Publisher’s version / Version de l'éditeur:
Vous avez des questions? Nous pouvons vous aider. Pour communiquer directement avec un auteur, consultez la
première page de la revue dans laquelle son article a été publié afin de trouver ses coordonnées. Si vous n’arrivez pas à les repérer, communiquez avec nous à PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca.
Questions? Contact the NRC Publications Archive team at
PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca. If you wish to email the authors directly, please see the first page of the publication for their contact information.
https://publications-cnrc.canada.ca/fra/droits
L’accès à ce site Web et l’utilisation de son contenu sont assujettis aux conditions présentées dans le site LISEZ CES CONDITIONS ATTENTIVEMENT AVANT D’UTILISER CE SITE WEB.
Digeste de la construction au Canada, 1964-03
READ THESE TERMS AND CONDITIONS CAREFULLY BEFORE USING THIS WEBSITE.
https://nrc-publications.canada.ca/eng/copyright
NRC Publications Archive Record / Notice des Archives des publications du CNRC :
https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=6e994fd9-66e4-41c9-a01c-0650bcee437c
https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=6e994fd9-66e4-41c9-a01c-0650bcee437c
NRC Publications Archive
Archives des publications du CNRC
For the publisher’s version, please access the DOI link below./ Pour consulter la version de l’éditeur, utilisez le lien DOI ci-dessous.
https://doi.org/10.4224/40000951
Access and use of this website and the material on it are subject to the Terms and Conditions set forth at
Etudes de sous-sol
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 29F
Études de sous-sol
Publié à l'origine en mars 1964 C. B. Crawford
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
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 dans le district où on a décidé de construire. Pourtant, de mauvaises conditions de sol détectées à la dernière minute peuvent majorer considérablement les dépenses prévues pour la fondation. Il est donc recommandé d'étudier à l'avance tout terrain sur lequel on se propose de construire. Le présent Digeste indique le genre de renseignements que de telles études doivent permettre d'obtenir.
Les architectes sont rarement en mesure de fournir des conseils à leurs clients avant que la terre soit achetée ou qu'une option soit prise sur elle. Pourtant, les personnes qui cherchent un terrain pour construire devraient pouvoir obtenir des expertises sur les conditions de sol avant d'acheter. Même un examen superficiel peut révéler les dangers possibles d'inondation, de glissement ou d'affaissement de terrain. L'étude des conditions de sol peut également renseigner sur les problèmes auxquels pourraient donner lieu les terres remblayées, le muskeg ou même le permagel. Ces problèmes pourraient sans doute être résolus mais les frais qui en résulteraient devraient s'ajouter au coût du terrain envisagé.
Pourquoi enquêter
Deux raisons justifient les enquêtes préalables qu'on effectue sur les terrains à bâtir. La principale est de concevoir une fondation à la fois sûre et économique pour l'ouvrage projeté. La deuxième raison, qui a également des répercussions économiques importantes, est d'obtenir sur le sous-sol des renseignements sûrs grâce auxquels les entrepreneurs pourront présenter des soumissions sans avoir à établir leur budget avec des facteurs mal connus. Il en résulte, en fin de compte, que le propriétaire bénéficie de soumissions plus basses, de meilleures relations de travail, de moins de suppléments et d'une absence de procès.
L'étude préliminaire devrait révéler suffisamment de données concernant le sous-sol pour qu'on puisse concevoir et construire une fondation ne présentant aucun risque de rupture ou de tassement indu. Par ailleurs, cette étude devrait faciliter le calcul des pressions latérales de lit terre et des soulèvements hydrostatiques éventuels; elle devrait aussi révéler la nature des matériaux devant être enlevés et donner une idée des problèmes susceptibles de se présenter
durant la construction. Les problèmes de construction sont nombreux lorsque la nappe aquifère atteint un niveau élevé dans le sol. Il faut donc prévoir les pires conditions possibles si l'enquête est effectuée durant la saison sèche.
Si le terrain n'est pas viabilisé l'étude concernant les approvisionnements d'eau et les systèmes de tout à l'égout peuvent constituer une partie importante de l'enquête préliminaire. Là encore la nappe aquifère, haute ou basse selon la saison, doit être prise en considération.
