FONDATIONS

I i<r. FondalioHt tur terrains aceetsibUi à sec, — { 2. Fondations sur terrains accessibles à Caide â^ épuisements, — {3. Fondations sur enrochements ; sur pi' lotis ; sur béton immergé ; sur radiers généraux, — S 4. Fondations sur terrains accessibles par Vemploi de Vair comprimé, — | 3. Fondations dans les terrains vaseux, à Vaide de puits blindés ou de massifs isolés. — (6. Ouvrages de protection des fondations. -^ Résumé général et conclusion.

tr

Observations préliminaires ; divisions du chapitre. — Définitions. ^ Principaux terrains pouvant supporter des fondations. — Roches dures, dispositions les concernant ; surfaces par gradins ; inconvénients, moyens d*y remédier. -^ Terrains autres que les roches dures pouvant supporter des fondations; ne* cessité d'en vérifier la résistance par des expériences directes. ^ Indications à tirer des ouvrages d'art existants. — Fouilles pour fondations ; étaiement ou blindage des fouilles. Exécution des premières couches de fondation ; emploi du bâton par gradins ou par couches horizontales ; comparaison avec la maçonnerie ordinaire. — Circonstances où l'emploi do pilotis peut devenir nécessaire ; durée insuifisaate du bois. — Terrains indéfiniment compressibies ; consolidation artificielle du sol ; précautions à prendre pour vérifier le degré de solidité obtenu — Superficie à donner aux fondations; limite de charge. — Résumé.

L'efnplaccment d*un ouvrage d'arl élanl déterminé, une question s'impose loui d*abord à rattention de Tingénieiir, c'est celle des fondations.

Il n'en est pas, en effet, qui ait plus d'importance ; elle exige les études les plus minutieuses, ne comporte aucune omission ou négligence, et c'est de la façon dont elle sera résolue que dépendra le succès de Tenlreprise et tout l'avenir de l'ouvrage exécuté.

Tout en nous dispensant d^entrer dans le détail des procédés généraux de construction, qui doivent faire Tobjet d'un ouvrage spécial dansTEncyclopédie, nous consacrerons ce chapitre à Texposé des divers modes de fondation auxquels il peut y avoir lieu de recourir pour Texéculion des ponts en maçonnerie ; et afin de les mieux faire comprendre nous choisirons pour chacun d'eux, lorsque cela nous paraîtra nécessaire^ l'exemple d'ouvrages d'art auxquels l'application en a été faite avec succès.

Les mémoires insérés dans les Annales des Ponts et chaussées nous fourniront, à cet égard, des documents aussi nombreux qu*on puisse le désirer et parmi lesquels nous n'aurons qu'un choix à faire.

Les circonstances en présence desquelles on peut se trouver placé, en ce qui concerne les fondations, varient à tel point qu'une classification complète en serait fort difficile. D'ordinaire, c'est d'après la nature des terrains qu'on a établi des distinctions» en se basant sur les conditions plus ou moins favorables que ces terrains présentent pour supporter des ouvrages d'art de quelque importance ; mais il peut très bien arriver que ces conditions ne soient pas nettement définies e[ que la situation comporte, pour l'exécution des fondations, des solutions différentes avec d'égales chances de succès. Il nous parait donc que le mieux est d'exposer les divers procédés applicables aux travaux de cette nature, en laissant aux ingénieurs le soin de discerner, dans chaque cas particulier, quel est, de ces procédés, celui dont on doil.à dépense égale, attendre les meilleurs résultats.

En ce qui touche les terrains, il est d'usage de les grouper en trois classes distinctes, suivant qu'ils sont : Incompressibles et inaffouillables ; Incompressibles mais affouillables ; Compressibles et affouillables.

Ces qualifications se comprennent par elles-mêmes sans que nous ayons à les définir.

En outre, à quelque groupe qu'il appartienne, un terrain peut être itanche ou perméable^ c'est-à-dire comporter des fouilles qui restent à sec, ou bien laisser pénétrer par infiltration, dans ces fouilles, des eaux plus ou moins abondantes.

n est certain que ces diverses désignations comprennent bien tous les terrains auxquels on peut avoir affaire dans la pratique; mais, au point rie vue de Texécution même des travaux^il y a tout d'abord une première distinction très nette à faire» sui-^ vaut que c'est k sec ou bien sous une couche d'eau plus ou moins profonde que les premières assises de maçonnerie doivent être établies.

