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Digeste de la construction au Canada, 1968-06
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La construction sur remblais
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 87F
La construction sur remblais
Publié à l'origine en juin 1968 R.F. Legget
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.
Il est quelquefois nécessaire d'ériger des constructions sur des terrains où des matériaux ont été rapportés sur le sol d'origine. L'existence d'un remblayage de cette nature est souvent bien connue des indigènes, mais il arrive aussi que seule une exploration du sous-sol en révèle la présence. Dans le cas où ces terrains doivent supporter des fondations de bâtiments, plusieurs considérations viennent compliquer le travail normal de dessin des plans de fondations et de leurs constructions. Si, d'autre part, on construit en ignorant la présence de matériaux d'apport, et si, par suite, on n'en tient aucun compte lors des études, les conséquences de cette situation peuvent être graves. On n'en connaît malheureusement que trop d'exemples et, même lorsqu'on sait que les fondations reposeront sur des remblais, on ne détermine pas toujours la nature exacte de ces derniers. Il en résulte de sérieuses difficultés.
La littérature concernant cet aspect assez spécialisé du dessin de fondations est très peu abondante. Au Canada, la proportion de bâtiments dont les fondations reposent sur terrain rapporté est faible. Le nombre de demandes de renseignements sur la question que reçoit la Division des recherches en bâtiment n'en est pas moins élevé. Il suggère qu'une étude du sujet et une revue des difficultés qui lui sont associées pourrait être utile. Le présent digeste comporte une revue de cette nature. Il contient également un bref exposé relatif au comportement satisfaisant de constructions érigées sur des terrains rationnellement remblayés. La dernière partie du digeste confirme que, sauf cas tout-à-fait exceptionnels, il n'existe pas d'empêchement à la construction sur terrain d'apport. Toutes les fois qu'un terrain contenant des matériaux rapportés quelconques doit être utilisé pour l'exécution d'un projet de construction, une investigation exceptionnellement approfondie est nécessaire.
Nature du matériau rapporté
Aucun lecteur n'ignore le fait que, dans les régions en cours d'aménagement, les creux de terrain, tels que carrières dont l'exploitation a cessé, ou excavations abandonnées, sont utilisés par la population pour se débarrasser des rebuts. A moins qu'une surveillance sévère ne soit exercée sur ce genre d'opérations, les matériaux de comblement sont hétérogènes à l'extrême. On rencontre partout, semble-t-il, des individus prêts à se débarrasser de leurs ordures
ménagères dans des endroits aussi proches que possible de leurs demeures, sans le moindre souci des conséquences déplaisantes qui en résultent pour le public. C'est ainsi qu'il existe une très élégante solution au problème consistant à faire disparaître une vieille automobile inutilisable. Il suffit, par une nuit sombre, de précipiter le véhicule dans une vieille carrière. Si des faits de ce genre, connus de tous, sont volontairement mentionnés ici, c'est dans le but de rappeler au lecteur qu'un terrain rapporté peut en pratique contenir à peu près n'importe quoi. L'auteur de ces lignes s'est trouvé avoir à transformer un remblai en jardin: il y a découvert une partie d'un vieux châlit. Il importe donc de comprendre que, dans le cas de terrains rapportés, on peut s'attendre à tout, sauf si l'on possède la certitude absolue que le comblement a été effectué avec des matériaux sélectionnés et sous strict contrôle.
Même dans le cas où la nature des matériaux déposés sur des emplacements à combler peut être ainsi contrôlée, il est rare qu'une méthode rationnelle de déversement puisse être imposée. La méthode de dépôt des bons matériaux de remplissage, tels que sable, gravier ou argile, consiste ordinairement à vider une benne par l'arrière. A mesure que le volume de matériaux déversés augmente, et que des camions chargés passent sur le remblayage nouvellement formé, ce dernier acquiert progressivement un aspect assez compact. Il s'en faut cependant qu'il soit convenablement tassé. Contrairement aux mêmes matériaux dans leur état naturel, on est en présence de matériaux non consolidés, sujets à futurs tassements soit avec le temps, soit sous l'effet des charges appliquées. Les constructions sont en conséquence destinées à s'enfoncer dans le remblayage à moins qu'en établissant leurs plans, on n'ait pris les mesures nécessaires pour éviter l'éventualité de tels accidents.