Études superficielles
Il est sage de tirer parti de tous les renseignements et de tous les conseils facilement disponibles et de préparer avec soin les études de sous-sol. On peut souvent se procurer d'importants renseignements dans les villes où des études très poussées de géologie urbaine ont été effectuées. Plusieurs villes canadiennes disposent maintenant de cartes détaillées relatives au sous-sol. Des comptes rendus géologiques provenant de services fédéraux ou provinciaux se trouvent dans les bibliothèques où ils peuvent être achetés pour une somme dérisoire. Des articles concernant certaines études de fondation paraissent dans les revues techniques.
Les inspecteurs municipaux qui sont responsables des constructions disposent souvent de renseignements très précieux, par exemple en ce qui concerne les anciens forages. Les constructeurs locaux bien établis connaissent généralement bien les conditions du sous-sol pour ce qui est des difficultés que ces conditions risquent de provoquer dans la construction. La meilleure indication générale des conditions le sous-sol d'une région donnée est la façon dont se comportent les ouvrages déjà construits dans la même région. Si leur comportement est généralement bon il s'ensuit que les conditions de sol sont bonnes ou tout au moins que les plans de fondation sont adéquats. Si leur comportement est mauvais c'est le contraire qui est vrai. Lorsqu'on évalue le comportement des fondations il y a lieu de considérer à la fois la façon dont elles ont été conçues et les conditions du sol sur lequel elles reposent et ce résultat d'ensemble ne doit pas être extrapolé. Le comportement d'une fondation sur pilotis ne doit pas, par exemple, servir à imaginer ce que peut être le comportement d'une fondation sur dalle. Dans certaines régions la pratique concernant les fondations est fondée beaucoup plus sur la tradition que sur des faits établis et quoique cette pratique puisse donner de bons résultats du point de vue sécurité elle n'en est pas moins archaïque et très coûteuse.
Etudes détaillées
Il n'y a pas de règles absolues en ce qui concerne les études de sous-sol mais il faut tout de même suivre un plan logique. Pour commencer, il faut sonder le sol avec des dispositifs de cisaillement ou de pénétration pour faire une évaluation générale et découvrir les points faibles. L'importance de l'étude détaillée qui suivra dépendra de l'évaluation préliminaire de l'emplacement choisi, de la dimension de l'ouvrage proposé et de sa valeur. La nature de l'ouvrage, la dimension et l'emplacement des excavations et des remblais proposés doivent être connus à ce stade.
Même les études de sous-sol les plus importantes sont assez limitées: elles ne concernent qu'une petite partie du terrain où l'on veut bâtir. Le caractère dit sous-sol est déterminé par extrapolation. Ceci explique pourquoi il est si important de bien connaître la géologie de la région. Après le sondage le sous-sol est examiné ait moyen de puits d'essai ou de forages. Les trous de forages peuvent être espacés empiriquement à raison d'un trou tous les 10,000 pieds carrés de surface mais ils sont plus logiquement fondés sur l'évaluation géologique des lieux. On peut avoir recours à une étude moins poussée lorsqu'on sait que les conditions de soi sont relativement plus uniformes que dans les régions situées le long des rivières, des lacs, des estuaires et dans la plupart des régions glacières où des conditions irrégulières sont susceptibles de se présenter.
Pour les très grands ouvrages il peut être nécessaire de confier à un entrepreneur le soin d'effectuer des sondages et des échantillonnages. Cela doit se faire sur la recommandation d'un ingénieur de sol compétent qui pourra surveiller et inspecter les travaux. Il n'est pas
recommandé de fournir un contrat de forage estimé au pied carré; si le forage et l'échantillonnage sont faciles le montant de la soumission sera excessivement profitable pour l'entrepreneur au dépend du propriétaire; par contre si le forage et l'échantillonnage sont difficiles l'entrepreneur pourra être tenté de réduire ses pertes au dépend de la qualité de son travail.
Pour se faire une idée des conditions de fondation dans des régions très étendues, diverses méthodes d'exploration géophysique sont employées. L'une d'elle est la méthode séismique laquelle est fondée sur la vitesse de transmission et sur la réflexion et la réfraction des vibrations traversant le soi. Elle est effectuée à partir de la surface en mesurant avec un microphone spécial le temps que prend une onde de choc induite pour faire écho à partir d'une strate dure enfouie. Lorsqu'elle est vérifiée par des forages cette méthode peut être très précieuse pour les études préliminaires mais elle ne doit pas être considérée comme suffisante pour les études détaillées.
