on bâtissait les bâtiments.

Parmi les ingénieurs qui ont su apprécier l’importance de fondation pour une construction, il y a, sans doute, lieu de mentionner l’ingénieur G. Eiffel, qui a conçu et surveillé la construction de la Tour Eiffel. Cependant, la tour Eiffel doit sa solidité, entre autres, à celle de ses fondations pour lesquelles Eiffel a dû utiliser beaucoup d’ingéniosité.

Figure 3: Coupe de sol de fondation de la Tour Eiffel

 

Figure 4: Emplacements des quatre piles de fondation de la Tour Eiffel, 1, 2, 3 et 4 ou Est, Sud, Nord et Ouest

 

Figure 5: Plan de fondation d’un pilier

 

Figure 6: Coupe des piliers d’un montant de la Tour Eiffel faisant voir le système d’ancrage dans les fondations

Selon Briaud (2013), la pression nette appliquée par chacune des fondations de la Tour Eiffel est de ±95 kPa, comparativement à 357 kPa pour la pression brute des fondations.  A titre de comparaison, la pression nette appliquée par la Tour de Pise au niveau de l’assise de sa fondation est d’environ 500 kPa (Briaud, 2013). Pour l’histoire de la tour de Pise, voir notre rubrique à ce sujet.

Parmi les projets notables qui ont été affectés par les mauvais sols, il y a lieu de noter : Tour penchée de Pise, monuments de Washington, Maison blanche, Canal de Panama.

Tout ouvrage construit par l’homme est fondé sur le sol ou le roc ou construit à partir de sol ou de roc (figure). Le sol est un matériau naturel, tri-phasique, ses propriétés varient d’un point à l’autre, contrairement aux matériaux fabriqués par l’homme, et dans le temps. L’homme ne contrôle pas les propriétés des sols, il faut donc adapter la construction aux sols et non pas l’inverse; Les propriétés des sols sont prédéterminées par la géologie du site et elles sont hors de contrôle de l’homme. Les propriétés des sols et de la nappe peuvent être très différentes d’un point à l’autre. La construction des fondations est la première étape. En cas de problèmes de fondation, on assiste à des retards de projets et à une augmentation importante du coût du projet. D’où la nécessité d’une bonne étude de sol. Le coût des travaux imprévus dus aux sols est très important. Les imprévus peuvent mettre en péril un projet.

Les conditions de sol d’un site pour un projet de construction doivent être étudiées avant que la construction ne commence et avant l’obtention du permis de construction. Les objectifs d’une étude géotechnique sont :

  1. Fournir des informations géotechniques sur les conditions des sols et du roc au propriétaire ou acheteur afin d’assurer la sécurité structurale de la construction projetée ainsi que la sécurité financière du projet ;
  2. Fournir des données géotechniques pour la conception des fondations et des excavations;
  3. Fournir des informations afin d’assurer les autorités publiques de la sécurité du publique et des constructions avoisinantes au site ;
  4. Fournir des informations aux autorités financières pour la faisabilité économique et la gestion de risque du projet ;
  5. Fournir des informations aux entrepreneurs pour la soumission et la construction.

Les facteurs géotechniques et géologiques ont souvent étés la cause principale de perte de temps et perte économique pour certains projets de construction donnant lieux à des litiges devant les tribunaux. L’approche traditionnelle de gestion de risque géotechnique a été de réaliser une étude géotechnique exhaustive avec un personnel compétent pour adapter le projet aux conditions prévisibles du site. Cependant, on plaint souvent, à cause de la forte compétition, que le coût des études géotechniques n’est pas assez élevé pour permettre une étude suffisante des conditions géotechniques d’un site donné. Par ailleurs, avec le progrès technique et l’application des normes de construction et d’essai, on est obligé à réaliser des études géotechniques de plus en plus exigeant. Cependant, la pratique actuelle démontre que la tendance de ces dernières années était de réaliser des trous de forages et non pas étude géotechnique. De plus, avec l’augmentation de plus en plus accrue des développements urbains, on est à amener à construire sur des sols de qualité médiocre, ce qui augmente le risque géotechnique. Compte tenu de ces circonstances, des nouvelles approches d’étude de risque géotechnique sont proposées. Une étude géotechnique doit être réalisée par un ingénieur compétent et informé en géotechnique.

