Structure La reprise en sous-œuvre des bâtiments

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Sous l’église Saint-Germain de Charonne (Paris 20e), qui présentait une instabilité chronique, 190 colonnes de jet grouting de 80 cm à 1 m ont permis de récréer des appuis.

© Docs. François Fondeville ; Philippe Donnaes

Les modifications structurelles d’un bâtiment ou la construction d’ouvrages mitoyens peuvent exiger des interventions de reprise en sous-œuvre, plus ou moins complexes, afin de renforcer les fondations existantes. Une connaissance parfaite du terrain et de son entourage immédiat est nécessaire pour déterminer la ou les solutions techniques les mieux adaptées.

Plusieurs conditions ou situations nécessitent des solutions de reprise en sous-œuvre, autrement dit, de modification ou de remplacement des fondations d’un ouvrage existant. C’est le cas lorsque le bâtiment présente certains désordres ou pathologies pouvant résulter d’une mauvaise conception (non-respect des modes opératoires prévus lors de la conception, distorsions entre les procédures de bétonnage et les hypothèses retenues à la formulation des bétons), ou d’une modification des capacités de portance du sol à la suite de phénomènes extérieurs (problèmes d’infiltration d’eau ou de gonflement-rétraction des terrains dus à la présence d’argile notamment). Mais cela est également vrai à chaque fois que des travaux sont effectués à proximité d’une construction existante, les terrassements, en fonction de leur profondeur, pouvant affaiblir plus ou moins la structure voisine (lire l’encadré p. 34) et la descente de charges créant des efforts diffusés dans le terrain.

Dernier cas de figure, « lorsqu’un bâtiment en bon état change d’affectation ou subit des modifications structurelles importantes », précise Stéphane Monleau, directeur commercial et marketing chez Soletanche Bachy. Par exemple, avec la création d’étages ou de cages d’ascenseur ; la transformation de logements (150 kg/m2) en bureaux (250 kg/m2), ou de bureaux en établissements recevant du public (400 kg/ m2) ; ou une répartition différente des charges (déplacement de cloisons, ouverture de baies ou trémies). Ces travaux se traduisent par une modification des descentes de charges et donc, des sollicitations transmises au terrain, cette nouvelle répartition devant être « acceptée » par celui-ci, sans provoquer ni tassement ni déplacement des fondations existantes.

Procédé classique

La technique la plus courante, dite « traditionnelle », consiste à reprendre les fondations du bâtiment sur des longrines (dans le cas d’appuis filants) ou des massifs superficiels en béton armé (pour des appuis ponctuels), en allant rechercher le terrain de bonne capacité portante. Si cette solution est à la portée de nombreuses entreprises quand la profondeur n’excède pas un mètre, elle devient l’affaire de spécialistes dès lors qu’il faut descendre beaucoup plus profond, les travaux nécessitant la réalisation de puits blindés et une intervention par passes alternées. « La méthodologie consiste à pianoter, c’est-à-dire à ouvrir le terrain par plots, la largeur de ceux-ci variant, en moyenne, de 1,5 à 2,5 m en fonction des caractéristiques géotechniques du sol », explique Marc Larruy, directeur d’exploitation et directeur technique groupe chez François Fondeville. En laissant donc, entre chacun d’eux, des tranches de terrain qui assurent le transfert de charges durant cette phase provisoire.
Après ferraillage, le bétonnage s’effectue en utilisant des banches classiques, « ou par béton projeté lorsque la nature du terrain ne permet pas d’ouvrir sur une largeur suffisamment importante », indique Marc Larruy. Une fois que le béton a atteint une résistance suffisante pour assurer la transmission des charges verticales, l’opération est réitérée à l’identique, dans les zones laissées en attente, jusqu’à réaliser l’ensemble de la structure. Celle-ci est ensuite butonnée, la descente jusqu’au niveau requis se poursuivant selon la même méthodologie, par bandes de 1 à 1,5 m de hauteur.
Autre solution : le bilame, similaire à la technique du prémur employé en superstructure. « Il s’agit de terrasser sur 6 à 8 m de hauteur et d’insérer dans la fouille une structure préfabriquée de 1,5 m de largeur en moyenne, constituée de deux prédalles en béton armé qui intègrent le ferraillage dans leur épaisseur. Positionné, l’ensemble est ensuite bétonné et, là encore, l’opération se poursuit à l’identique, en pianotant. Ce système, très rapide, nécessite un terrain qui se tienne très bien, de type rocheux, avec, dans le cas contraire, des risques d’affouillement. Son emploi réclame, « dans le cas de travaux mitoyens, de connaître parfaitement, l’état structurel des bâtiments voisins », souligne Marc Larruy.
Autre solution, très intéressante en matière de délais : la mise en œuvre de tirants passifs qui tiennent la structure en phase provisoire et évitent ainsi la pose de butons. Assez peu employée en ville en raison des problèmes de mitoyenneté, elle est adaptée aux travaux lorsque la nature du projet permet de s’affranchir de ce type de contraintes. L’avantage ? La nécessité de réaliser un tirant d’essai fournit l’occasion de connaître la réalité du terrain, et ainsi d’être beaucoup plus précis dans le dimensionnement que sur la base des seuls résultats de l’étude géotechnique.

