Renversement des fondations : causes et calcul

Le renversement des fondations est un problème grave qui peut mettre en péril l'intégrité structurelle d'un bâtiment. Le renversement d'une fondation peut entraîner des dommages importants et des réparations coûteuses. Pour prévenir ce problème, il faut d'abord en connaître les causes et savoir comment estimer les risques.

Les phénomènes météorologiques extrêmes, une conception inadéquate des fondations et de mauvaises conditions de sol sont quelques-uns des facteurs qui peuvent provoquer le renversement d'une fondation. La fondation peut subir des pressions provenant de l'un ou l'autre de ces facteurs, ce qui peut entraîner son basculement ou sa chute. La détection précoce de ces facteurs peut faciliter la mise en œuvre de mesures préventives afin d'éviter de graves dommages.

Pour calculer le risque de renversement d'une fondation, il faut comprendre les forces sous-jacentes. Le poids du bâtiment, la résistance du sol et les pressions externes telles que le vent ou l'écoulement de l'eau sont généralement pris en compte par les ingénieurs. L'examen attentif de ces éléments permet de vérifier la stabilité des fondations et de prendre les mesures appropriées pour les renforcer.

Cet article examine les causes typiques du renversement des fondations et propose une méthode simple pour estimer les risques. Notre objectif est de vous fournir des conseils clairs sur cette question complexe afin que vous puissiez protéger votre propriété contre d'éventuelles menaces.

Causes du renversement des fondations	Calcul du renversement des fondations
Mauvaises conditions du sol	Identifier les forces de charge sur la fondation
Drainage inadéquat	Calculer le moment causé par ces forces
Charge excessive	Comparer le moment de renversement au moment résistant
Profondeur de fondation inadéquate	Veiller à ce que le moment résistant soit plus important pour éviter le renversement

Le renversement des fondations d'un bâtiment peut être un problème majeur causé par une pression inégale du sol, des méthodes de construction médiocres ou des conditions météorologiques défavorables. Pour prévenir les dommages, il faut en comprendre les causes, et pour déterminer le risque, il faut évaluer les forces externes, la conception des fondations et la stabilité du sol. Afin de garantir la sécurité de votre bâtiment, cet article vous aidera à déterminer les causes du renversement des fondations ainsi que les stratégies permettant d'estimer et de réduire le risque.

Causes des problèmes

Vous devez comprendre les principes fondamentaux du processus et les causes du renversement de la fondation avant de commencer les calculs. Il y a trois raisons principales pour lesquelles les appuis du cadre reposent sur une plaque centrale :

• Géomécanique des sols hétérogènes, dont certains ont une capacité portante réduite.
• une répartition inégale des charges d'exploitation sur la zone.
• Prise en compte superficielle des forces verticales externes.

Le renversement est plus susceptible de se produire lors de la construction d'immeubles privés de faible hauteur ; il ne se produit pas lorsque des immeubles de plusieurs étages sont conçus avec soin, ce qui commence par une modélisation informatique des conditions d'exploitation du bâtiment. Cependant, la création de projets de maisons privées fait de plus en plus appel à des modèles spatiaux en 3D.

Lorsqu'un moment de renversement se produit, les fondations d'une maison à un étage se détériorent par étapes :

Examinons de plus près les causes du renversement des fondations.

Mauvais choix du sol

Impressions émotionnelles sur le site (belle région, distance de l'autoroute, bonne écologie, air pur, étang, etc.Le manque d'espace disponible pour la construction et le manque d'espace disponible pour la construction conduisent souvent à une sous-estimation des capacités du sol dans la zone de construction. Cependant, personne ne conteste qu'il est possible de construire une maison sur un tel terrain. En effet, c'est faisable, mais seulement si le sol est renforcé au préalable.

