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20/08/2018

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La reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées

Paru en juin 2015
Après une brève description de la technique de la reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées, cette Infofiche traitera des matériaux utilisés et des dimensions caractéristiques. Elle s'attachera également à la capacité portante de la reprise en sous-œuvre et au déplacement horizontal des parois, au domaine d'application 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

La reprise en sous-œuvre de fondations existantes consiste à approfondir l'assise d'une semelle continue ou d'un radier au sein d'une fouille blindée. Les terres situées sous les fondations existantes sont extraites par couches de 0,4 m de haut et par bandes de 1 à 1,5 m de large et de 1,5 à 2 m de long. Dans le même temps, tout le pourtour de la fouille (y compris la paroi parallèle au plan des fondations existantes) est systématiquement blindé. Lorsque la zone concernée a été excavée jusqu'à la profondeur souhaitée, on coule un nouveau massif de fondation en béton armé ou en béton renforcé de fibres d'acier de manière à ce que celui-ci atteigne les fondations existantes. Cette opération est répétée à plusieurs reprises jusqu'à l'obtention d'une paroi continue capable de soutenir l'excavation adjacente ou de servir de fondation profonde à proprement parler.

1 | Réalisation d'une reprise en sous-œuvre.

2. Exécution : description générale

Si la structure à reprendre en sous-œuvre 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, la reprise en sous-œuvre d'une paroi est réalisée en plusieurs bandes successives de 1 à 1,5 m de large et de 1,5 à 2 m de long (voir figures 2 et 5) :
2 | Phasage de l'exécution d'une paroi de reprise en sous-œuvre (vue en plan).

Les bandes mesurent 1 à 1,5 m de large et 1 ,5 à 2 m de long, ce qui permet de disposer de suffisamment d'espace lors des travaux d'excavation. Le sol est excavé par couches successives de 0,4 m et est aplani manuellement, tandis qu'un blindage est systématiquement prévu sur tout le pourtour de la fouille (voir figures 3, 4 et 5). La paroi située sous les fondations existantes est blindée à l'aide d'éléments préfabriqués en béton ou en acier destinés à rester en place. Les trois autres parois sont pourvues de supports temporaires (poutres en bois, par exemple) que l'on ancre les uns aux autres avant d'entreprendre l'excavation et le blindage de la couche suivante. Lors de cette opération, on veillera à ce que les supports prennent parfaitement appui contre le sol environnant. Les cavités éventuelles qui subsisteraient doivent être comblées immédiatement à l'aide de sable stabilisé, de manière à ce que le blindage soit pour ainsi dire calé contre les terres environnantes. Ce processus est répété jusqu'à atteindre la profondeur souhaitée. Les terres excavées sont généralement évacuées au moyen d'un élévateur à godets.

Au terme de ce processus d'excavation, on coule une paroi en béton dans la fouille blindée. Si l'on utilise du béton armé, on place d'abord une armature, puis on coffre la face avant de la paroi et on bétonne l'excavation en veillant à ce que le béton soit en contact étroit avec les fondations existantes (voir § 8.3).

Lors de l'exécution des bandes finales, les éléments de soutènement sont posés derrière les parois déjà bétonnées et derrière les blindages en place, ce qui nécessite d'adapter l'étançonnement au préalable (voir figure 5). On obtient ainsi une paroi de soutènement continue.

Le transfert des efforts entre les bandes adjacentes de cette paroi peut être assuré par : On peut améliorer l'étanchéité à l'eau en ancrant des tôles en acier à la fois dans les séries de bandes précédentes et dans les bandes finales.

On peut éventuellement prévoir des réservations dans la paroi en béton pour le placement de tirants d'ancrage et la réalisation du raccord avec les dalles de sol.

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.

A. Mise en place du blindage latéral B. Étançonnement du blindage latéral C. Placement et étançonnement du coffrage avant bétonnage
  1. Dalle de béton armé
  1. Mur existant
  2. Étai
  1. Réservation
  2. Coffrage
3 | Phasage de l'exécution d'une bande de reprise en sous-œuvre (vue en plan).

