Murs de soutènement

Fiches pathologie

Colonnes ballastrées

Effondrement de murs de soutènement en maçonnerie

 

Fiches détails

Déformation d'un mur de soutènement en béton armé

Effondrement d'un mur de soutènement préfabriqué en béton armé

Effondrement d'un mur poids existant en cours de chantier

Infiltration d'eau en sous-sol

Mouvement d'un mur de soutènement

Colonnes ballastrées

Constat

Par recherche de moindre coût, les colonnes ballastées ont pu servir d'alternative à des solutions classiques de fondations profondes par pieux et plancher porté.
Or, mises en œuvre dans des contextes géotechniques échappant à leur domaine d'utilisation recommandé, elles ont entraîné des désordres
qui se sont traduits par des tassements, parfois spectaculaires et affectés d'un différentiel marqué, et toujours d'une amplitude très largement supérieure aux calculs initiaux (jusqu'à 20 à 30 fois dans certains cas), avec pour conséquences :
- dévers de poteaux de structure ;
- fissuration et déformation de dallage allant jusqu'à l'inaptitude à l'exploitation de locaux et de parkings ;
- basculement de bâtiments d'habitation.
Sans atteindre de tels extrêmes, de nombreux désordres ont été suscités par l'inadéquation du traitement du sol par colonnes ballastées au regard des exigences structurelles de l'ouvrage à construire. En effet, même si le traitement par colonnes ballastées permet d'obtenir une réduction du tassement du sol, il ne l'annihile pas pour autant et le tassement résiduel peut demeurer excessif pour l'ouvrage projeté.

Diagnostic

Quelques rappels

Les colonnes ballastées sont des empreintes verticales élancées que l'on a ménagées dans le sol par diverses techniques et remplies de matériau noble (le « ballast ») calibré et compacté.
Elles permettent de substituer un matériau granulaire frottant à un sol généralement fin, de moindre raideur et compressible, en vue d'obtenir une amélioration mécanique globale de l'ensemble sol + colonnes, notamment en termes de compressibilité.
Les colonnes ballastées sont réalisées selon un réseau prédéterminé, dont la maille dépend de divers paramètres, comme les caractéristiques géomécaniques du sol naturel et l'intensité des charges appliquées.
Afin de mieux opérer le transfert de ces charges vers les têtes de colonnes ballastées, il est indispensable d'interposer un matelas de répartition, constitué lui aussi de matériaux nobles granulaires fortement compactés, à la base duquel on place généralement une géomembrane.

Techniques de réalisation de colonnes ballastées

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les défauts de conception sont très majoritairement à l'origine des sinistres impliquant des colonnes ballastées

  • L'incompatibilité entre colonnes ballastées et sols à traiter est la plus fréquente.   
    En effet, les colonnes ballastées ont absolument besoin, pour pouvoir fonctionner, de disposer d'une étreinte latérale des sols qui empêche leur expansion latérale sous l'effet des charges appliquées en tête.   
    Ceci concerne tout particulièrement des sols organiques, dont la tourbe, mais aussi des limons et argiles mous pour lesquels les colonnes ballastées sont à exclure.
  • Un défaut de dimensionnement du système de colonnes ballastées.

- Par exemple : au prétexte que le DTU 13.2 « fondations profondes » inclut un chapitre consacré aux colonnes ballastées, on a parfois dimensionné celles-ci comme s'il s'agissait de pieux. Mais les colonnes ballastées ne sont en rien des pieux, dont elles ne possèdent ni la raideur, ni la portance et surtout pas la résistance aux sollicitations parasites, inclinées ou horizontales.

Les colonnes ballastées ne peuvent en aucun cas supporter des charges permanentes nettement inclinées sur leur axe longitudinal.
- Autre exemple : la confiance excessive placée dans l'effet de resserrement des sols entre les colonnes.
Certains parkings et voies de circulation bâtis sur des sols argileux compressibles, ont été traités par des colonnes ballastées « flottantes », dont on attendait, par effet de resserrement, un comportement global de type « radier souple ».
Or, le resserrement des sols très fins ou argileux est pratiquement négligeable entre des colonnes ballastées.

