Brevet FR2446359A1 — publié le 19800808

La présente invention concerne la protection des fondations d'ouvrages de génie civil, et en particulier de bâtiments, contre les effets de la variation de volume, et en particulier du retrait, des sols qualifiés de gonflants, à l'occasion de variations de leur teneur en eau. De plus en plus les ouvrages de génie civil, et en particulier les bati ments, ne sont plus fondés sur des sols présentant des caractéristiques mécani- ques quasi inaltérables, mais sur n importe quel sol. Il arrive ainsi de plus en plus fréque=nent que des bâtiments soient fondés par l'intermédiaire de semelles filantes posées sur des argiles ou des marnes gonflantes. Tous les sols contiennent une phase solide et deux phases fluides, l'une liquide (eau) et l'autre gazeuse (air). L'eau et ltair sont en proportion variable, l'eau peut occuper de quelques unités pour cent à la quasi totalité du volume disponible pour les phases fluides. L'essentiel de l'eau est physiquement libre, toutefois une proportion généralement faible, mais très variable selon les sols, en est adsorbée sur la phase solide. Quand la teneur en eau du sol change (pluviosité, nappes phréatiques, influences artificielles ...), le pourcentage d'eau adsorbée change et le sol change de volume. Plus les sols sont grossiers (sables et graviers), plus ces variations sont imperceptibles.Pour les sols fins, ces variations deviennent perceptibles, en particulier pour certaines argiles feuilletées (ou pour certaines marnes qui sont à peu pres des argiles comprimées durant leur histoire géologique) ; il s'agit alors de sols appelés communément ''gonClaalts''. Quand un sol gonflant naturellement peu saturé (quelques dizaines pour cent) est soumis à saturation d'eau, la quantité d'eau adsorbée augncIlte, l'angle entre les feuillets, (quasi parallèles par exemple pour une marne sèche) augmente et le volume du sol peut augmenter de plusieurs unités pour cent. Inversement lorsqu'on assèche un sol gonflant il peut subir un retrait analogue. La qualité gonflante d'un sol est généralement mise en évidence en laboratoire par un essai de chargement à l'oedometre dont le résultat est représenté an portant la variation de l'indice des vides du sol en fonction du logarithme de la charge appliquée. La courbe de chargement et déehargemellt oedométrique d'une argile peu gonflante, naturellement non saturée, et portée on laboratoire à saturation, est représentée en figure 1. La courbe oedométrique d'une argile gonflante saturée puis chargée dans les mêmes conditions est représentée sur la figure 2 : après déchargement l'indice des vides est supérieur à celui avant le chargement. Dans la pratique, ces variations de volume, qui sont inégales sous une meme semelle (à cause de paramètres du sol variables, comme la nature l'épais- seur la teneur en eau, la compacité etc. de la couche gonflante) induisent dans cette semelle des variations de contraintes et des déformations pouvant provoquer des ruptures locales des semelles, et des dommages, parfois graves, dans l'édifice. Ces dommages sont d'autant plus désagréables qu'ils ne sont pas définitifs mais varient avec la teneur en eau du sol. On voit donc -par exemple des fentes s'ouvrir et se fermer périodiquement selon les saisons. Pour fonder un édifice sur un sol gonflant, on peut prévenir ces désordres en fondant l'édifice sur des pieux traversant la couche gonflante et fichés dans une couche sous-jacente non gonflante, Ce procédé est efficace bien que relativement onéreux. Mais souvent, faute d'études préliminaires, on ne s'aperçoit de la qualité gonflante du sol de la fondation qu'à l'usage et l'on peut également éxécuter des pieux en sous-oeuvre, mais qu'il faut liaisonner on tête avec les semelles existantes, dont les plans de ferraillage ne sont généralement pas connus et en tous cas pas prévus pour des appuis devenant ainsi discontinus. La reprise en sous-oeuvre par de tels pieux, pour etre tout à fait efficace, entraîne généralement de grandes dépenses et des complications pratiques. Le but de l'invention est de maintenir relativement constante la teneur en eau du sol gonflant sur lequel est fondé l'édifice. Les sols gonflants étant relativement imperméables, il est nécessaire d'augmenter leur perméabilité pour pouvoir, par un apport ou un retrait d'eau compenser la variation néfaste de teneur en eau qui peut être provoquée par, la pluviosité, la sécheresse, une variation du niveau de la nappe, naturelle ou artificielle etc. I1 est connu et répandu de constituer dans-des sols compressibles (mais pas spécialement gonflants) des puits verticaux remplis d'un