Nous nous occuperons, dans ce premier paragraphe, des fon-dations sur terrains accessibles à sec, et nous examinerons après cela successivement les divers procédés à l'aide desquels on est parvenu à fonder, en quelque sorte à toute profondeur et malgré des difficultés qui pouvaient sembler insurmontables^ des ouvrages d'art d'une parfaite solidité.

Par terrains inaccessibles à sec nous n'entendons pas seulement la surface naturelle du sol sur lequel l'ouvrage projeté doit s'élever, niais bien la couche de ces terrains dont la soli« dite et la résistance sont nécessaires pour supporter, sans dé«formation sensible, la charge à laquelle donnera lieu le poids de cet ouvrage augmenté de toutes les surcharges accidentelles à prévoir.

Cette couche de terrain peut affleurer le sol» parfois même en émei^er comme lorsqu'il s'agit de rocher, d'autres fois elle est située à des profondeurs plus ou moins grandes ; de là des dispositions différentes à adopter pour l'exécution des fonda^ tiens.

Les terrains susceptibles de porter sans tassement le poids d'un ouvrage d'art sont, en première ligne, les roches dures de toute nature sauf celles exposées à une décomposition plus ou moins rapide par l'action de l'air et de l'humidité.

Puis viennent les schistes, les marnes dures, les argiles compactes» les bancs de gravier, les bancs de sable mèmei lorsqu'ils sont parfaitement maintenus, et divers autres terrains analogues.

Comme nous supposons, pour le moment, qu'on est entière-* ment à l'abri de 1 eau, tous ces terrains peuvent fournir un excellent sol de fondation, tnais des précautions spéciales sont cependant toujours nécessaires pour se préserver de tout mécompte.

128 CHAPITRE II — FOxNDATlONS

S'il s*agii de roches dures affleurant le se) ou en émergeant, il faut tout d'abord s'assurer par Tesamen de leur surface actuelle que le temps n'y produit aucune usure ou déformation marquée, et que leur durée peut être considérée eom me illimitée.

Si cette condition est remplie, la seule disposition à prendre consiste à déraser la surface de la roche suivant un p\wa, horizontal sur une étendue suffisante pour dépasser en tous sens le contour inférieur des fondations, puis à asseoir celles-ci directement sur la roche même.

Si la dureté de la roche n'est pas très grande, on fora to«ijours bien d'en refouiller la surface jusqu'à one emtaine profondeur, afin d'y encastrer la maçonnerie.

Cette dernière disposition devient absolument nécessaire toutes les fois que la roche est gélive, exposée à se déliter ou bien à être altérée de quelque façon que ce soit par l'effet en temps, et dans ce cas la profondeur de la fouille doit être telle qu'on n'ait aucune crainte de voir jamais les fondations mises à nu.

Lorsqu'on se trouve en pays de montagnes, il arrive le plus souvent que les bases de rocher sur lesquels les culées ou les piles d'un ouvrage d'art doivent être établies offrent une sur* face plus ou moins inclinée et l'on est porté, dans ce cas, à établir par gradins l'aire à préparer pour recevoir les fondations, afin de diminuer d'autant le cube du déblai de rocher & faire.

Il y a dans cette pratique un inconvénient qui peut être fort grave, celui 'de donner lieu à l'exécution de massifs de maçonnerie qui, ayant à supporter une charge uniformément répartie à leur sommet, se trouvent composés de parties d'inégale épaisseur. Il n'est pas nécessaire que ces inégalités soient bien grandes pour qu'il en résulte des différences de tassement d'une partie à l'autre de ces massifs et par suite des fissures qui, sans offrir touj.ours un grand danger, ne manquent jamais de produire le plus fâcheux effet et de causer, à juste titre, aux constructeurs, de très vives inquiétudes.