  1. Niveau du plan de travail
  2. Étai provisoire
  3. Mur existant
  4. Réservation
  5. Dalle de béton
  6. Coffrage
  7. Poutre de guidage
  8. Planche
  9. Poutre
4 | Vue latérale d'une bande excavée et blindée prête à être bétonnée.

  • Excavation (par couches de 0,4 m) et blindage systématique des bandes de la phase 1
  • Ferraillage, coffrage et étançonnement du coffrage
  • Bétonnage des bandes de la phase 1
  • Mise en œuvre identique pour les bandes de la phase 2
  • Excavation des bandes de la phase 3 (par couches de 0,4 m)
  • Enlèvement du blindage latéral et du coffrage
  • Réétaiement des bandes des phases 1 et 2
  • Ferraillage, coffrage et bétonnage des bandes de la phase 3
  • Excavation des bandes de la phase 4
5 | Phases du blindage et de l'étançonnement d'une reprise en sous-œuvre.

6 | Boîte d'armatures dépliables en attente.

3. Matériaux

Les éléments de blindage utilisés sur le pourtour de la fouille sont généralement en bois, en acier ou en béton préfabriqué. Les étais sont, quant à eux, en acier ou en bois. Enfin, l'approfondissement des fondations existantes est réalisé en béton armé, conformément aux prescriptions des normes NBN B 15-001 [1] et NBN EN 1992-1-1 [3], ou en béton renforcé de fibres d'acier, conformément aux prescriptions de l'Infofiche 71.2 [7].

4. Dimensions

Les dimensions caractéristiques des bandes excavées et des massifs de reprise en sous-œuvre sont les suivantes :

5. Capacité portante

La reprise en sous-œuvre doit être dimensionnée 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 de la reprise en sous-œuvre. 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 de la reprise en sous-œuvre (grâce à l'effet de voûte, par exemple) (voir figure 7 et § 8.2). Cette redistribution des charges 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 2).

La capacité portante peut également être assurée par un élargissement de la semelle. La capacité portante de la partie élargie (ou empattement) ne sera prise en compte que si les nouvelles fondations ne lui transmettent aucun effort.

6. Déplacement horizontal et tassements

Si la fiche de la paroi reprise en sous-œuvre 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 la reprise en sous-œuvre est réalisée avec soin, des tassements de l'ordre de 10 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 (au moyen de vérins plats, par exemple), avant d'exécuter celles de la phase suivante.

7. Domaine d'application

La technique de la reprise en sous-œuvre est utilisée principalement en vue d'approfondir des fondations existantes (généralement de 3 à 6 m, mais aussi parfois plus de 15 m). Une attention particulière sera accordée au dimensionnement et à l'exécution, toute négligence pouvant entraîner de graves conséquences. Il importe dès lors que ces travaux soient effectués par un personnel spécialisé.

La reprise en sous-œuvre ne peut être effectuée 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. De plus, le sol doit présenter une cohésion temporaire minimale, de sorte que les éléments de blindage puissent être mis en place sans que les terres ne s'ameublissent sur la hauteur excavée.

Le principe de réalisation de la reprise en sous-œuvre 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 (intégration de barres dans la maçonnerie massive en vue d'optimiser le raccord entre la semelle existante et la reprise en sous-œuvre, par exemple).

8.2. Calcul

Lorsque l'on applique la technique de la reprise en sous-œuvre, on conseille de faire établir une note de calcul par un expert en géotechnique.

Lors de la conception de la reprise en sous-œuvre (voir les normes NBN EN 1997-1 [4] et NBN EN 1997-1:ANB [5]), 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.

Une reprise en sous-œuvre n'est envisageable que si l'on peut compter sur une redistribution des charges, comme c'est le cas dans les radiers et les semelles de fondation continues (voir figure 7).

