19E Congrès annuel CEGQ 2016 · La nature et l’impact des sols au Québec sur le choix des solutions de fondation 1 Michel Vaillancourt, ing., Ph.D ... • Quelques éléments

19E Congrès annuelCEGQ 2016

La nature et l’impact des sols au Québec sur le choix des solutions de fondation

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Michel Vaillancourt, ing., Ph.DÉcole de technologie supérieure

Introduction

• La majorité des ouvrages et bâtiments sont construit sur les sols

• Le sol devient donc un élément de construction au même titre que le béton et l’acier

• Il est primordial de bien le caractériser et comprendre sa mécanique

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Présentation

• L’origine des sols au Québec• Nature des sols• Utilisation des sols en construction• Critères de conception• Investigation géotechnique• Quelques éléments de fondation• Pratiques courantes au Québec

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Les sols viennent de la rocheFormation du sol par altération de la roche mère :•Altération physique et chimique •Même composition, mêmes minéraux primaires que dans la roche mère•Érosion, gel, ∆ de température, minéraux expansifs, action des végétaux, activité humaine

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L’origine des sols au Québec

Action des glaciers :•Beaucoup de grandes agglomérations sont situées sur des formations superficielles quaternaires•Il y a 12 000 ans, le front glaciaire était situé près de Montréal

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• La dernière période glaciaire• A modelée le paysage• A laissée de grandes étendues

d’eau• A laissée les dépôts de sols

sur lesquels nous construisons

Till Moraine

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Esker


•Mer de Champlain•Dépôts marins : argiles marines (argiles Champlain)

•Jusqu’à 100 m d’épaisseur près du Lac Saint-Pierre, par exemple près de Louiseville

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Dépôts marins postglaciaires (Mer de Champlain) :

Robitaille et Allard. 1996. Guide pratique d’identification des dépôts de surface au Québec. Publications du Québec.

Argile Champlain

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Robitaille et Allard. 1996. Guide pratique d’identification des dépôts de surface au Québec. Publications du Québec. 9

Dunes à Tadoussac


Sol: Milieu poreux multiphase

Un milieu poreux est représenté comme étant un système multiphase:

• Squelette solide (s) – Particules de sol

• Eau – Profondeur moyenne de la nappe phréatique = 1 mètre

• Air - Inversement proportionnel au degré de saturation

Milieu poreux dont l’agencement des grains de la phase solide (s) définit un

réseau de vides (v=w+a) occupés par les phases liquide (eau, w) et gazeuse

(air, a)

Nature des sols

Eau dans les sols

Selon le niveau de saturation, l’eau aura une influence sur les

sols :

• Si le sol est saturé d’eau :

Diminution de la résistance

en cisaillement

• Si le sol est partiellement

saturé :

Cohésion apparente

Nature des sols

(Dysli, 1997)

uw

Eau dans les sols

Selon le niveau de saturation ET la température le gel aura une

influence sur les sols :

Nature des sols

• Transition de liquide à solide → Volume d’eau ↗ de 9%;• Sol avec porosité de 30 et 40% augmente de

3 à 4% en volume;• Augmentation de volume peut engendrer

gonflement de surface de 25 à 50 mm;• Si nappe d’eau proche de la surface, effet

capillaire et le gradient thermique peuvent entraîner la formation de lentilles de glace.

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Nature des solsComportement selon la grosseur des particules

Propriétés Graviers, sables Silts Argiles

Grosseur des grainsÀ gros grains visibles à

l’oeil nu> 0,08mm

À grains fins invisibles à l’oeil nu

< 0,08mm et > 0,002mm

À grains fins invisibles à l’oeil

nu < 0,002 mm

Caractéristiques Pulvérulents

Non plastiquesGranulaires

PulvérulentsNon plastiques

Granulaires

CohérentsPlastiques

-

Effets de l’eau sur le comportement du sol

Sans grande importance (exception: matériaux granulaires, lâches,

saturés et sous l’effet de charges dynamiques)

Importants Très importants

Effets de la distribution granulométrique sur le comportement du sol

Importants Sans grande importance Sans grande importance

Utilisation des sols en construction

• Il n’y a pas de bon ou de mauvais sol– Il y a des sols plus ou moins compétents pour

différentes fonctions– Besoin de support– Besoin de drainage– Besoin d’imperméabilisation

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Utilisation des sols en construction– Besoin de support

• Tassement • Capacité portante

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– Besoin de drainage• Rabattement de la nappe phréatique• Canalisation de l’eau

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Besoin d’imperméabilisation– Barrage– Cellule d’enfouissement

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• Tassement– Exigence de service

• Capacité portante– Exigence de résistance

• Stabilité– Équilibre des forces

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Critères de conception des sols en construction