Il ne faut donc pas hésiter, malgré l'augmentation de la dépense, à faire dresser autant qu'on le peut la surface du rocher

suivant un plan horizontal unique, ou tout au moins à n'y lais* ser subsister que des gradins de hauteur insignifiante. Si cette disposition est impossible à réaliser, il ne reste qu'un parti à prendre, c'est d'esécuter la partie inférieure des fondations jusqu'au niveau du gradin le plus élevé en pierres de taille de même dureté que le rocher lui-même, appareillées avec le plus grand soin et posées presque sans mortier avec joints réduits an minimum,de façon à former ainsi sur toute la superficie des fondations un sol artificiel, arasé horizontalement ei offrant partout une incompressibilité sensiblement égale.

Il va sans dire que s'il existe dans la rodie des plans de cli* vage ou des fissures, donnant lieu de craindre qu'il s'y produise des éboulements, toutes les parties susceptibles de man« quer ainsi de solidité doivent d*abord être enlevées, avant de préparer Faire horizontale sur laquelle on se propose d'établir les maçonneries.

Ce sont là d'ailleurs, en matière de fondations, les conditions les plus faciles qui se puissent présenter ; il est toujours aisé, lorsqu'elles se rencontrent, de discerner ce qu'on doit faire pour assurer aux fondations toute la solidité nécessaire et les relier à la roche d'une façon indestrbctible. II serait donc sans intérêt d'insister à ce sujet.

Si ÏB terrata n'est pas une roche dure et surtout s'il est facile à entamer comme les marBes, les argiles, les graviers, les sa« blés, il faut toujours, nous le répétons, s'y encastrer profon* dément.

Il ne suffit pas d'ailleurs, pour juger un terrain, d'en connaître seulement la surface, il faut, en outre, savoir quelle est son épaisseur^ vérifier si les couches situées au-dessous offrent elles-mêmes une solidité suffisante^ s'assurer enfin qu'aucune cause probable ne viendra compromettre, avec le temps, la résistance sur laquelle on peut compter au moment actuel.

Le seul moyen d'être fixé a cet égard, c'est d effectuer des sondages très minutieux et d'y procéder de telle sorte qu'aucune erreur ne soit à craindre.

Les sondages ordinaires, c'est-à-dire ]es simples trous de sonde pratiqués à l'aide delà barre à mine ou autrement, peuvent suffire pour une première étude ; mais, avant d'en venir à

Texécution même des travaux on doit, à moins d'impossibilit(^, faire un déblai ou creuser des puits de dimensions suffisantes pour permettre un examen complet de la composition du sol.

S'il résultait de ces sondages qu'on se trouve en présence d'un terrain d'une incompressibilité douteuse^ il faudrait de toute nécessité recourir à des expériences directes, pour vérifier exactement le degré de résistance sur lequel on pourrait compter.

On arase pour cela le terrain sur une certaine superficie, et Ton y dispose soit un massif de maçonnerie de petites dimensionSyde 0"*,60 à l'",00 par exemple de côté, soit un fort panneau de bois ou de tôle, qu'on charge à Taide de saumons de fonte, de rails ou de toute autre sorte de matériaux lourds, pour ar-river à produire sur le sol une pression supérieure à celle à provenir de l'ouvrage d'art projeté. On examine comment le terrain se comporte, après avoir laissé séjourner la charge un certain temps, et Ton en conclut s'il pourra ou non supporter les fondations.

Afin de réduire le volume des matériaux lourds à manipuler, on peut recourir à un appareil en charpente disposé en forme de table et composé d'un [)ied vertical, ou forte pièce de bois, équarri, de O^jSO sur 0",50 par exemple, sur lequel on fixe un panneau carré de deux mètres de côté,consolidé en dessous par des aisseliers ou de fortes équerres en fer fixées sur les quatre faces de la pièce inférieure.

La superficie du patineau horizontal étant 16 fois plus grande que celle de la section de la pièce de bois appuyée sur le sol, il suffira de le charger de 20 tonnes de matériaux pour produire à la partie inférieure une pression de 8 kilogrammes par centimètre carré, supérieure à celle admise d'ordinaire pour des

L'essentiel est de disposer la charge avec une régularité parfaite, de façon que la pression produite soit elle-même exactement égale partout à la base de l'appareil.

