Investigations géotechniques et dimensionnement de fondations de bâtiments

Différents types de fondations

Il y a trois grands types de fondations : les fondations superficielles, les fondations semi-profondes et les fondations profondes. Dans ce mémoire, les généralités concernent les fondations superficielles et les fondations profondes. La distinction entre ces deux types de fondations s’effectue généralement en considérant à la fois le rapport de la profondeur d’encastrement D d’une fondation à sa largeur de semelle B et la valeur de D.
Lorsque le rapport D/B est inférieur à 6 et que la profondeur D est inférieure à 3 m, il s’agit de fondations superficielles. Au Sénégal, la profondeur minimale d’encastrement est fixée à 0,80 m. Pour les fondations profondes, D/B est supérieur à 6 et D est supérieure à 3 m . Au Sénégal, il convient de limiter D à 30 m. Fondations superficielles : Une fondation superficielle constitue la partie inférieure d’un bâtiment qui transmet les efforts provenant de la superstructure dans un terrain peu profond. Le terrain doit présenter une résistance au cisaillement suffisante sans tassements excessifs. Les différents types de fondations superficielles sont les semelles isolées (carrées ou rectangulaires), les semelles filantes et les radiers. Les semelles s’adaptent bien dans des terrains homogènes et de bonne qualité ou lorsque les efforts à transmettre sont peu élevés.
Les fondations superficielles sont particulièrement efficaces et sûres pour des bâtiments légers. Un bâtiment léger comprend un rez de chaussée et quatre étages au maximum.
Un radier est une fondation superficielle telle que la surface de la fondation occupe la surface totale de l’emprise du bâtiment . Le radier coûte cher. Il existe quatre types de radier : le radier dalle plate qui est le plus courant ; le radier nervuré ; le radier champignon sous poteaux ; le radier voûte. Fondations profondes : Les fondations profondes permettent de transmettre les efforts dans des terrains plus profonds. Une fondation profonde réalisée mécaniquement est désignée par le terme de pieu, tandis que le puits est une fondation profonde creusée manuellement sous la protection d’un blindage. Les différentes parties d’un pieu sont la tête, le fût et la pointe. La profondeur d’ancrage H correspond à la longueur de pénétration du pieu dans les couches de terrains. Il est possible de distinguer les pieux battus et les pieux forés .

Aperçu géologique

Le secteur des Almadies se situe sur la presqu’île de Dakar (ex Cap Vert). La presqu’île qui constitue la partie la plus occidentale du bassin sédimentaire sénégalais, est un renflement du littoral atlantique. La géologie de la presqu’île est caractérisée par des formations sédimentaires et des formations volcaniques. Les formations sédimentaires s’échelonnent de l’Eocène au Quaternaire. Les accumulations sableuses du Quaternaire sont caractérisées par des lithofasciès variés. La géologie de la tête de la presqu’île de Dakar est marquée par deux épisodes volcaniques.
Les études relatives au volcanisme de la presqu’île distinguent le volcanisme du Miocène au Tertiaire puis le volcanisme du Pléistocène au Quaternaire (Dia, 1982).
L’observation des affleurements le long de la côte et les données fournies par les nombreux sondages d’exploitation d’eau et pétroliers ont permis de cerner de manière satisfaisante la stratigraphie des formations de la tête de la presqu’île .
L’activité volcanique du Miocène a donné naissance aux tufs des Madeleines et aux coulées d’ankaratrite et de basanite qui affleurent largement sur le littoral sud, de la pointe de Fann jusqu’au Cap Manuel où la cuirasse latéritique du Pliocène marque la fin du Tertiaire (Dia,1982 ; Thiam, 2012).
Le deuxième épisode volcanique du Quaternaire est caractérisé par des coulées volcaniques qui forment autour de l’appareil d’émission des Mamelles une vaste auréole. Les matériaux volcaniques sont constitués de roches d’épanchement et se classent pour l’essentiel en deux types: les basanites et les dolérites (Dia, 1982).
Les basanites sont localisées à proximité immédiate du double promontoire des Mamelles dont elles constituent l’embase. Les dolérites ont une extension plus vaste vers l’Est et apparaissent sous forme de coulées souvent altérées au sommet (Dia, 1982).

Sondages carottes et puits manuels

Le sondage est décrit par la norme XP P 94-202. Le sondage carotté permet de prélever, à l’aide d’un carottier, un échantillon de terrain peu ou pas remanié. Il permet d’effectuer des observations d’ordre géologique (pétrographie, lithologie, données structurales) et hydrogéologique (position de la nappe phréatique). Les échantillons prélevés sont soumis à des essais normalisés de laboratoire pour leur identification et leur caractérisation géotechnique.
Les puits manuels sont en général peu profonds (1,5 à 3 m) et permettent de prélever des échantillons remaniés. La figure 9 montre l’implantation des sondages sur le site.
Résultats et interprétation : Cinq (05) sondages carottés à des profondeurs comprises entre 15 m et 15,45 m et quatre (04) puits manuels à des profondeurs comprises entre 1,80 m et 2,82 m ont été réalisés sur le site.
L’observation des échantillons prélevés a permis de reconnaître différentes formations géologiques ainsi que les remblais des zones basses. Les coupes de sondages et de puits manuels ont été corrélées suivant trois (03) directions . Les différentes formations traversées par les sondages sont essentiellement:
Formation 1 : argile brune compacte (TP02, BH03, TP03), avec parfois des concrétions latéritiques, recouverte par endroits par un remblai (sable argileux plus fragments de béton plus graviers calcaires) ; Formation 2 : argile brune issue de l’altération de la dolérite, avec des reliques et par endroits des rognons de dolérite (TP01, BH01, TP02, BH02, TP03, BH03, TP04, BH04, BH05) ; Formation 3 : argile rouge avec des concrétions latéritiques (BH04, BH05);
Formation 4 : dolérite massive, avec parfois des poches de dissolution et légèrement altérée par endroits (BH01 (photo 1), BH02, BH03, TP03, BH04, BH05) ;
Formation 5 : concrétions latéritiques rouges à matrice argileuse (BH01, BH02, BH03) ; Formation 6 : sable argileux rougeâtre (BH01).