Dans le cas de la reprise en sous-œuvre 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. Ces mesures permettent également de limiter l'apparition de tassements.

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).

La reprise en sous-œuvre 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 de reprise en sous-œuvre doit présenter une hauteur d'au moins 0,5 m par rapport au niveau de l'excavation à réaliser (voir figures 8, 9 et 10).

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 de la reprise en sous-œuvre (mise en œuvre de pieux vissés à refoulement, par exemple).

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

  1. Partie des fondations à recéper
  2. Paroi de reprise en sous-œuvre
  3. Base élargie
  4. Fouille blindée
8 | Réalisation d'une base élargie en vue d'augmenter la capacité portante.

  1. Partie des fondations à recéper
  2. Tirant d'ancrage
  3. Paroi de reprise en sous-œuvre
  4. Couche de séparation
  5. Béton
  6. Excavation à réaliser
9 | Mise en œuvre d'une couche de séparation empêchant le transfert des efforts de la nouvelle structure vers les fondations existantes.

  1. Partie des fondations à recéper
  2. Tirant d'ancrage
  3. Paroi de reprise en sous-œuvre
  4. Empattement
  5. Excavation à réaliser
  6. Joint
10 | Placement d'un joint horizontal sur l'empattement visant à éviter un tassement de la reprise en sous-œuvre dû aux nouvelles fondations.

8.3. Exécution

Contrairement au rempiètement, le cycle de réalisation d'une bande à reprendre en sous-œuvre (excavation, bétonnage et remblayage) peut s'étendre sur plus d'une journée étant donné que l'excavation est blindée sur tout son pourtour.

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 [6] sont d'application. Un délai d'attente suffisant doit en outre être observé entre les différentes phases de la reprise en sous-œuvre, 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 de la reprise en sous-œuvre et l'excavation, sans quoi la résistance structurelle de la reprise en sous-œuvre ne pourra être garantie.

L'excavation doit être réalisée avec soin, de sorte que les éléments de blindage soient parfaitement en contact avec la terre environnante. Les cavités qui subsisteraient entre ces derniers et la terre à la suite d'anomalies survenues lors de l'excavation pourraient en effet entraîner des tassements au bout d'un certain temps. Pour éviter ce phénomène, on remblayera les cavités à l'aide de sable stabilisé.

Dans certains cas très particuliers (présence de formations gréseuses, par exemple), on recommande de prendre des dispositions pour permettre la réalisation d'une postinjection (derrière le blindage) en vue de remblayer les cavités apparues en raison de l'affaissement des terres lors de l'excavation des niveaux inférieurs. Cette mise en œuvre requiert une attention rigoureuse.

Afin d'empêcher que l'affaissement d'un élément ne déstabilise l'ensemble du blindage, on peut utiliser des crochets de liaison ou de suspension spéciaux pour assembler les éléments de blindage (voir figure 11).

Pour assurer une jonction correcte entre la reprise en sous-œuvre et les fondations existantes et limiter autant que possible les tassements, on peut procéder de différentes manières : Par ailleurs, on veillera à la propreté de la face inférieure des fondations existantes. Si nécessaire, on peut réaliser une postinjection au droit du raccord.

En présence de charges importantes ou de couches moyennement ou fortement compressibles, on peut intégrer des vérins plats à l'interface entre les fondations existantes et la paroi de reprise en sous-œuvre (notons que cette technique est rarement appliquée en pratique). Une fois la reprise en sous-œuvre achevée, ces vérins permettent de précharger la paroi et ainsi de compenser les tassements, qui surviennent généralement lorsque la charge des fondations existantes est reportée aux terres situées sous le niveau de la paroi de reprise en sous-œuvre.

Dans le cas de parois de reprise en sous-œuvre d'une épaisseur supérieure à 0,5 m, on met en place un étançonnement perdu dans la zone à bétonner et on peut prendre des mesures particulières (percement d'orifices de décompression, par exemple) pour assurer la continuité du béton à l'arrière de la tranchée.