Essais effectués sur place
Les essais effectués sur place ont pour but de mieux connaître les propriétés du sol. Le carottage est l'essai in situ le plus simple mais sa valeur dépend beaucoup de l'aptitude et de l'expérience du contremaître qui dirige le forage. Les essais in situ peuvent être effectués au moyen de pénétromètres statiques ou dynamiques, particulièrement dans les sols sans cohésion. Au Canada, comme dans de nombreux autres pays, le dispositif de forage à ailettes est couramment employé pour mettre à l'épreuve les sols cohésifs. Ce dispositif qui comprend 4 ailettes verticales à l'extrémité d'une tige est enfoncé dans un soi non remué dont la résistance est déterminée en mesurant le moment de torsion nécessaire pour le cisailler. Les pressions de l'eau dans les pores et la perméabilité du sol peuvent être mesurés in situ. Des dispositifs permettant de mesurer la corrosivité éventuelle sont disponibles.
L'un des essais in situ les plus anciens est l'essai de la plaque de soutien dans lequel une plaque d'un pied carré est chargée de plus en plus pour mesurer les propriétés de déflexion de la charge dues aux efforts du sol sous la plaque. Les efforts dans le sol dépendent de la largeur de la zone chargée de telle sorte que ce type d'essais a des limitations très définies lorsque l'on veut définir les propriétés du sol en profondeur. Une extrapolation injustifiée des résultats obtenus a conduit à tant de difficultés de fondation que cette méthode est autorisée par le Code national du bâtiment du Canada seulement pour les semelles de fondation ayant moins de 3 pieds de largeur.
Les essais de chargement des piliers et des caissons sont maintenant assez courants quoiqu'on n'ait pas encore étudié suffisamment la façon dont ces unités de fondation transmettent les chargements de construction au sol. Ces essais ont deux limitations: l'essai d'une simple unité ne réfléchit pas nécessairement le comportement d'une unité semblable située quelques pieds plus loin et le comportement d'un groupe d'unités ne peut généralement pas être extrapolé directement à partir de la performance d'une simple unité d'essais. Ce type d'essais in situ constitue cependant, la méthode la plus sûre pour donner plus d'ampleur aux études habituelles des emplacements de construction.
Echantillonnage et essais
Les essais in situ ne suffisent pas par eux-mêmes pour évaluer le sous-sol des emplacements importants. L'observation directe des échantillons de sol extraits de profondeurs et d'emplacements divers est nécessaire pour effectuer une corrélation avec la géologie connue de la région et pour fournir à l'ingénieur spécialisé une base lui permettant de porter un meilleur jugement sur les conditions d'un terrain, On petit analyser en détail les spécimens de sol dans le but de définir leurs propriétés du point de vue fondation en fonction de différentes conditions de charge. Les facteurs "temps" et "vitesse de charge" peuvent être étudiés et les résultats des essais peuvent être employés dans des analyses rationnelles conçues dans le domaine de la mécanique des sols. Le gonflement, le rétrécissement et la sensibilité ait gel peuvent être définis et le sol petit être identifié, classé et comparé avec des sols semblables pour lesquels on dispose d'une certaine documentation.
Il est relativement facile d'obtenir des échantillons "perturbés" du sol au moyen de forages à la tarière ou d'échantillonnages. Les échantillons doivent être typiques du sol au -niveau auquel on les obtient; les échantillons obtenus par "lessivage" ne sont pas acceptables étant donné qu'ils peuvent prêter à confusion. Les échantillons perturbés ne peuvent servir qu'à la détermination de la teneur en eau de la dimension des grains, de la gravité spécifique, de la minéralogie et d'autres propriétés d'identification et de classement. On peut toutefois s'en servir également pour prévoir la corrosion ou les actions chimiques éventuelles. Par contre, on ne peut pas s'en servir pour faire une estimation des propriétés du sol en ce qui a trait à la construction.
On doit faire très attention quand on recueille des échantillons non perturbés. Dans les sols cohésifs ces échantillons sont normalement obtenus en enfonçant un tube à fine paroi muni d'une extrémité pointue, dans le sol naturel, au fond d'un trou de forage. Le tube d'échantillonnage est alors enlevé avec soin, scellé et expédié au laboratoire où la "carotte" à l'état naturel petit subir toute une série d'essais. Les propriétés "constructives" du sol sont calculées à partir de ces essais.
