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20/08/2018

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Le rempiètement de fondations existantes

Paru en juin 2015
Après une brève description de la technique du rempiètement de fondations existantes, cette Infofiche traitera des matériaux utilisés et des dimensions caractéristiques. Elle s'attachera également à la capacité portante du rempiètement, au déplacement horizontal des parois, au domaine d'application de cette technique et aux aspects importants dont il convient de tenir compte. Enfin, les variantes envisageables et le contrôle de la qualité seront également abordés.

0. Généralités

Les techniques de reprise en sous-œuvre des fondations existantes consistent à approfondir l'assise de ces dernières. On distingue habituellement le rempiètement (Infofiche 72.1) et la reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées (Infofiche 72.2).

Cette dernière est utilisée lorsque l'approfondissement des fondations est supérieur à 1,2 m. Elle est réalisée en béton armé. La technique du rempiètement est, quant à elle, réservée aux profondeurs se limitant à 1,2 m sous l'assise des fondations. Elle est généralement mise en œuvre à l'aide de maçonnerie en blocs de béton ordinaire.

1. Description du système

Le rempiètement de fondations existantes consiste à extraire la terre en dessous des fondations (radier ou semelle continue) par bandes de 1 à 1,5 m de large et de maximum 2 m de long (voir figure 1). La profondeur d'excavation est limitée à 1,2 m sous le niveau des fondations existantes.

1 | Exécution d'un rempiètement : excavation d'une bande de terre.

Les faces latérales de l'excavation, perpendiculaires à l'axe longitudinal des fondations, sont blindées sur toute leur hauteur.

Lorsque la profondeur d'excavation totale (par rapport au niveau du sol ou à la préexcavation éventuelle) est inférieure à 1,75 m, la face avant de la bande à déblayer ne doit pas nécessairement être blindée, à condition que le sol présente une cohésion suffisante et que la partie supérieure de l'excavation soit exécutée de façon adaptée (voir figure 2). Lorsque la profondeur d'excavation totale excède 1,75 m ou qu'il est impossible d'excaver la partie supérieure de l'excavation de manière appropriée, la face avant de la bande à déblayer doit obligatoirement être blindée sur toute la hauteur.

  1. Niveau du sol
  2. Face supérieure du blindage (≥ 0,15 m au-dessus du niveau du sol)
  3. Face avant non blindée de l'excavation (blindage obligatoire sur les côtés)
  4. Préexcavation éventuelle
2 | Exécution d'un rempiètement sans blindage de la face avant de l'excavation : coupe transversale avec indication des dimensions maximales.

Dès que la passe est excavée, on réalise un nouveau massif de fondation en maçonnerie jusqu'à ce qu'il soit en contact avec la face inférieure de la fondation existante. Cette opération est répétée à plusieurs reprises jusqu'à l'obtention d'une paroi continue qui peut servir à soutenir l'excavation adjacente ou faire office de fondation approfondie à proprement parler.

2. Exécution : description générale

Si la structure à rempiéter est suffisamment stable, on réalise d'abord une préexcavation, en s'arrêtant à 0,5 m au-dessus du niveau des fondations existantes.

Comme expliqué au § 1, le rempiètement d'une paroi est réalisé en plusieurs bandes successives de 1 à 1,5 m de large et de maximum 2 m de long (voir figure 3) :
3 | Phasage du rempiètement d'une paroi : vue en plan.

Après avoir procédé à l'excavation verticale des bandes (généralement par des moyens mécaniques), on place un blindage temporaire déformable sur les faces latérales, perpendiculaires à l'axe longitudinal des fondations existantes. La face avant et la face arrière des bandes excavées (soit les côtés parallèles à l'axe longitudinal des fondations) peuvent être exécutées sans blindage, pour autant que le sol soit stable et que la profondeur d'excavation totale ne dépasse pas 1,2 m. La face avant peut être excavée jusqu'à une profondeur de 1,75 m, à condition que la partie supérieure de l'excavation se situe sous un talus présentant une inclinaison de maximum 45° (voir figure 2). Dans tous les autres cas, le blindage de la face avant est obligatoire sur toute la hauteur. Afin d'assurer la sécurité des exécutants, le blindage doit être mis en œuvre jusqu'à une hauteur d'au moins 0,15 m au-dessus du niveau du sol.