Micropieux

« Pour minimiser les terrassements lourds en phase provisoire, et donc les risques de fragiliser le bâtiment, la solution par micropieux permet d’intervenir à partir du terrain naturel afin d’aller chercher "le bon sol"à des profondeurs importantes, jusqu’à 25 ou 30 m », relève Romuald Ciannamea, directeur général de Sols et Fondations. Les micropieux se caractérisent par leur diamètre réduit (inférieur à 250/300 mm), l’élément porteur étant constitué d’une barre, d’un tube ou d’un profil H en acier scellé au terrain (coulis de ciment, mortier ou microbéton). Mais « les appuis créés sont de type ponctuel et la structure existante n’est pas toujours apte à reprendre ces efforts », met en garde Stéphane Monleau. D’où, parfois, la nécessité de réaliser une longrine en béton qui répartisse les contraintes. Autre problème, l’exiguïté et l’accessibilité difficile qui caractérisent les chantiers de reprise en sous-œuvre. Pour contourner cet écueil, les entreprises ont développé des foreuses spécifiques, démontables et mobiles. Les injections classiques ou de résine polyuréthane peuvent également être employées. Ce dernier procédé, qui consiste à améliorer les caractéristiques du terrain en y injectant une mousse expansive de facteur 1 à 10, permet des interventions rapides et peu intrusives : perçage de faible diamètre (inférieur à 30 mm) et matériels légers. La solution est toutefois incompatible avec des sols non compressibles (de type argileux) et l’expansion n’est pas toujours maîtrisée, car elle dépend de la quantité d’eau présente dans le terrain, de la température et de la rapidité de mise en œuvre.

Picots d’injection, jet grouting et vérinage

Alternative intéressante, proposée par M.Tech Patrimonium, les picots d’injection de sols (PIS) [voir le schéma p. 33]. « Contrairement aux résines chimiques, notre produit d’injection 100 % écologique est un mortier minéral microbroyé exempt de toute adjuvantation chimique », fait valoir Alain Meyer, administrateur délégué de la société. Surtout, « il exclut tous les problèmes de soulèvement, alors que les résines continuent fréquemment à "pousser" ». Autre technique permettant d’intervenir depuis le terrain naturel : le jet grouting. Ce procédé d’amélioration de sol dans la masse utilise un jet de fluide à haute énergie cinétique (pression de 20 à 40 MPa) pour déstructurer le terrain et le mélanger avec un coulis liquide, de manière à former un béton permettant de créer des colonnes, panneaux ou autres structures dans le sol.

N°346

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