En fait, l'incompressibilité absolue n'existe pas et il y a lieu parfois de compter sur un certain tassement ; mais il est indispensable que ce tassement, minime d'ailleurs, s'annonce comme devant être absolument régulier sur toute l'étendue des

fondations, et c est à le vérifier par avance que doivent tendre les essais dont nous vepons de parler.

A Tépoque présente les ouvrages d*art se sont à tel point multipliés qu'il est fort rare que, dans le voisinage plus ou moins proche de ceux dont on étudie les projets, il n*en existe pas d*autres déjà construits, susceptibles de fournir de très utiles indications pour tout ce qui touche aux fondations. On ne doit pas manquer d*eu tirer profit, mais sans négliger pour cela aucune des précautions que nous venons d'indiquer, à remplacement môme surlequel on veut s^établir.

Nous avons dit que, pour les terrains autres que les roches dures,la surface de fondation doit être descendue à une certaine profondeur au-dessous <lu sol, de sorte qu'il en résulte toujours des fouilles à faire.

Si les terrains dans lesquels ces fouilles sont ouvertes sont 1res consistants, on en peut dresser les parois verticalement sans avoir aucune précaution particulière à prendre, tant qu*on ne descend pas an delà de {""jBO ou 2"". Mais après cette limite, afin d'écarter toute chance d'accident, la prudence commande d'élayer le terrain, c'est-à-dire de poser contre les parois des madriers ou autres pièces de bois d'éc^uarrîssage plus ou moins fort selon la profondeur,et de les arc-bouter d'un côté à l'autre de la fouille à l'aide d'autres pièces de bois horizontales dites étrésillons, buttant des deux bouts contre les précédentes.

Au lieu de ces étrésillons^on peut,si l'on y trouve avantage, employer des cadres en charpente, ou môme en fer, qu'on pose entre les étais à mesure de l'avancement du déblai.

Dans les terrains sans consistance, le mieux, lorsqu'il s'agit de faibles profondeurs, est de faire dresser les parois de la fouille suivant l'inclinaison qu*on a reconnue nécessaire ; mais s'il faut descendre à plusieurs mètres en contre-bas du sol le parti à prendre pour éviter de trop forts déblais est de battre d'abord, autour de l'emplacement des fondations, des pieux jointifs auxquels on donne une fiche au moins égale à la profondeur qu'on veut atteindre. On déblaie ensuite à l'intérieur de cette enceinte, en ayant soin d'étayer les pieux pour les maintenir verticaux, à mesure de l'avancement de la fouille.

Dans les sables fins et secs, ou autres terrains fluents,on peut

18Î CIIAPITRK ÏI — FONDATIONS

se trouver obligé de disposer en arrière des pieux des madriers horizontaux plus ou moins espacés, suivant les cas, et même jointifs si la nécessité en est reconnue, pour empêcher tout éboulement. Parfois ce dernier résultat n'est assuré qu'en plaçant, en arrière des madriers^ des fascines ou des bottes de paille et en bourrant même les joints avec de la mousse ou des étoupes.

Aucune de ces opérations n'offre d'ailleurs de difficulté bien sérieuse à moins qu'il ne s'agisse de profondeurs exceptionnelles, et tout chef de chantier un peu expérimenté est généralement en état d'y pourvoir.

La fouille étant terminée et étayée, il reste à examiner comment seront exécutées les premières as^ses des fondations.

Dans ces derniers temps, beaucoup d'ingénieurs et le Conseil Général des Ponls et Chaussées lui-même, se sont montrés disposés à préférer la maçonnerie ordinaire au béton pow les fondations, toutes les fois que celles-ci peuvent être établies à sec et en dehors de toute action ultérieure des eaux.

Ce qui importe surtout, pour ces premières assises, c'est que le contact soit complet entre le terrain et la maçonnerie,et que celle-ci soit composée de telle sorte que les pressions se trouvent réparties sur le sol avec une égalité parfaite.

Or les gros moellons ou libages servant d'habitude à l'exécution des fondations sont plus ou moins irréguliers ; même en les posant sur bain de mortier, Quant de toutes parts, il arrive que les parties saillantes pressent plus fortement le sol que les parties en creux remplies de mortier, et l'on comprend qu'il en puisse résulter des tassements inégaux.