Une fois la profondeur requise atteinte, on place un nouveau massif de fondation en maçonnerie dans la zone excavée. Lorsque cela s'avère nécessaire, on peut prévoir une base élargie sous la zone de contact avec le sol. Les cavités éventuelles à l'arrière de la maçonnerie doivent être comblées à l'aide de sable stabilisé ou de mortier. Il importe également que la partie supérieure de la maçonnerie soit correctement raccordée aux fondations existantes (voir § 8.3).

Avant de passer à la phase suivante, il peut s'avérer nécessaire d'étayer les bandes excavées précédemment. La fouille ne peut en aucun cas être excavée avant que l'ensemble des bandes soient achevées.

3. Matériaux

Le blindage temporaire des faces latérales des bandes excavées peut être composé d'éléments en bois, en d'acier ou d'éléments préfabriqués en béton. L'approfondissement des fondations est généralement réalisé en maçonnerie de briques ou de blocs de béton, conformément aux normes de produit NBN EN 771-1 à 6 [1 à 6] (voir aussi Les Dossiers du CSTC 2014/4.4 [13]).

4. Dimensions

Les dimensions caractéristiques des excavations et du rempiètement sont les suivantes :

5. Capacité portante

Le rempiètement doit être dimensionné de façon à assurer sa capacité portante avec une marge de sécurité suffisante. La capacité portante des fondations existantes doit également être garantie tout au long de l'exécution du rempiètement. Il convient donc de vérifier l'impact que peut avoir la préexcavation à cet égard. Une redistribution des charges doit en outre pouvoir s'opérer lors de l'exécution du rempiètement (grâce à l'effet de voûte, par exemple) (voir figure 4 et § 8.2). Cette redistribution ne sera toutefois possible que dans les semelles de fondation continues et les radiers, à condition de respecter l'ordre d'exécution préconisé (voir figure 3).

6. Déplacement horizontal et tassements

Si la fiche de la paroi rempiétée est suffisamment grande (voir § 8.2) et que l'équilibre horizontal est assuré (éventuellement au moyen d'un support horizontal), les déplacements horizontaux sont généralement restreints.

L'apparition de tassements ne peut, quant à elle, être évitée. Même si le rempiètement est réalisé avec soin, des tassements de l'ordre de 10 à 15 mm ne sont pas anormaux. Ces tassements résultent de l'excavation (locale) temporaire des terres le long et en-dessous des fondations existantes; c'est pourquoi la charge s'exerçant sur les fondations doit être transmise aux zones adjacentes de l'excavation. Mais le tassement peut également être attribué à la mobilisation de la capacité portante du sol sous le nouveau massif de fondation. L'ampleur des tassements dépend de l'importance de l'accroissement des contraintes, des dimensions des fondations existantes, de la largeur de la bande de terre excavée et de la nature du terrain.

On peut limiter l'importance du tassement en préchargeant la série de bandes précédentes, avant d'exécuter celles de la phase suivante.

7. Domaine d'application

La technique du rempiètement est utilisée principalement en vue d'approfondir des fondations existantes. La profondeur d'excavation est limitée à maximum 1,2 m sous le niveau des fondations existantes. Il s'agit d'une méthode très simple et relativement peu coûteuse, qui ne nécessite pas d'outillage spécialisé. Toutefois, bien que cette technique soit très accessible, on sous-estime souvent les risques et les aspects d'exécution qui y sont associés.

Le rempiètement ne peut être effectué sous le niveau de la nappe phréatique. Cette technique n'est praticable que si le niveau de la nappe se trouve au moins 0,5 m en dessous du niveau de l'excavation à réaliser, éventuellement après rabattement, et si le sol présente une cohésion temporaire minimale. Dans les sols qui ne présentent aucune cohésion, on ne peut procéder à l'excavation sans prévoir de blindage. Dans ce cas, il convient d'opter pour une reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées [14] ou de recourir à des techniques alternatives (injections préventives, par exemple).

