Guide de calcul de fondation : semelles, dalles et charges structurelles
Apprenez a calculer les exigences de fondation : dimensions des semelles, volumes de beton, capacite portante du sol et charges structurelles.
Types de fondations residentielles
Les fondations residentielles se divisent en trois categories principales : la dalle sur sol, le vide sanitaire et le sous-sol complet. Une dalle sur sol est un coulage unique de beton qui sert a la fois de fondation et de surface du rez-de-chaussee. Une fondation de vide sanitaire utilise des murs perimetriques (en beton coule ou en blocs de beton) avec un plancher a ossature sureleve au-dessus d'un espace ventile ou conditionne. Un sous-sol complet prolonge les murs perimetriques pour creer un espace habitable ou de rangement en dessous du niveau du sol. Le choix depend du climat, des conditions du sol, de la topographie, des pratiques de construction locales et du budget. Chaque type a des exigences de calcul differentes pour les semelles, les murs, l'impermeabilisation et le drainage.
Comprendre la capacite portante du sol
Toute fondation repose sur le sol, et le sol doit etre suffisamment resistant pour supporter le poids du batiment sans tassement excessif. La capacite portante du sol est mesuree en kilogrammes par metre carre (kg/m2) ou en kilonewtons par metre carre (kPa). Le substratum rocheux solide peut supporter plus de 600 kPa. Le gravier compacte supporte environ 150 a 200 kPa. Le sol sableux supporte 100 a 150 kPa. L'argile ferme supporte 100 a 200 kPa. L'argile molle ou le remblai non compacte peut ne supporter que 25 a 50 kPa. Un rapport geotechnique teste le sol reel de votre terrain et fournit une capacite portante recommandee. En l'absence de rapport de sol, la plupart des codes supposent une capacite portante par defaut de 75 a 100 kPa pour la construction residentielle typique.
Calculer les charges du batiment
La charge totale sur une fondation comprend la charge permanente (le poids de la structure elle-meme) et la charge d'exploitation (occupants, mobilier et charges variables comme la neige). Un mur typique a ossature bois pese environ 50 a 75 kg/m2. Un systeme de plancher (solives, sous-plancher et revetement de sol) pese environ 50 a 75 kg/m2. Le systeme de toiture pese environ 50 a 100 kg/m2 selon les materiaux. Les charges d'exploitation sont specifiees par le code : 200 kg/m2 pour les planchers habitables, 150 kg/m2 pour les chambres, et 100 a 350 kg/m2 pour les charges de toit selon le climat et la pente. Additionnez toutes les charges permanentes et d'exploitation, multipliez par la surface tributaire que chaque semelle supporte, et vous obtenez la charge totale en kilogrammes qui doit etre transferee au sol.
Dimensionnement des semelles continues
Les semelles continues (semelles filantes) courent sous les murs porteurs et repartissent la charge du mur sur une plus grande surface de sol. La largeur de la semelle est determinee en divisant la charge lineaire totale (kilogrammes par metre lineaire de mur) par la capacite portante du sol. Si un mur porte 3 000 kg par metre lineaire et que le sol supporte 100 kPa (10 000 kg/m2), la semelle doit avoir au moins 30 cm de large (3 000 / 10 000 = 0,3 m2 par metre lineaire = 30 cm). Les minimums du code pour les semelles residentielles sont generalement de 30 cm de large et 15 cm d'epaisseur pour les batiments d'un etage, 40 cm de large et 15 cm d'epaisseur pour deux etages, et 45 cm de large et 20 cm d'epaisseur pour trois etages. L'epaisseur de la semelle doit etre au moins egale a la saillie au-dela de la face du mur de chaque cote.
Dimensionnement des semelles de pieux et de colonnes
Les charges ponctuelles provenant de colonnes ou de poteaux necessitent des semelles isolees (plots). Calculez la charge totale que la colonne supporte en additionnant toutes les charges permanentes et d'exploitation de la surface tributaire qu'elle dessert. Divisez la charge totale par la capacite portante du sol pour obtenir la surface de semelle requise. Une colonne portant 4 000 kg sur un sol evalue a 100 kPa (10 000 kg/m2) necessite une semelle d'au moins 0,4 metre carre, ce qui correspond a un plot d'environ 65 x 65 cm. L'epaisseur de la semelle est generalement la moitie de la largeur de la semelle moins la moitie de la largeur de la colonne, mais pas moins de 20 cm. Des armatures en acier sont placees dans les deux directions pres du bas de la semelle pour resister a la flexion.
Calculs des murs de fondation
Les murs de fondation pour les vides sanitaires et les sous-sols doivent resister a la fois aux charges verticales venant du dessus et a la pression laterale du sol poussant vers l'interieur. L'epaisseur du mur est determinee par la hauteur du mur, le type de sol de remblai et si le mur est soutenu en haut par le plancher. Un mur en blocs de beton de 20 cm suffit pour la plupart des vides sanitaires jusqu'a 1,5 m de hauteur de remblai non equilibree. Les murs en beton coule peuvent avoir 20 cm d'epaisseur pour la plupart des applications residentielles. Les murs plus hauts ou les sols argileux lourds peuvent necessiter des murs de 25 ou 30 cm ou un renforcement horizontal. Le volume de beton pour un mur coule est calcule comme le perimetre multiplie par la hauteur du mur multiplie par l'epaisseur du mur, converti en metres cubes.
Considerations de drainage et d'impermeabilisation
L'eau est l'ennemi principal des fondations. Un systeme de drainage de fondation adequat comprend un drain perimetrique (souvent appele drain francais) installe a la base de la semelle. Il s'agit generalement d'un tuyau perfore de 100 mm entoure de gravier lave, recouvert d'un geotextile pour empecher la migration du sol. Le drain doit avoir une pente d'au moins 1 cm par metre vers un puisard, une sortie a l'air libre ou un raccordement au reseau d'eaux pluviales. Les murs de fondation enterres doivent recevoir un revetement d'impermeabilisation ou d'etancheite. Une impermeabilisation complete (membrane caoutchoutee) est recommandee pour les sous-sols, tandis qu'un enduit d'etancheite (revetement a base de bitume) est le minimum pour les vides sanitaires. Un bon nivellement du terrain autour de la fondation avec une pente d'au moins 5 pour cent sur les 3 premiers metres constitue la premiere ligne de defense.
Exigences d'armature et de ferraillage
Le beton est resistant en compression mais faible en traction, c'est pourquoi des armatures en acier sont ajoutees pour resister aux forces de traction et controler la fissuration. Les semelles continues necessitent generalement au moins deux barres horizontales (habituellement des barres de 12 ou 16 mm) sur toute la longueur de la semelle, placees pres du fond avec 5 cm d'enrobage de beton. Les murs de fondation necessitent des armatures horizontales et verticales. Un schema courant pour une habitation est constitue de barres de 12 mm espacees de 40 cm verticalement et de barres de 12 mm espacees de 40 cm horizontalement pour un mur de 20 cm. Les dalles sur sol ont generalement un treillis soude (150 x 150 mm, fils de 4,5 mm) ou des barres de 8 mm espacees de 20 cm dans les deux directions, placees sur des cales pour les positionner dans le tiers inferieur ou au milieu de l'epaisseur de la dalle.