Dans les villes les plus anciennes d'Europe et dans quelques parties de l'Amérique du Nord, il arrive que certaines zones soient couvertes de matériaux rapportés consistant en débris de maçonnerie accumulés du fait des destructions successives d'anciens bâtiments. En Tchécoslovaquie par exemple, la ville de Prague a existé en tan que région urbaine pendant plus de mille années. En quelques endroits de la ville, il existe une couche de matériaux rapportés de natures diverses dont l'épaisseur atteint 8 mètres (26 pieds). La ville de Varsovie offre un exemple encore plus remarquable. Après sa démolition totale au cours de la seconde guerre mondiale, elle a subi une reconstruction complète très réussie. Lorsqu'ils décrivent ce gigantesque travail, les ingénieurs polonais déclarent, presque avec le sourire, que l'altitude de la ville est aujourd'hui supérieure d'environ 2 mètres à celle d'avant-guerre. C'est en effet sur le remblayage formé par les débris provenant de la destruction de la ville d'avant-guerre qu'a été exécutée la reconstruction. Ces exemples constituent naturellement des cas extrêmes. Ils n'en sont pas moins utiles, car ils rappellent que, même au Canada, des terrains à bâtir situés au centre des villes peuvent être couverts d'éléments rapportés provenant de bâtiments précédemment existants.
La nature des matériaux existant dans les terrains rapportés sur lesquels on se propose de construire peut être très variée. L'un des cas les plus dangereux se présente lorsque des matières organiques telles que des ordures ménagères sont incluses dans le remblai. Il existe d'ailleurs d'autres sources moins visibles de matières organiques. Certains produits, à l'état solide lorsqu'ils sont déposés, se décomposent avec le temps. Il existe une forte probabilité pour qu'ils engendrent des produits gazeux de décomposition, en particulier du méthane, qui non seulement ont des odeurs déplaisantes, mais en outre créent un danger d'explosion. Il existe des procédés modernes, d'un emploi général, pour se débarrasser hygiéniquement des résidus urbains en les utilisant au remblayage des terrains. Ce genre de matériau constituera donc de plus en plus un trait caractéristique des terrains de remblayage. En même temps, cependant, les terrains récupérés par les méthodes hygiéniques de comblement sont presque toujours destinés à constituer des parcs publics. Les dangers signalés, dont l'importance est toujours limitée, n'auront donc pas dans ce cas de sérieuses conséquences. C'est seulement lorsque du méthane, par exemple, est retenu captif dans des endroits clos tels que sous-sols, que le danger devient sérieux au point d'exiger son immédiate élimination.
Certaines fabrications industrielles produisent de grandes quantités de déchets qu'on est obligé d'évacuer et d'utiliser comme matériaux de comblement. Beaucoup de Canadiens sont familiers avec la vue nocturne des grands crassiers de Sudbury. Les procédés d'affinage appliqués dans
les usines d'aluminium produisent de grandes quantités de résidus rouges, ordinairement dirigés sur des bassins de sédimentation. Ces procédés et d'autres similaires peuvent aussi donner des produits solides qui semblent constituer des matériaux acceptables de comblement. Il est dans tous les cas important de déterminer l'origine de remblayages industriels de cette nature, dont la composition chimique peut jouer un rôle déterminant.
Pratiques recommandées
Lorsqu'on a la certitude qu'un terrain de construction contient des matériaux rapportés, il est essentiel, pour compléter et vérifier les renseignements oraux, d'accepter la nécessité d'une investigation détaillée du sous-sol. Il n'existe pas de règles générales pour le calcul de fondations reposant sur terrain rapporté et chaque cas doit être considéré séparément. Il est nécessaire de déterminer, jusqu'à une profondeur suffisante, la nature exacte de la totalité du terrain. Alors seulement pourra-t-on entreprendre le dessin des fondations, à moins que les études préliminaires ne révèlent qu'il est totalement impossible d'utiliser en toute sécurité l'emplacement considéré pour le but poursuivi.
Ce cas extrême peut se présenter si l'étude du sous-sol révèle la présence de dépôts importants de matières organiques. Ces dernières peuvent provenir de la décomposition d'ordures ménagères. Mais un danger identique peut exister dans le cas où du bon matériau a été rapporté sur d'anciennes fondrières, tel du moskeg. Rien ne peut arrêter le processus naturel de décomposition chimique. Si la présence de méthane est susceptible de causer un danger (s'il existe, par exemple, dans la partie de la construction située au-dessous du sol, des emplacements clos) on devra soit renoncer à construire sur le terrain considéré, soit, à condition que l'opération soit économiquement réalisable, enlever tout le matériau rapporté et utiliser le sol d'origine comme assise.