Le principe de réalisation du rempiètement permet une grande flexibilité du point de vue de la forme. De plus, le sous-sol peut être inspecté visuellement.

L'approfondissement des fondations existantes peut s'avérer nécessaire dans les cas suivants :

8. Points requérant une attention particulière

8.1. Préparation

Avant d'entamer la conception et l'exécution des travaux, on doit disposer d'informations détaillées concernant : Ces informations peuvent être obtenues notamment en consultant des documents existants, en utilisant des regards d'inspection, en pratiquant des forages dans les fondations ou en réalisant une reconnaissance du sol (essais de forage et de pénétration). Lorsque le massif de fondation présente une qualité ou une cohésion insuffisantes, des mesures appropriées seront prises au préalable (pose d'ancrages supplémentaires, par exemple).

8.2. Calcul

Lorsque l'on applique la technique du rempiètement, on conseille de faire établir une note de calcul par un expert en géotechnique.

Lors de la conception du rempiètement (voir les normes NBN EN 1997-1 [2] et NBN EN 1997-1:ANB [9]), il y a lieu de veiller à la stabilité verticale de l'ouvrage durant les différentes phases de la mise en œuvre. L'extraction des terres à proximité de fondations superficielles entraîne en effet inévitablement une diminution de la capacité portante.

Un rempiètement n'est envisageable que si l'on peut compter sur une redistribution des charges (voir figure 4), comme c'est le cas dans les radiers et les semelles de fondation continues.

  1. Transfert des efforts
  2. Semelle de fondation continue
4 | Redistribution des charges lors d'une excavation sous une semelle de fondation continue.

Dans le cas du rempiètement d'une semelle de fondation indépendante, des mesures préalables doivent être prises afin que les charges qui s'exercent sur la semelle se transmettent aux couches résistantes plus profondes. Pour ce faire, on peut avoir recours à des micropieux ou à des colonnes réalisées par jet grouting.

L'ampleur des tassements et les risques qui en découlent doivent être examinés au préalable. L'équilibre horizontal doit également être garanti pendant toute la durée des travaux.

Il importe en outre de vérifier si l'excavation de terres sous des fondations existantes est admissible d'un point de vue structurel et/ou requiert un étançonnement supplémentaire (étrésillonnement des baies de portes et de fenêtres, étaiement des éléments de construction, par exemple).

Le rempiètement d'un mur mitoyen requiert une attention toute particulière. Dans ce cas, il s'avère absolument nécessaire d'évaluer l'état du mur, la présence de charges ponctuelles ainsi que la nécessité d'utiliser des étais et/ou des ancrages.

La fiche de la paroi rempiétée doit être supérieure ou égale à 0,5 m par rapport au niveau de l'excavation à réaliser (voir figure 5).

  1. Partie des fondations à recéper
  2. Fondations à réaliser
  3. Rempiètement
  4. Remblayage à l'aide de sable stabilisé
  5. Excavation à réaliser
5 | La fiche de la paroi rempiétée doit être supérieure ou égale à 0,5 m par rapport au niveau de l'excavation à réaliser.

Lorsqu'on utilise des tirants d'ancrage, les charges dues aux composantes verticales et horizontales de la force d'ancrage doivent être prises en considération.

Enfin, il y a également lieu de tenir suffisamment compte des sollicitations éventuelles dues aux activités se déroulant dans la fouille à proximité du rempiètement (mise en œuvre de pieux vissés à refoulement, par exemple).

8.3. Exécution

L'ensemble du cycle de réalisation d'une bande à rempiéter (excavation, rempiètement et remblayage ou étaiement) doit avoir lieu le même jour, étant donné que l'on doit pouvoir compter sur la cohésion du sol. Par contre, un délai d'attente suffisant doit être observé entre les différentes phases du rempiètement, afin de ne pas compromettre la résistance structurelle ni le transfert correct des efforts.