• Lorsqu’un sol est chargé, il y aura d’abord un tassement

• La grandeur et la vitesse du tassement dépendront :– De la densité du sol

• Dense ou lâche

– De la nature du sol• Cohérent ou pulvérulent• Imperméable ou perméable

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KgKg

DENSE


Tassement



• Dense ou lâche


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DENSE

KgKg


Tassement



• Dense ou lâche


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LÂCHE

KgKg


Tassement



• Dense ou lâche


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LÂCHE

KgKg


Tassement

• La vitesse du tassement va dépendre de la perméabilité

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Tassement Vitesse

Granulaire lâche

Granulaire dense

Cohérent

KgKg

KgKg


Tassement

Lorsque le tassement est trop grand ou que la charge est trop grande :Il y a rupture du sol

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Capacité portante

Si l’équilibre des forces n’est pas respecté

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Stabilité

• Afin de déterminer :– Les propriétés des sols– La stratigraphie des dépôts de sols– La profondeur de la nappe phréatique– D’établir les paramètres de conception

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Investigation géotechnique

• Le nombre et la nature des sondages dépendent:– De la superficie du site et de l’ouvrage– Des charges transférées au sol– De la sécurité et du risque associé à l’ouvrage

• Hôpital / Pont• Entrepôt / Maison unifamiliale

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• Les techniques sont multiples

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• Creusage manuel• Excavation mécanique• Observation visuelle: nature des

sols, stratigraphieATTENTION - DANGER

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• Les techniques sont multiples

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Les forages:

3 principales méthodes d’avancement:

•Tarière évidée

•Rotation du tubage et lavage

•Battage du tubage

• Essais in-situ– Essais de pénétration standard– Essais au scissomètre

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• Essais in-situ– Essais au piézocône– Carottage du roc– Échantillonnage

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• Essais en laboratoire

- Granulométrie, sédimentométrie, limites d’Atterberg• Consistance, classification, identification, caractérisation

- Proctor• Conditions optimales de compactage

- Perméamètre• Conductivité hydraulique

- Cône suédois• Consistance, résistance, sensibilité

- Consolidation• Prévision des tassements

- Résistance (cisaillement direct, triaxial)• Résistance au cisaillement, capacité portante

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Tassements acceptables et capacité portante

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Charge Q

Sutilisation

Qutilisation

Tassements

Qrupture

D

B

Q

Quelques éléments de fondation

• Fondations superficielles

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• Fondations profondes

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• Plusieurs modèles ont été développés pour le calcul des : – Tassement– Capacité portante– Poussée des sols– Stabilité de talus– Pression de l’eau souterraine

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F .S. = Cu*r*l / W*a

' ' '0.5ult c qq c N q N BNgg= + +

oo

He1

es,final Tassement

ghu wApA

K0 (gH1 +g 'H2 )

• Mais comme on travaille avec des matériaux (sols) hétérogènes et anisotropes

• Des problèmes peuvent survenir

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• Les approches de calcul incluent des facteurs de risque qui limitent les imprévus

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Calcul aux états limites (CÉL) et calcul par charge de travail (CCT) pour une semelleCÉL CCT

Équation

Pondération des charges Comme vu en structure

αi varie par exemple entre 1,5 et 2 pour les surcharges(live load) …

Non

Sécurité Les ai fournissent une sécurité sur les chargesappliquées.

Le F (0,5 pour capacité portante d’une structure) fournitune sécurité pour l’aspect géotechnique.

Toute la sécurité estincluse dans le FS(généralement 3)

iiqå

u l tii qq F£å F S

qq u l ta d m £

• Outils de calcul numériques

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• Outils de calcul numériques•

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• Outils de calcul numériques

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• Afin de limiter les tassements et améliorer la capacité portante– Amélioration des sols– Diminution des charges– Transfert des charges

• Dans la réalisation des travaux d’excavation– Sans soutènement– Avec soutènement

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Pratiques courantes au Québec

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• Afin de limiter les tassements et améliorer la capacité portante

• Amélioration des sols– Compactage conventionnel– Compactage dynamique– Remplacement des sols– Remblai de préconsolidation

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• Amélioration des sols• Compactage conventionnel

– Tous les chantiers• Remblai contrôlé

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• Amélioration des sols• Compactage dynamique

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H

W

D

• Amélioration des sols• Remblai de préconsolidation

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• Amélioration des sols• Remblai de préconsolidation

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• Diminution des charges– Remblai léger

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• Transfert des charges

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• Dans la réalisation des travaux d’excavation• Sans soutènement

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• Dans la réalisation des travaux d’excavation• Avec soutènement

– Mur berlinois

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– Mur berlinois

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– Mur de palplanches

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• Le sol est une constituante importante des travaux de construction

• Une bonne connaissance du site et caractérisation des sols permet – D’adapter les fondations aux conditions du terrain– Une meilleure planification des travaux– D’éviter les surprises– De réaliser des économies

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En résumé

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Documents

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