La présence possible de matières organiques ne constitue qu'une des raisons imposant l'exécution dans les terrains rapportés de sondages d'essai beaucoup plus importants que dans la pratique courante. Les couches naturelles du sol ont elles-mêmes une composition suffisamment variable pour exiger, dans tous les cas de constructions tant soit peu importantes, l'exécution de sondages d'essai en des points rapprochés les uns des autres. Ce genre d'opération est nécessaire pour l'obtention d'une connaissance aussi précise que possible des conditions du sous-sol avant d'entreprendre le dessin des éléments de fondation. Nul ne peut garantir une uniformité quelconque dans un sol rapporté. La texture en est presque certainement variable, ne serait-ce qu'à cause du mode habituel de déversement des matériaux. On doit en conséquence exécuter un programme soigneusement préparé de sondages d'essai, prévoyant au début des forages en des points importants. Cette méthode donnera une idée générale de l'étendue des matériaux rapportés. Les forages suivants seront placés entre les forages principaux, de manière à obtenir une représentation de plus en plus précise de la nature et de l'importance des matériaux sous-jacents, ainsi que de l'emplacement et de la nature du sol d'origine.
Si certains forages pénètrent la nappe phréatique, des précautions encore plus grandes s'imposent. Il se peut en effet que l'eau soit prisonnière dans des poches situées entre des couches de matériaux rapportés de natures différentes. Elle peut ainsi donner une impression fausse sur la composition réelle d'une partie de ces matériaux. Les plus grands efforts s'imposent donc en vue d'obtenir de bons échantillons des matériaux rapportés, spécialement s'ils sont imprégnés d'eau. On pourra ainsi les étudier soigneusement et déterminer leurs propriétés en laboratoire. Les forages d'essai doivent eux aussi être exécutés très soigneusement, car le méthane, s'il en existe, peut se présenter sous faible pression. L'eau souterraine peut avoir été contaminée par des matériaux présents dans le terrain de comblement. Les propriétés chimiques des échantillons doivent donc être déterminées en vue d'obtenir la certitude qu'il n'existera aucun risque d'attaque chimique des fondements.
Les échantillons de matériaux rapportés ne doivent pas être examinés moins soigneusement s'il s'agit de matériaux d'apparence solide tels que les scories industrielles. Certains types de scories autres que celles des hauts-fourneaux se dilatent lentement sous l'effet de la chaleur et de l'humidité. Il existe au Canada au moins un endroit où, à cause de ce phénomène, les
fondations ont sérieusement souffert. Il importe de n'admettre jamais sans vérifications une donnée quelconque concernant des matériaux rapportés trouvés dans le sous-sol d'un terrain sur lequel on projette de construire.
Lorsqu'on a détecté la présence de matériaux rapportés, il convient d'en déterminer les propriétés. Si une étude préliminaire le suggère, il ne faut pas hésiter à entreprendre des essais en laboratoire. Si cependant, comme cela se produit souvent, l'épaisseur du remblai est faible, il est naturellement préférable de ne pas utiliser les matériaux de comblement comme assise des fondations, mais d'examiner les caractéristiques du sous-sol en vue d'y faire si possible reposer la construction. A condition que le sol d'origine leur convienne, on utilisera dans ce but des fondations sur puits bétonnés ou sur pieux. On conçoit que la composition chimique des matériaux rapportés et des eaux rencontrées dans le sol doivent être connue avec certitude. On éliminera ainsi toute possibilité de détérioration des fondements après construction du bâtiment.
Il peut être avantageux d'utiliser les remblais eux-mêmes comme couche d'assise dans le cas où il en existe une grande épaisseur, ou si les charges à supporter sont faibles. En pareil cas, si les charges sont transmises par colonnes à des semelles appropriées, un sondage d'essai doit obligatoirement être exécuté à l'emplacement de chacune des colonnes. Il est en effet indispensable de connaître avec certitude les forces portantes. Lorsque les caractéristiques des matériaux sont connues, on peut calculer les forces portantes minimales dont les valeurs doivent être utilisées avec prudence. Le tassement doit en effet rester compris à l'intérieur de limites raisonnables. Il faut en outre réduire au minimum les différences possibles de tassement entre éléments de fondation, car l'uniformité de la consistance d'un matériau rapporté ne peut jamais être considéré comme certaine. Si le type de construction permet d'appliquer les charges à des dalles de béton en surface ou près de la surface les pressions doivent également rester comprises entre des limites très prudentes. Le pré-chargement d'un terrain constitué par des matériaux rapportés constitue rarement une opération économique. Cette possibilité ne doit cependant pas être perdue de vue, bien que ce genre de travail ne puisse en aucun cas être entrepris sans consultation préalable d'un expert.