De même, si une excavation est effectuée à proximité d'une construction existante, il importe de prévoir un délai d'attente suffisant entre la réalisation du rempiètement et l'excavation, sans quoi la résistance structurelle du rempiètement ne pourra être garantie.

Le massif de rempiètement doit être parfaitement en contact avec la terre environnante située sous les constructions existantes. Par conséquent, les cavités de la face arrière du rempiètement doivent être remblayées à l'aide de sable stabilisé ou de mortier. Le rempiètement et les fondations existantes doivent en outre être raccordés correctement. Dans le cas de murs en maçonnerie, le joint entre le rempiètement et les fondations doit être complètement rempli de mortier non rétractile. Par ailleurs, on veillera à la propreté de la face inférieure des fondations existantes.

L'utilisation de supports horizontaux complémentaires (tels que des tirants d'ancrage ou des étançons) n'est possible que dans les structures pourvues des raidisseurs (horizontaux et verticaux) requis et à condition que l'intégrité structurelle du rempiètement soit garantie (notamment en cas de poinçonnement).

Le niveau de la nappe phréatique doit se situer au moins 0,5 m sous le niveau de l'excavation à réaliser. En cas de rabattement, il convient non seulement d'accorder une attention particulière aux risques encourus, mais on veillera également à éviter les problèmes de reflux de l'eau résiduelle au droit des couches non homogènes (des lentilles d'argile peu perméables à l'eau dans une couche de sable, par exemple).

Le rempiètement en profondeur doit être effectué en une seule phase. Lorsque cela s'avère impossible, on optera pour une autre technique de reprise en sous-œuvre.

Lorsqu'on réalise la fiche, qu'elle soit ou non pourvue d'un empattement, on veillera à ce qu'il n'y ait aucune connexion entre le rempiètement et les fondations de la nouvelle structure à ériger. Pour ce faire, on peut insérer entre les deux éléments une couche de séparation (en polystyrène expansé, par exemple) (voir figure 6A) ou réaliser un joint au droit de l'élargissement (voir figure 6B). Cette méthode permet d'éviter le déversement du rempiètement dans le cas où les fondations de la construction à ériger subiraient des tassements importants. La mise en place d'une poutre en béton (armé) continue sur la hauteur de la fiche permet d'augmenter considérablement la rigidité du support (voir figures 6A et 6B).

A. Mise en œuvre d'une couche de séparation B. Réalisation d'un joint
  1. Partie des fondations à recéper
  2. Fondations existantes
  3. Rempiètement
  4. Béton
  5. Excavation à réaliser
  6. Couche de séparation
  7. Joint
6 | Mesures permettant d'éviter le transfert des efforts de la nouvelle structure vers les fondations existantes.

La stabilité de l'excavation et la sécurité des travailleurs doivent être garanties à tout moment durant les travaux de rempiètement. Ainsi, il convient de prendre en considération les consignes de sécurité du RGPT [16], mais aussi les directives particulières du dossier 96 du CNAC 'Travaux à proximité et dans les tranchées' [12].

9. Variantes

Le rempiètement peut également être effectué à l'aide de béton armé ou de béton renforcé de fibres. Dans ce cas, la face avant de la paroi doit être coffrée et ancrée (après la mise en place d'une armature éventuelle), avant le bétonnage de la bande. Lors du coulage du béton, on veillera à ce que la face arrière non blindée de l'excavation ne s'éboule pas et ne pénètre pas dans le béton.

Pour assurer une jonction correcte avec les fondations existantes, on peut procéder de différentes manières : Le délai de décoffrage (intervalle de temps entre le coulage et le décoffrage) doit être déterminé en fonction des charges sollicitantes et des déformations qui en résultent, mais aussi de la résistance effective du béton. En l'absence de données détaillées à ce sujet, les délais de décoffrage minimaux prévus dans la norme prNBN B 15-400 [11] sont d'application.