Injecter de la terre sous les fondations pour les renforcer :

La durabilité sera également affectée par le tassement irrégulier de la maçonnerie pour les raisons suivantes :

1. Mouvement d'humidité dans les couches superficielles du sol.
2. Composantes excessives des forces verticales.
3. Mouvements périodiques du sol (il ne s'agit pas nécessairement de tremblements de terre, mais aussi de glissements de terrain).
4. Augmentation de l'humidité de l'air due à l'évaporation de l'humidité des arbustes et/ou des arbres.
5. La présence de zones d'accumulation prolongée d'eau après des précipitations intenses (typiques uniquement pour les sols argileux).

Cela signifie que, du point de vue susmentionné, la construction d'une maison privée dans une zone qui n'a pas fait l'objet de beaucoup de recherches est extrêmement dangereuse.

Principaux domaines de soins préventifs :

• Renforcement soigneux des parois des tranchées (dans le cas d'une fondation en bandes) et forage du sol afin d'obtenir des carottes aux points de référence – pour les fondations en dalles. Les paramètres géomécaniques des échantillons prélevés dans toutes les zones d'angle doivent être approximativement les mêmes.
• Détermination des charges opérationnelles provenant des meubles, des appareils de cuisine, des communications de plomberie, des éléments des systèmes de chauffage, etc. Il est clair que tout cela doit être réparti uniformément sur la surface de la maison, et proportionnellement à la capacité portante du sol.
• Modélisation des forces verticales et des moments de renversement (il peut y en avoir plusieurs).

Types de moments de renversement

Comme nous l'avons démontré précédemment, le tassement de l'ensemble ou d'une partie de la fondation se produit avant le renversement. Un des trois mécanismes – poinçonnement général ou partiel du sol, ou destruction de la fondation sous l'effet des contraintes de cisaillement – peut être à l'origine du tassement. Les caractéristiques de la surveillance du renversement sont les suivantes :

• La rupture par cisaillement général a des limites clairement définies.
• La charge de rupture est clairement définie.
• Le sol adjacent à la fondation gonfle.
• Un chavirement se produit soudainement et a des conséquences graves.

D'une manière générale, le renversement général ne se produit que sur des fondations peu profondes et est plus fréquent sur les loams sableux lâches ou les sols argileux durs.

Le moment de renversement résultant d'un poinçonnement se déroule différemment : la valeur critique ne peut être déterminée sans un équipement spécialisé et extrêmement sensible, car le moment de destruction est difficile à déterminer et la charge verticale augmente progressivement au fur et à mesure que la base se déplace verticalement. Il n'y a pas de gonflement du sol. Cependant, comme la charge sur la maison peut être rééquilibrée et que les fondations peuvent être renforcées dans des zones clés, ce type de renversement n'entraîne généralement pas d'accident.

Ce type de renversement provoque d'abord une légère inclinaison de la fondation avant qu'elle ne se stabilise horizontalement et verticalement. typique des loams sableux de densité moyenne ou des fondations en argile molle installées à différentes profondeurs.

La déformation locale des fondations, indépendante de la distribution des forces externes sur la surface de la maison, est une caractéristique du renversement local avec cisaillement. La seule façon de voir les gonflements du sol est de les voir de côté. Ce type de renversement se produit dans les loams sableux de densité moyenne et les sols argileux durs ; la profondeur de la fondation n'a pas d'incidence.

Séquence de détermination du moment de renversement

L'information de départ est la suivante :

1. Forces verticales Rv, tendant à faire tourner la fondation autour de son propre axe.
2. Forces Ru empêchant le renversement de la fondation.
3. Charges opérationnelles externes Rvn.
4. Moments Mg dus aux forces de cisaillement horizontales.

Les différences entre les propriétés de résistance du sol et du matériau de fondation déterminent les forces verticales ; les forces de frottement entre les composants déterminent les forces de maintien ; les facteurs naturels les plus extrêmes dans la zone de construction détermineront les forces de cisaillement horizontales ; et les forces opérationnelles externes affecteront la précision de l'application du moment de renversement.

La dernière étape consiste à vérifier la stabilité de la fondation, qui est influencée par chacune des forces susmentionnées.