Selon les dimensions de la reprise en sous-œuvre, le transfert des efforts des supports horizontaux complémentaires (tirants d'ancrage ou étançons, par exemple) s'effectue à l'aide de poutres de répartition. Un transfert local des forces au moyen d'une plaque d'ancrage, par exemple, est également possible si la stabilité structurelle de la paroi est garantie.

La fiche présentant une longueur limitée, les tirants d'ancrage ne peuvent pas être retirés directement après le coulage de la dalle en fond de fouille. Il importe dès lors que les différents acteurs concernés s'accordent sur le phasage des travaux.

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).

La partie élargie ou l'empattement sera de préférence réalisé en même temps que la reprise en sous-œuvre. Un coulage ultérieur est déconseillé.

Une base élargie vers l'arrière peut également faire office d'empattement (voir figure 8). Celle-ci est alors blindée sur une hauteur de 0,4 à 0,5 m et selon un angle d'environ 30°.

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 la paroi de reprise et les fondations de la nouvelle structure à ériger. Pour ce faire, on peut insérer entre les deux éléments une couche de séparation verticale (en polystyrène expansé, par exemple) (voir figure 9) ou réaliser un joint horizontal au droit de l'élargissement (voir figure 10). Cette méthode permet d'éviter le déversement de la paroi de reprise au 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.

La stabilité de l'excavation et la sécurité des travailleurs doivent être garanties à tout moment durant les travaux de reprise en sous-œuvre. Ainsi, il convient de prendre en considération les consignes de sécurité du RGTP [11], mais aussi les directives particulières du dossier 96 du CNAC 'Travaux à proximité et dans les tranchées' [8].

Après achèvement d'une paroi de reprise en sous-œuvre continue, il importe de vérifier l'équilibre horizontal avant de retirer l'étaiement. Les tirants d'ancrage éventuels doivent présenter une résistance suffisante. Un remblaiement peut en outre s'avérer nécessaire.

11 | Crochets de liaison spéciaux assurant la stabilité du blindage en cas d'affaissement d'un élément.

9. Variantes

Plusieurs entreprises ont développé des méthodes d'exécution alternatives, dont certaines ont été brevetées.

L'une de ces solutions consiste à remplacer le blindage en poutres de bois par des caisses spéciales submersibles en acier. Dans ce cas, l'excavation est réalisée (en partie) par des moyens mécaniques. Il importe d'accorder un soin particulier à l'exécution afin de limiter le risque de décompression du sol.

Cette méthode offre l'avantage d'accélérer les travaux de reprise en sous-œuvre. La profondeur de fondation est toutefois limitée à 6 à 7 m, étant donné que les caisses d'acier doivent être récupérées après l'exécution de chaque bande.

10. Contrôle de la qualité

L'écart maximal autorisé entre la reprise en sous-œuvre (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 reprise en sous-œuvre sont précisés dans la norme NBN EN 13670 [2].

Les tolérances sur la profondeur de la reprise en sous-œuvre sont d'environ 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 au respect de 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 B 15-001 Béton. Spécification, performances, production et conformité. Complément national à la NBN EN 206-1:2001. Bruxelles, NBN, 2012.

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

  3. Bureau de normalisation
    NBN EN 1992-1-1 Eurocode 2 : calcul des structures en béton. Partie 1-1 : règles générales et règles pour les bâtiments (+AC:2010). Bruxelles, NBN, 2005.

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

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

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

  7. Cauberg N., Van Itterbeeck P. et Parmentier B.
    Des bétons prêts à l'emploi innovants. Le béton renforcé de fibres. Bruxelles, CSTC, Infofiche, n° 71.2, 2014.

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

  9. Huybrechts N. et Van Lysebetten G.
    Le rempiètement de fondations existantes. Bruxelles, CSTC, Infofiche, n° 72.1, 2015.

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

  11. 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
  1. Publications
  2. Infofiches
  3. Infofiche 72
  4. La reprise en sous-œuvre au moyen de fouilles blindées