Une étude géotechnique peut se faire en quatre étapes comme suit :

  1. Étude géotechnique préliminaire incluant les données existantes et publiées sur le site et les données de sondages et essais de laboratoire ou in-situ réalisés ;
  2. Étude géotechnique afin d’obtenir des informations géotechniques en fonction des exigences de concepteur ou pour la préparation des documents de soumission ;
  3. Vérification géotechnique durant la construction pour s’ajuster aux nouvelles données du site ou du projet ;
  4. Suivi géotechnique à long terme du comportement des fondations et de la construction.

Différentes approches d’étude de sol:

Le coefficient de sécurité choisi dans une étude de sol; représente le degré d’ignorance et d’incertitude de l’ingénieur sur les propriétés des sols. Une étude géotechnique adéquate est toujours économique pour un projet. Elle permet de réduire les imprévus et d’éviter le surdimensionnement des fondations. L’objectif de Fondasol n’est pas de réaliser des études géotechniques économiques, mais plutôt des études géotechniques conformes aux règles de l’art actuel dans le domaine de fondation, ce qui constitue un défit important.


Coût d’une étude de sol:

La compétition et d’autres facteurs ont fait en sorte que l’étude de sol se résume en la réalisation de quelques trous à meilleur prix possible, ce qui n’est pas aceptable. La qualité d’une étude de sol est fonction du coût alloué à l’étude et de la compétence du responsable d’étude de sol. Ce qui différencie une bonne étude géotechnique d’une étude déficiente est l’interprétation des données géotechniques  obtenues. Aucune étude géotechnique ne peut être considérée comme complète;

Les damages reliés aux problèmes de sol ont tendance à augmenter pour les raisons suivantes:

  1. Urbanisation dans des secteurs problématiques et zones de contrainte;
  2. Déboisement des zones propices aux glissements de terrains;
  3. Changement climatique et augmentation de précipitation régionale;
  4. Rareté de bons terrains et recours aux terrains de qualité médiocre;
  5. Urbanisation des secteurs remblayés, sols de faible C.P, nappe élevée, …
  6. 70 % de la partie habitée du Québec est couverte d’argile. Cependant, à cause de la méconnaissance du comportement d’argile et de l’absence de conception géotechnique, la tendance actuelle est d’opter pour des fondations en pieux sans effectuer une analyse rigoureuse en géotechnique, ce qui est coûteux pour l’économie du Québec.

 

Selon Harding (1949), le coût d’une étude géotechnique moyenne était d’environ 1 à 2 % du coût du projet.

Tout rapport géotechnique doit comporter les informations suivantes :

  1. 1.    Données factuelles (localisation des sondages, rapports des forages et sondages, niveau d’eau de la nappe phréatique, résultats des essais de laboratoire et in-situ, etc.);
  2. 2.    Données non-factuelles interprétées (stratigraphie des sols entre les échantillons du même sondage ou forage, stratigraphie des sols entre les forages, propriétés physiques et mécaniques des sols utilisées pour les calculs);
  3. 3.    Opinions professionnelles informées basées sur l’interprétation des données géotechniques obtenues concernant l’objet du mandat de l’étude géotechnique. Ces opinions peuvent être sur les sujets suivants en fonction du mandat de l’étude géotechnique :
    1. Excavabilité des sols ou du roc;
    2. Débit d’eau vers une excavation;
    3. Stabilité du fond d’excavation (capacité portante des sols d’excavation);
    4. Capacité portante admissible et capacité géotechnique des sols ou du roc de fondation;
    5. Tassement des sols de fondation suite aux charges apportées par les semelles de fondation projetées;
    6. Choix de type de fondation (semelles conventionnelles, radier, pieux);
    7. Type de pieux suggérés en cas de pieux;
    8. Techniques d’amélioration des sols en place;
    9. Méthodes de soutènement des excavations;
    10. Méthode de drainage;
    11. Conception de chaussée;
    12. Conception des surfaces pavées;
    13. m.   Interaction des travaux projetés sur les immeubles existants.