Une couche de béton, au contraire, se comporte, tant que la prise n'est pas complète, à la manière d'une masse pâteuse transmettant en tous sens des pressions égales, et il semble que de cette façon la charge supportée par les fondations doit être plus uniformément répartie sur le sol. Le contact complet avec le fond et les parois de la fouille est d'ailleurs plus aisé à obtenir.

Peut-être le béton devrait-il donc être préféré pour ces motifs, d'autant plus ^4«e lorsqu'il s'agit de massifs de fondation d'une grande épaisseur les inégalités do tassement y sont moins

à craindre qu'avec Temploi de la maçonnerie ordinaire ; mais la vérité est que l'un ou l'autre système peut donner d'exceK lents résultats, pourvu que Ton apporte dans la main-d'œuvre tout le soin nécessaire. Le mieux, en conséquence,est d adopter, dans chaque cas particulier^ celui des deux procédés qui doit èlre le plus économique ou le plus commode suivant les matériaux qu'on a à sa portée.

Nous n'avons pas à dire comment il convient de procéder pour l'exécution de la maçonnerie ordinaire.

Quant au béton, le plus souventjorsqu'il s'agit d'un massif de fondation à disposer dans une fouille à parois verticales, on l'emploie par couches de 0'',20i à 0"'^30 d'épaisseur soigneusement étendues et damées, de façon à bien remplir tous les vides et à presser fortement à la fois sur le fond et contre toutes les parois du terrain.

Quelques ingénieurs, toutefois, au lieu de procéder par couches occupant la superficie entière des fondations^ préfèrent régler l'avancement par gradins, comme le montre le croquis suivant. Cela revient à composer le massif, en quelque sorte, de couches inclinées comme l'indiquent sur le croquis les hachures plus serrées, et si l'opération est menée vivement on en obtient d'excellenls résultats, sous le rapport de Thomogénéité de la masse.

Nous estimons^ pour les travaux à sec dont il est question en ce moment, qu'on peut faire tout aussi bien en procédant par couches horizontales entières. L'essentiel, avec l'un ou l'autre procédé, est d'avoir sur le chantier les engins et les ouvriers

134 CHAPITRE a - FONDATIONS

néGessaires pmir fabriquer promptemeni le mortier et le béton el eséeoter la massif complet de fondation dans le moins de temps possftfo» Ott aéra toujour» asauré ainsi d'obtenir une liaison parfaite de tonlM les parties, de ftiQea à constituer, après la prise du mortier, un vérilaUa mooolithe de composition aussi homogène que possible, rempKsMttI tous les yidcs et pressant partout sur le sol aveo une complète r^fulvHé»

Nous avons supposé, dans tout ce qui précède, que te terrain solide était situé à une profondeur modérée en contrebas du sol. S*il en était autrement, il conviendrait d'examiner s'il ne faudrait pas recourir à Temploi de pilotis.

Le but qu'on se propose, en fondant un ouvrage d'art, c*est d'en faire porter la charge sur un point d'appui d'une complète solidité. Or les pilotis, lorsque leur extrémité inférieure repose sur un banc de roche par exemple, ou autre fond analogue, el qu'ils traversent un terrain de consistance suffisante pour les bien maintenir latéralement, offrent d'excellentes garanties de résistance.

Pour se rendre compte de l'opportunité de leur emploi» il faudrait après avoir exactement relevé, à l'aide de sondages, la composition du sol jusqu'au terrain solide, faire une étude comparative dont les éléments seraient : d'une part, les dépenses à prévoir pour établir des fouilles blindées jusqu'à la pro* fondeur nécessaire et remplir ensuite le vide avec du béton ou de la maçonnerie sur toute la hauteur ; d'autre part, la dépense relative à l'emploi de pilotis, avec une profondeur réduire de fouille et un moindre cube de maçonnerie de fondation.

Nous supposons qu'on s'est préalablement rendu compte du nombre de pieux à employer, ce qui dépend du poids des constructions à leur faire supporter et des circonstances parti* culières en présence desquelles on se trouve. Nous renvoyons d'ailleurs, pour l'examen de ces points accessoires, à celui des paragraphes suivants où nous traitons en détail toute cette question des fondations sur pilotis.