Dans un rempiètement en béton armé, le transfert des efforts entre bandes adjacentes peut s'opérer au moyen :

10. Contrôle de la qualité

L'écart maximal autorisé entre le rempiètement (vue en plan) et l'excavation est limité à 5 cm, afin de réduire les quantités de béton ou de sable stabilisé à utiliser pour combler l'espacement.

Les écarts admissibles sur les dimensions, le positionnement et l'inclinaison des parois de rempiètement sont précisés dans la norme NBN EN 1996-2 ANB [7]. Pour les rempiètements exécutés au moyen de béton armé ou de béton renforcé de fibres, les prescriptions de la norme NBN EN 13670 [10] doivent être respectées.

Les tolérances sur la profondeur du rempiètement sont de ± 5 cm.

Le cahier des charges doit tenir compte de ces tolérances lors du choix de l'implantation des constructions enterrées, ainsi que des éventuels coûts supplémentaires nécessaires pour respecter ces tolérances (surconsommation de béton ou de sable stabilisé, par exemple).

11. Lien vers la base de données TechCom

Bibliographie

  1. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-1 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 1 : briques de terre cuite. Bruxelles, NBN, 2011.

  2. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-2 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 2 : éléments de maçonnerie en silico-calcaire. Bruxelles, NBN, 2011.

  3. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-3 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 3 : éléments de maçonnerie en béton de granulats (granulats courants et légers). Bruxelles, NBN, 2011.

  4. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-4 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 4 : éléments de maçonnerie en béton cellulaire autoclavé. Bruxelles, NBN, 2011.

  5. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-5 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 5 : éléments de maçonnerie en pierre reconstituée. Bruxelles, NBN, 2011.

  6. Bureau de normalisation
    NBN EN 771-6 Spécifications pour éléments de maçonnerie. Partie 6 : éléments de maçonnerie en pierre naturelle. Bruxelles, NBN, 2011.

  7. Bureau de normalisation
    NBN EN 1996-2:ANB Eurocode 6. Calcul des ouvrages en maçonnerie. Partie 2 : conception, choix des matériaux et mise en œuvre des maçonneries. Annexe nationale. Bruxelles, NBN, 2010.

  8. Bureau de normalisation
    NBN EN 1997-1 Eurocode 7 : calcul géotechnique. Partie 1 : règles générales (+ AC : 2009). Bruxelles, NBN, 2005.

  9. Bureau de normalisation
    NBN EN 1997-1:ANB Eurocode 7 : Calcul géotechnique. Partie 1 : règles générales. Annexe nationale. Bruxelles, NBN, 2014.

  10. Bureau de normalisation
    NBN EN 13670 Exécution des structures en béton. Bruxelles, NBN, 2010.

  11. Bureau de normalisation
    prNBN B 15-400 Exécution des structures en béton. Complément national à la NBN EN 13670:2010. Bruxelles, NBN, 2012.

  12. Comité national d'action pour la sécurité et l'hygiène dans la construction
    Travaux à proximité et dans les tranchées. Bruxelles, CNAC, 2002.

  13. Grégoire Y. et Van Rossem D.
    Prescriptions applicables aux éléments de maçonnerie. Bruxelles, CSTC, Les Dossiers du CSTC, n° 4, Cahier 4, 2014.

  14. Huybrechts N. et Van Lysebetten G.
    Reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées. Bruxelles, CSTC, Infofiche, n° 72.2, 2015.

  15. Maertens J.
    Werken onder de grond. Funderingen. Verdiepen van bestaande funderingen. Mechelen, Wolters Kluwer Belgium, Handboek Bouwgebreken, Rubriek A 2320-4/1, 2003.

  16. Service public fédéral Emploi, travail et concertation sociale
    Règlement général pour la protection du travail. Bruxelles, SPF Emploi, travail et concertation sociale, 1947 (et modifications).
N. Huybrechts, ir., chef de division, division Géotechnique, CSTC
G. Van Lysebetten, ir., chercheur, division Géotechnique, CSTC
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