Essai de pénétration au carottier ou Standard Pénétration Test (SPT)

Le Standard Penetration Test ou essai SPT est décrit par la norme NF P 94-116. Son domaine d’application étant limité aux sols fins et grenus dont les grains n’excèdent pas 20 mm, l’essai consiste à déterminer le nombre de coups N d’un carottier normalisé battu au fond d’un sondage : N = N1+N2
N1 et N2 sont les nombres de coups de mouton nécessaires pour obtenir deux enfoncements successifs du carottier de 15 cm chacun.
Résultats et interprétation : A partir de milliers d’essais, réalisés en particulier aux Etats-Unis, des corrélations ont été établies entre N et les caractéristiques suivantes : la compacité des sables et leur angle de frottement interne ; la résistance des sols à la compression simple ; la capacité portante des fondations ; le risque de liquéfaction des sables.
En résumé, l’essai SPT est un essai simple qui permet d’apprécier la compacité des terrains sableux. Les résultats de l’essai SPT montrent que les terrains sont très peu compacts à assez compacts, avec des angles de frottement interne variant entre 28,5 ° et 40 °.

Essai de compressibilIté à l’œdomètre

L’essai est réalisé conformément à la norme XP 94-090-1. Il consiste à charger, par paliers successifs, un échantillon de sol d’épaisseur h contenu dans un cylindre rigide ne permettant pas de déformation latérale, et à mesurer le déplacement du piston (c’est- à-dire le tassement) après stabilisation quasi totale, à chaque palier. Avec l’augmentation de la pression, l’épaisseur de l’échantillon diminue. Après avoir atteint le tassement maximal, l’échantillon est déchargé par paliers successifs, en notant le gonflement. Résultats et interprétation : La courbe œdométrique donne la variation de l’indice des vides en fonction de la contrainte normale . L’indice des vides initial e0 est déterminé ainsi que la pression de préconsolidation qui correspond théoriquement à la charge maximale qu’a supporté l’échantillon au cours de son histoire géologique, et l’indice de compression Cc ou coefficient de compressibilité. L’interprétation des résultats de l’essai de compressibilité à l’œdomètre montre que les échantillons de sols en place ont une valeur moyenne de coefficient de compressibilité égale à 0,22 et sont peu compressibles. La valeur moyenne de la pression de préconsolidation est de 94,81 kPa.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : PRESENTATION GENERALE DU SITE D’ETUDES ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES FONDATIONS DE BATIMENTS
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU PROJET ET DU SITE D’ETUDES
1-1-Projet
1-2-Présentation du site d’études
1-2-1- Localisation géographique
1-2-2-Aperçu géologique
CHAPITRE 2 : généralités sur les fondations DE BATIMENTS
2-1-Définition
2-2-Différents types de fondations
2-2-1-Fondations superficielles
2-2-2-Fondations profondes
2-2-2-1-Pieux battus
2-2-2-2- Pieux forés
2-2-2-3-Puits
Conclusion partielle
DEUXIEME PARTIE : PRESENTATION ET INTERPRETATION DES RESULTATS D’INVESTIGATIONS
CHAPITRE 1 : ESSAIS IN SITU ET RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES
1-1-Sondages carottes et puits manuels
1-2-Essai de pénétration au carottier ou Standard Pénétration Test (SPT)
1-3- Mise en œuvre du piézomètre
CHAPITRE 2 : ESSAIS DE LABORATOIRE
2-1- Essais d’identification complète
2-1-1-Définition des essais
2-1-1-1- Analyse granulométrique
2-1-1-2-Limites d’Atterberg
2-1-1-3- Teneur en eau
Il s’agit de déterminer la proportion pondérale de l’eau contenue dans un échantillon de sol selon la norme NF P 94-050
2-1-1-4- Masse volumique spécifique
2-1-1-5- Essai au bleu de méthylène
2-1-2-Résultats et Interprétation des essais
2-2- Essais mecaniques
2-2-1- Essai de cisaillement rectiligne à la boîte de Casagrande
2-2-2-Essai de compressibilIté à l’œdomètre
2-2-3-Essai de résistance à la compression simple
2-3-Resultats de l’analyse chimique
Conclusion partielle
TROISIEME PARTIE : PRESENTATION DU LOGICIEL GEOFOND ET RESULTATS DE DIMENSIONNEMENT : CAS DE L’IMMEUBLE DE LA SOCIETE FINANCIERE INTERNATIONALE (SFI/BANQUE MONDIALE) A DAKAR
CHAPITRE 1 : PRESENTATION ET ORGANIGRAMME DU LOGICIEL GEOFOND
1-1-Présentation du logiciel
1-2-Dimensionnement à partir des résultats du SPT
1-2-1-Capacité portante q’u par la méthode de Meyerhoff
1-2-2- Tassements
CHAPITRE 2 : SIMULATIONS A L’AIDE DES RESULTATS DE SPT : CAS DE L’IMMEUBLE DE LA SOCIÉTÉ FINANCIÈRE INTERNATIONALE (SFI/BANQUE MONDIALE) À DAKAR
2-1-Géométrie de la fondation
2-2-Etats limites de résistance du sol
2-3-Tassements
2-4-Comparaison des résultats de dimensionnement par la méthode c et φ
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
LISTE DES NORMES CITEES
SOURCES INTERNET