Profondeur des sondages
Lorsque des charges de bâtiment sont appliquées au sol elles ne disparaissent pas mystérieusement dans ce dernier; elles établissent des forces de compression et de cisaillement que l'on peut prévoir avec une bonne précision. On sait par exemple que les efforts de compression sous une semelle a une profondeur égale à 2 fois sa largeur ne sont que d'environ 10% de la force appliquée immédiatement sous elle. A une profondeur égale à la largeur de la semelle l'effort est environ le tiers de l'effort appliqué (figure 1). Par conséquent, à moins qu'il y ait une couche anormalement molle sous l'ouvrage il suffit de faire des sondages à une profondeur représentant de 1½ à 2 fois la largeur de la semelle la plus large. Si, cependant, les les semelles sont assez proches les unes des autres l'influence d'une semelle chevauche sur celle des semelles adjacentes et l'enquête devrait être faite jusqu'à 1½ à 2 fois la largeur du bâtiment.
Figure 1. Lignes des efforts verticaux égaux provoqués par des charges de surface.
L'enquête relative aux efforts appliqués est particulièrement importante pour la prédiction des tassements à long terme des ouvrages reposant sur de l'argile. Sous l'effet d'une charge maintenue pendant assez longtemps l'argile peut changer de volume lentement par suite de l'eau qui s'échappe de ses pores. Ce processus qu'on appelle consolidation est un phénomène bien connu. Plus la couche compressive est profonde plus est long le processus, de telle sorte
qu'on a vu des ouvrages se tasser pendant des décades du fait de la consolidation des profondes couches d'argile.
Porter des charges de construction à de grandes profondeurs n'est pas un remède certain pour le tassement. De nombreux cas ont été signalés de jetées, de caissons et de piliers reposant sur des sols compressibles au détriment des ouvrages. Même des couches d'argile placées sur des roches mères parfaitement saines ont causé de l'inquiétude pour certaines fondations de bâtiments.
Compte rendu
Quelle qu'ait été l'importance de l'étude effectuée il faut que les résultats soient enregistres comme il faut afin d'être inclus dans un bon compte rendu. Le compte rendu ne doit pas être une simple collection de données concernant le forage et de résultats d'essais. En fait il doit comprendre des recommandations et des conseils appropriés concernant la forme et la construction des fondations.
Il doit constituer pour le propriétaire un dossier complet des faits sur lesquels les recommandations ont été fondées et il doit être conservé comme document de référence. Quoiqu'il revient au propriétaire de décider de l'importance à donner à l'enquête c'est l'ingénieur conseil qui doit orienter le propriétaire à cet égard.
Il est tout, à fait impossible de préparer un compte rendu satisfaisant sur un emplacement sans prendre en considération la nature de la construction envisagée. Par conséquent l'architecte et l'ingénieur des fondations devraient travailler ensemble dès le début. Cette collaboration devrait se prolonger jusqu'au choix et à l'évaluation du type de fondation. Le compte rendu devrait alors contenir des renseignements quant à la profondeur des fondations et quant aux charges permises compte tenu des incertitudes dans l'interprétation des propriétés du sol. Les chiffres du tassement total et différentiel devraient être estimés et cette estimation ne devrait pas excéder les chiffres permis par l'architecte. D'autres facteurs comme la corrosion et les attaques chimiques devraient être évalués.
Les difficultés de construction peuvent souvent être anticipées durant les études préliminaires. Ces difficultés peuvent comprendre l'endommagement des propriétés adjacentes, l'instabilité des pentes. la perturbation du sol naturel ou l'action du gel durant la construction mais il est probable qu'elles seront mises en corrélation avec les problèmes de l'eau du soi. Le compte rendu devrait mentionner ces difficultés et même suggérer des procédures à suivre pour les éviter ou les réduire.
Conclusion
Choisir une fondation est une importante décision à prendre lorsqu'on doit construire un ouvrage. Si l'ouvrage repose sur le sol il est tout aussi important de connaître les propriétés de ce sol qu'il est important de connaître les propriétés des matériaux de la superstructure. A l'encontre des autres matériaux de construction les propriétés du sol ne peuvent pas être contrôlées par l'architecte. Tout ce qu'il peut faire c'est effectuer une estimation sur place. C'est l'objet de l'étude in situ.
Il est évident que les études préliminaires devraient être conduites sur une base professionnelle par des experts en sols jouissant de la confiance des propriétaires. L'importance à donner à chaque enquête doit dépendre du type de l'ouvrage envisagé et des conditions de l'emplacement probable. On ne doit pas accorder de contrat à prix fixe. Un emplacement difficile exigera une étude plus importante et plus coûteuse qu'un bon emplacement.