En ce qui touche les terrains à Tabri de l'eau, un point très important^ en cas d'emploi de pilotis, serait de s'assurer de la durée probable du bois dans le terrain de fondation. Si cette

durée peut être considérée comme illimitée pour dos pieux battus dans Teau ou dans des terrains constamment imbibés, il n'en est pas de même pour un sol ordinairement sec subissant par l'effet des pluies des allernativea d'humidité. Dans ces dernières conditions les bois s'altèrent rapidement et perdent toule résistance, de sorte que Pemploi n'en serait pas praticable ; mais on pourrait recourir dans ce cas à des pieux métalliques à vis, du genre de ceux dont nous nous occuperons plus loin.

n arrive parfois que le terrain sur lequel on se trouve obligé de fonder un ouvrage d'art est en quelque sorte indéfiniment compressible, et qu'on ne saurait compter ni à l'aide de fouil^ les blindées ni à l'aide de pilotis atteindre un sol résistant.

Dans cette situation, l'emploi des pieux est encore pratiqué, non plus pour faire supporter au terrain inférieur le poids de la construction, mais pour créer artificiellement un sol plus consistant que le terrain naturel. On comprend, en effet, qu'à mesure que des pieux sont battus, surtout si on les emploie en grand nombre, les compressions qui en résultent latérale-^ ment, en tous sens, doivent produire un tassement du terrain de nature à en augmenter notablement la résistance. C'est à cela que tend le procédé employé.

Afin d'éviter l'inconvénient que nous signalions tout*à« rbeure de la courte durée des bois qui ne sont pas constamment immergea, il convient, lorsqu'on veut consolider artificiellement un terrain, de recourir au moyen suivant.

Après avoir battu un pieu dans le terrain compressible, on Tarrache et dans le vide qu'il laisse après lui on introduit im* médiatement soit du sable qu'on tasse en le mouillant et qu'on pilonne, soit, mieux encore, du béton de ciment à prise rapide qu'on comprime fortement. Les pieux employés doi* vent être coniques et n'avoir guère que 3™ de longueur. En bourrant les vides avec du béton de ciment on peut très bien, lorsque la prise est complète, faire un battage sur chacune de ces sortes d^aiguilles solides ainsi obtenues, pour ajouter à la compression du sol.

Lorsqu'on est dans la nécessité de recourir à ces moyens tout spéciaux, dont le succès n'est jamais complètement as-

136 CHAWTIŒ II — FONDATIONS

sure, il convient de mulliplier les précautions pour se mellre à l'abri de tout mécompte ultérieur.

C'est ainsi qu*il est prudent de laisser écouler un certain temps entre le moment où l'on a procédé à la consolidation du sol et le commencement de Texécution des fondations. U peut arriver, en effet, que par une sorte de travail moléculaire plus ou moins lent, un nouvel état d^équilibre s'établisse à l'intérieur du terrain, tendant à diminuer beaucoup la consistance qu'on avait pensé obtenir. Si tel était le cas, il faudrait augmenter encore le nombre des pieux jusqu'au point où leur refus indiquerait que la consistance nécessaire est de nouveau réalisée

En tout état, d'ailleurs, il faudrait donner à la surface con. solidée une étendue au moins double de celle des fondations et la recouvrir d'une couche de béton d'une forte épaisseur formant empattement, afin de reporter sur toute Taire inférieure le poids des constructions à élever. Il serait bon enfin, suivant les cas, de limiter la charge du terrain à 2 ou 3 kilogrammes au plus par centimètre carré.

En résumé, les difficultés à vaincre sont généralement de peu d'importance pour les fondations sur terrains accessibles à sec, et, en général, les observations qui précèdent suffiront pour indiquer quelles sont les dispositions utiles à prendre dans les diverses circonstances.

S'il n'en était pas ainsi, on trouverait certainement dans la description des procédés applicables aux fondations sous l'eau toutes les indications complémentaires nécessaires pour déterminer, dans les cas exceptionnellement difficiles, les procédés auxquels on devrait recourir pour l'exécution de fondations sur les terrains dont nous nous sommes occupés dans ce premier paragraphe.