Malgré tous les risques, beaucoup d'excellentes constructions ont été érigées sur sol rapporté. Dans presque tous les cas le succès a résulté d'une investigation préliminaire très soignée. A vrai dire, un élément de chance est intervenu dans quelques cas remontant à une époque où les méthodes de calcul de fondations n'étaient pas aussi avancées qu'aujourd'hui. On doit considérer toutes les dépenses de temps, d'argent et tous les efforts consacrés à l'examen d'un sol rapporté en vue d'une construction comme la meilleure des polices d'assurance. Si l'emplacement convient sous tous rapports, on peut éliminer tous les dangers avec soin et exécuter des plans de fondations qui donneront toute satisfaction.
Comblement dirigé
Lorsqu'on doit combler entièrement un emplacement, ou même simplement faire disparaître les rugosités d'un terrain, il se peut qu'on ait le choix du matériau à rapporter et de son mode de dépôt. Les techniques modernes de traitement des sols permettent alors d'éliminer totalement les dangers offerts par un comblement non dirigé. Il est possible d'obtenir des excavations ou des emplacements de construction aussi satisfaisants, sinon meilleurs, que le sol d'origine. Dans les régions urbaines, on s'efforce de plus en plus, à cause de l'accroissement continu des villes, d'utiliser les excavations existantes et les emplacements même défavorables où l'on peut construire. Un besoin croissant de connaître et d'appliquer un mode de traitement rationnel des matériaux de comblement se fait ainsi sentir chaque jour.
Les matériaux destinés à combler des excavations précédemment creusées doivent être choisis aussi semblables que possible aux matériaux extraits. Lorsque des matériaux d'extraction doivent servir au remblayage, il importe de déterminer soigneusement leurs propriétés de manière à pouvoir les disposer de la meilleure manière possible. S'il s'agit de niveler un emplacement, on a parfois la faculté de choisir le matériau à utiliser; on doit alors s'efforcer d'obtenir un sol possédant les caractéristiques de tassement désirables et susceptible de se mélanger convenablement au sol local.
Pour préserver les possibilités agricoles du sol, l'emplacement à combler doit être préparé par enlèvement de la couche fertile. Le sol naturel restant doit être laissé intact. Toutes précautions doivent être prises pour que le passage répété du matériel de terrassement ne cause au sol d'origine qu'un minimum de modifications. Ainsi qu'on l'a expliqué dans des digestes précédents, le matériau de comblement doit être disposé en couches minces, de manière à pouvoir être tassé par la machine adéquate, et amené à une densité s'accordant avec sa teneur en humidité et ses caractéristiques de tassement. Un contrôle strict du matériau de comblement est donc nécessaire à la fois à l'endroit d'origine de ce matériau et au point de déversement. Ce genre d'inspection sur le terrain constitue une caractéristique particulièrement importante des travaux de génie civil relatifs au traitement moderne du sol.
Si on prend de telles précautions, on peut réaliser un sol de comblement dirigé dont les caractéristiques sont prévisibles. On peut alors l'utiliser sans crainte comme sol d'assise même dans le cas de fortes charges et d'importants bâtiments. Chacun connaît la méthode moderne de construction des remblais. Dans l'Etat de Californie, par exemple, il existe plusieurs routes sur remblais, hautes de plus de 90 pieds, et où le pavage a suivi de peu la fin du remblayage. On sait moins que des techniques exactement semblables sont mises en oeuvre pour niveler les emplacements de maints grands établissements industriels. Tel est le cas pour une importante partie d'un grand complexe atomique aux Etats-Unis. Une partie des bâtiments repose sur sol naturel, l'autre sur remblai compacté. L'ensemble se comporte d'une manière parfaitement satisfaisante.
Construire sur terrain rapporté constitue donc une opération pleine d'intérêt en technique des fondations. On doit se souvenir d'une part que deux emplacements remblayés ne sont jamais identiques et que, d'autre part, les conditions variables en divers points d'un sol rapporté rendent indispensables des examens extrêmement précis et détaillés du sous-sol. Certains emplacements exceptionnels mis à part, on peut alors construire des fondations dont le comportement sera parfaitement satisfaisant.