élément filtrant pour drainer dans ces puits l'eau extraite du sol compressible (sous l'effet d'un gradient, généralement la pesanteur d'une surcharge) et compacter ainsi le sol.La présente invention se différencie de ces procédés dans la mesure où ne cherchant pas à compacter le sol en place par deshydratation, mais à maintenir relativement constante sa teneur en eau d'origine, elle nécessite un procédé de mise en oeuvre qui permette, non seulement de drainer le sol gonflant, mais aussi de l'irriguer à volonté, en sorte de maintenir relativement constante sa teneur en eau, sans que, à la différence d'un drain courant, il soit nécessaire de prévoir de dispositif donnant au drain une résistance mécanique (par exemple de cisaillement), puisque dans le cas de l'invention il ne doit pas y avoir de variations de volumes perceptibles. Un dispositif parmi d'autres de mise en oeuvre du procédé ci-dessus, par ticulièrement simple et bon marché est le suivant Depuis la surface du sol jusqu'à une profondeur suffisante {Ans les cas courants un à quelques mètres), on constitue (figure 3) des puits 1 de préférence verticaux de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres de diamètre. Ces puits sont remplis d'un élément filtrant, de préférence du sable ou du gravier sableux quasiment dépourvus de particules inférieures à environ 100 microns Généralement le trou reste ouvert avant qu'on le remplisse de sable. Si excep tiounellement ce n'este pas le cas, et qu'il faille prévenir le colmatage des filtres, on peut prévoir de revêtir les trous de chaussettes filtrantes. Dans la plupart des cas les ouvrages à protéger 2 sont déjà construits lors de la mise en oeuvre de l'invention, et la variation de teneur en eau se ina este par un écouleme-nt latéral par rapport à l'ouvrage (variation de plusiosité, apport artificiel etc.).Dans ce cas, et c'est un nouvel avantage par rapport aux reprises sur pieux, il suffit d'éxécuter dans le sol gonflant un rideau 3 constitué de puits tels que décrits ci-dessus, distants entre eux de 0,5 à quelques mètres, le long du périmètre de l'ouvrage, légèrement à l'extérieur. Dans le cas particulier où il y a alimentation du sol gonflant par remontée capillaire d'une nappe à niveau variable il peut autre nécessaire de prévoir quelques puits sous l'ouvrage. Ces puits servent de drains quand la teneur en eau devient trop élevée, et ils sont artificiellement remplis d'eau quand la teneur en eau baisse (par exemple par arrosage en période de sèeheresse). De préférence, il est donc nécessaire de pouvoir observer la teneur en eau, grâce par exemple à quelques piézomètres intercalés dans le rideau, ainsi que les déformations grâce à des témoins disposés dans les fentes Qventuelles. De préférence, les puits sont réunis en tête par un petit caniveau 4 d'environ quelques dizaines de centimètres, de préférence rempli. de sable, dont le fond ait une ponte suffisante pour permettre l'irrigation successive de l'ense-able des puits El partir du ou des points le plus hauts. Par rapport aux procédés habituels de reprises en sous-oeuvre (en parti culer pieux) l'invention présente l'avantage essentiel d'une mise en oeuvre bon marcile, raisonnable par rapport au prix de l'ouvrage à assainir, et d'un entretien extremement simple, à la portée d'un non-spécialiste. REVLNDICATIONS 1. Procédé contre l'effet néfaste des variations de volume des sols gonflants sur les ouvrages qu'ils supportent, caractérisé par le maintien relativement constant de teneur en eau du sol-gonflant par apport ou retrait d'eau selon les besoins. 2.Dispositif de mise en oeuvre de la revendication 1 caractérisé par le fait que le long du périmètre de l'ouvrage à assainir ou à réaliser, mais à l'extérieur de ce périmètre, sont disposés, avec une profondeur et un espacement correctement choisis, des puits remplis d'un matériau drainant, dans le but de maintenir relativement constante la teneur en eau du sol gonflant, on particulier par apport, si nécessaire, artificiel (ou non) d'eau dans les puits. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que les puits sont réunis en teto par un-caniveau de pente telle qu'ils puissent être successivement irrigués par un seul apport d'eau à partir du ou de chacun des quelques points hauts du caniveau. 4. Dispositif conforme aux revendications 2 ou 3 caractérisé par le fait que sont incorporés des instruments,de mesure, directe ou non, des teneurs en eau et/ou des déformations. 5. Dispositif conforme aux revendications 3 ou 4,- caractérisé par le fait que le caniveau est rempli d'un matériau drainant, éventuellement recouvert d'une couche de protection.