Étant donné que le paramètre Mg n'est actif que dans la plus grande dimension globale de la fondation (lmax), l'inégalité suivante doit être notée : (Рв + Ег/lmax)/Ду< 1

Le facteur de sécurité kb est généralement utilisé pour exprimer le degré auquel le dénominateur dépasse le numérateur ; plus il est petit, plus la probabilité de chavirement est faible.

La détermination de plusieurs composantes de l'inégalité peut s'avérer difficile, c'est pourquoi l'indicateur kb est généralement normalisé.

Comment calculer le facteur de sécurité?

Comme le montre l'équation, le facteur de sécurité détermine la capacité de charge ultime et est lié à la pression d'appui admissible :

• Fs – facteur de sécurité au cisaillement ;
• gDf – pression effective à la profondeur de la fondation Df ;
• kpr – valeur minimale admissible du facteur de sécurité.

Le facteur de sécurité nécessaire dépend

• Type de bâtiment – permanent ou temporaire.
• Propriétés physiques et mécaniques du sol :.
• Précision des données obtenues (et donc des hypothèses de calcul).
• Degré de contrôle de la qualité lors de la construction.

Si le sol est suffisamment homogène, vous pouvez fixer la valeur standard de kb à l'aide de la table développée. Les fondations superficielles sont compatibles avec les normes.

La valeur choisie pour le facteur de sécurité n'est déterminée qu'après une évaluation approfondie de la fiabilité de chaque paramètre contrôlant le comportement de la structure du bâtiment. Toutes les charges, résistances et caractéristiques de déformation du sol doivent être incluses dans ces paramètres.

Pour les structures temporaires, les valeurs ci-dessus peuvent être réduites jusqu'à 75 % si la valeur est au moins égale à 2. En revanche, il est conseillé d'augmenter la valeur kb de 20 à 50 % pour les cheminées susceptibles de s'effondrer.

Détermination des moments de renversement et de retenue

Comme démontré ci-dessus, le moment de retenue Mu divisé par le moment de chavirement Mop est utilisé pour déterminer le facteur de sécurité pour le chavirement.

La valeur la plus basse de la base dans chaque combinaison de charge est utilisée comme guide pour le calcul de kb pour chaque combinaison de charge du sol.

Le total des moments résultant de chacun des facteurs suivants est le moment de maintien :

• des charges axiales agissant sur la dalle.
• Calcul des charges supplémentaires sur les fondations.
• Poids propre de la fondation.

Le moment total sur l'élément de charpente vertical plus tout cisaillement de la dalle multiplié par la distance entre la base de cet élément et la base de la fondation est le moment de renversement.

La résistance au moment de renversement peut être influencée de manière significative par le poids propre du support. La taille optimisée de la fondation tendue peut être beaucoup plus importante que prévu si l'utilisateur fixe le poids de l'unité de fondation en béton à zéro ou décide de ne pas prendre en compte le poids propre de la fondation lors de l'analyse.

Cette observation est importante pour une fondation qui supporte des éléments de charpente verticaux, car elle montre qu'un moment de base relativement important et une charge axiale relativement faible sont présents dans ce cas.

Technologies de calcul

Le rapport idéal entre l'intensité du travail et la précision est partagé par trois méthodes : la méthode des charges externes, la méthode des états limites et le calcul des fondations. La modélisation informatique est désormais une méthode activement utilisée.

Calcul des fondations

Le coefficient de stabilité contre le renversement, qui est le rapport réel entre les moments stabilisants et les moments déstabilisants, se trouve ici.

Le total des moments résistifs divisé par le total des moments de renversement donne le facteur de sécurité.

Bien que les données d'entrée par défaut pour les facteurs de sécurité puissent être acceptées, il est conseillé de les mettre à jour et de les modifier si nécessaire en fonction des exigences du projet, du type de fondation et des exigences de construction.

Seules les combinaisons de charges de service sont utilisées dans le calcul du facteur de sécurité au renversement, qui est effectué pour les deux plans de base.