 

Le document « Normes recommandées pour la présentation de données géotechniques dans les contrats de construction (Association canadienne de la construction et Association des ingénieurs-conseils du Canada, 1993), passe en revue les informations géotechniques que doivent contenir les différentes catégories des rapports géotechniques pour l’industrie de construction. Selon ce document, les trois objectifs principaux de toute étude géotechnique doivent être:

  1. Obtenir les données requises sur le sol, le socle rocheux et l’eau souterraine en vue de la conception de fondations, d’infrastructures, de chaussées, de tunnels et d’autres ouvrages selon les codes de bonne pratique reconnus, en fonction de norme de durabilité, d’économie et d’environnement;
  2. Obtenir des données suffisantes sur les conditions souterraines pour que les concepteurs, les propriétaires et les entrepreneurs puissent évaluer, de manière réaliser, les difficultés et les coûts de construction des ouvrages souterrains;
  3. Obtenir des données sur les conditions souterraines pour des motifs spécifiques non reliés à la construction d’ouvrages. Les études de faisabilité et d’environnement sont des exemples types de ce genre de données.

Sources de litige des études géotechniques:

  1. Nombre de forage et de sondage insuffisants;
  2. Profondeur des forages, insuffisante;
  3. Type de sondage inapproprié (pen test);
  4. Forage ou sondage mal positionné;
  5. Description erronée des sols à cause de l’absence d’essais de laboratoire;
  6. Absence d’interprétation ou erreur d’interprétation des essais de laboratoire;
  7. Absence de calcul ou erreur de calcul avec des paramètres non justifiés;
  8. Utilisation des relations empiriques non valables pour le sol;
  9. Rapport mal rédigé ou objectif ambigüe (exemple : bonne capacité portante au lieu de chiffrer la capacité portante);
  10. Absence de suivi ou manque de coordination avec le client ou ses consultants;
  11. Niveau de la nappe phréatique (manque de piézomètre ou mal installé);
  12. Emplacement de projet déplacé avec un rapport non actualisé;
  13. Manque de jugement ou d’expérience géotechnique;
  14. Méthodes de forages incompatibles avec les sols ou la nappe souterraine en place;
  15. Ingérence d’une tierce personne  au sein de l’entreprise;
  16. Absence de visite des lieux par l’ingénieur de projet;
  17. Absence d’étude des documents existants (carte de sol, géologie, etc.)
  18. Présence de till pierreux non divulgué par l’étude de sol;
  19.  Erreur sur la profondeur de roc


Protocole d’étude géotechnique suivi par Fondasol

  1. Consultations des documents existants (carte topographique, cartes de sol, carte géologique, photo-aérienne, données géotechniques disponibles (municipalité, revues géotechniques, etc..);
  2. Visite des lieux par l’ingénieur de projet pour observer l’environnement du site, l’état de site et l’état des bâtiments ou ouvrages existants;
  3. Proposition écrite avec le programme géotechnique proposé;
  4. Réalisation des sondages par un personnel technique compétent et par une équipe de forage compétente. C’est à l’ingénieur de choisir la méthode de forage compatible avec les conditions des sols et de la nappe phréatique;
  5. Choix de nombre de piézomètre et leur emplacement et leur type par l’ingénieur de projet;
  6. Inspection de tous les échantillons de sol par l’ingénieur de projet pour essais de laboratoire et leur description, selon un système de classification reconnu;
  7. Interprétation des essais de laboratoire et des sondages pour évaluer les propriétés révélatrices des sols ou du roc (index propreities);
  8. Calculs de capacité portante et de tassement ou autres avec les notes de calcul;
  9. Rédaction de rapport en fonction de l’objectif de l’étude géotechnique;
  10. Version préliminaire, non signée, de rapport soumise pour commentaires au client;
    1. Finalisation de rapport, avec signature, en tenant compte des commentaires de client

Coordonnées

Adresse : 1375, rue de l'Église, Saint-Laurent,Montréal (Québec) H4L 2H1
Téléphone : +1 514-670-5346
Cellulaire : +1 514-349-0505
Télécopieur : +1 514-855-1474
Courriel : fondasol@fondasol.ca