Tous les cisaillements et moments latéraux déstabilisent la structure, et tous les calculs sont effectués en supposant que toutes les charges verticales sont stabilisantes et ne peuvent produire qu'un moment stabilisant.

Dans ce cas, la charge verticale totale est le résultat des forces axiales combinées. Puisque l'effet combiné des charges axiales est considéré comme ayant un effet stabilisateur, la formule suivante est considérée comme représentant le moment de résistance :

• R – la somme de toutes les charges sur la base ;
• L – la plus grande dimension de la base en plan).

Méthode des charges externes

Il s'agit d'analyser chaque composante de la charge et de déterminer si le résultat a un effet stabilisateur ou déstabilisateur. Les forces de cisaillement et de soulèvement, ainsi que les moments appliqués, ont tendance à provoquer l'instabilité de la fondation et à la faire basculer.

Les moments qui tendent à stabiliser le support et à empêcher le renversement sont appelés moments de résistance. Pour vérifier si chaque bord de la fondation est susceptible de basculer, des tests de renversement sont effectués. Ceci est crucial pour les fondations à appuis excentrés, car les effets stabilisateurs des charges verticales sur les faces individuelles seront différents.

Nous pouvons déterminer la tendance réelle de la structure à basculer en additionnant tous les moments de résistance et en les comparant au total de tous les moments de renversement.

Il suffit de multiplier la charge du vent par un facteur de sécurité pour comparer la précision des deux méthodes et déterminer si la fondation fonctionne encore. Si la méthode traditionnelle permet d'obtenir un facteur de 3.Si l'influence du vent (cisaillement et soulèvement) est égale à 0, par exemple, la fondation deviendra instable et le facteur de sécurité affichera une valeur négative.

Méthode des états limites

S'utilise dans le calcul de la charge de cisaillement et du moment de renversement sur des fondations instables. Lorsque des charges extrêmes se combinent pour provoquer une rupture pure et simple de la fondation, les autres méthodes ne sont pas en mesure de gérer la situation. En effet, les autres techniques de détermination de la valeur du moment de renversement reposent sur la détermination de la capacité portante du sol et des exigences de cisaillement de la fondation.

L'approche de l'état limite suppose que la charge verticale totale et son excentricité nette peuvent être utilisées pour déterminer le cisaillement et le moment de conception.

L'effort tranchant de calcul à la base dans ces situations, où la résultante s'écarte de la base, sera constant et égal à la résultante nette moins les effets du poids mort ou de la surcharge.

En outre, la charge résultante multipliée par la distance entre la résultante et la surface de la dalle servira de base pour le moment de calcul sur la surface de la base. Lors du calcul du moment de conception final, tout effet de moment négatif provoqué par le poids propre de la dalle de fondation est déduit du résultat.

Le renversement des fondations est un problème majeur qui peut compromettre la stabilité de toute structure. La première ligne de défense contre ce phénomène consiste à en comprendre les causes. Un certain nombre de facteurs sont importants, notamment une mauvaise conception des fondations, des charges excessives et les conditions du sol. La longévité et la sécurité de votre fondation dépendent d'inspections de routine et d'un entretien approprié.

Évaluer les forces agissant sur la structure et s'assurer que les fondations peuvent résister à ces forces sont des étapes nécessaires pour calculer le risque de renversement des fondations. Il s'agit de prendre en compte le poids du bâtiment, le vent, l'activité sismique et la pression du sol. Vous pouvez créer une fondation qui résiste à ces difficultés en utilisant les techniques de calcul appropriées et en demandant l'avis d'ingénieurs en structure.

Vous pouvez réduire considérablement le risque de renversement des fondations en prenant en compte les problèmes sous-jacents et en utilisant des calculs précis. La stabilité et la sécurité à long terme de votre bâtiment sont assurées en consacrant du temps et des ressources à la planification et à la construction minutieuses des fondations. Rappelons que la durabilité globale de toute structure dépend de ses fondations.

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