  • La sous-évaluation des tassements résiduels.
    Il s'agit d'une cause technique très fréquente qui, outre une surestimation du comportement des sols naturels, repose aussi sur le recours à des méthodes de calculs trop optimistes.
    C'est le cas de la méthode dite du « module équivalent », ou encore de la méthode de Priebe, lesquelles, lorsqu'il existe un contraste important entre les modules du sol naturel et des colonnes et si, également, la maille du réseau est relativement lâche, conduisent à de graves sous-estimations du tassement finalement observé.

Facteur de réduction des tassements

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

  • L'inadéquation des tassements résiduels au regard des exigences de l'ouvrage à construire.
    Un traitement par colonnes ballastées procure fréquemment un gain d'un facteur 2 à 4 sur l'amplitude des tassements des sols.
    Mais, pour des sols fortement compressibles, cela peut conduire à observer des tassements résiduels de l'ordre de la dizaine de centimètres, voire davantage, qui demeureront quand même inacceptables au regard des exigences du comportement de l'ouvrage projeté.

Les bonnes pratiques

  • Conduire une étude géotechnique complète de type G2 et faire suivre l'exécution des colonnes ballastées par une mission G4 du géotechnicien.
    Le recours à des colonnes ballastées constitue en effet un pari sur le comportement du sol beaucoup plus important qu'au travers d'une solution technique de type fondations profondes. Il faut donc absolument réduire l'aléa géotechnique.
  • Exclure les colonnes ballastées en présence de sols organiques et de sols mous.
    Ces types de sols sont incapables de procurer l'étreinte latérale nécessaire au bon fonctionnement des colonnes ballastées.
  • Abandonner le calcul des tassements par les méthodes du module équivalent ou de Priebe.
    Il convient d'opter au maximum pour les calculs aux éléments finis de type PLAXIS, et de préférence en 3D.
  • Limiter les colonnes ballastées au cas des fiches courtes et homogènes.
    L'expérience montre que des colonnes d'une hauteur supérieure à 12/15 m sont beaucoup plus sensibles aux déformations. Quant à leur ancrage dans des couches résistantes présentant un poids à forte pente, il est aussi à proscrire en raison du risque de tassements différentiels.
  • Exclure les colonnes ballastées qui ne reposent pas, en pointe, dans des couches résistantes.
  • Le comportement en masse de sols compressibles traités par des colonnes « flottantes » n'est pas maîtrisable.
  • Examiner avec la plus grande attention les cas où des différentiels très faibles sont requis par l'ouvrage projeté.
    De tels cas sont le plus souvent incompatibles avec le recours à des colonnes ballastées, sauf à ne devoir traiter qu'une épaisseur réduite de sol compressible (jusqu'à 5 m environ) et avec une haute densité de maillage.

L'essentiel

  • Procéder à une étude géotechnique complète afin de vérifier l'acceptabilité des colonnes ballastées par les sols à traiter.
  • Procéder à un examen réaliste du comportement des colonnes ballastées, notamment en matière de performances vis-à-vis du gain de tassement.
  • En toute hypothèse, vérifier si le tassement résiduel, après traitement du sol, est devenu acceptable au regard des exigences du projet d'ouvrage à construire.

A consulter

  • DTU 13.2 : Fondations profondes.
  • Recommandations pour le contrôle de la conception et de l'exécution des colonnes ballastées, COPREC 2001.
  • Colonnes ballastées, Ammar Dhouib et Francis Blondeau, Presses des Ponts et Chaussées 2005.

Effondrement de murs de soutènement en maçonnerie

Constat

Destinés au maintien de massifs de terre de faible hauteur (moins de 2 m en général), ces petits ouvrages annexes de pavillons sont généralement construits en maçonnerie, très souvent sans l'aide d'un bureau d'études.
La stabilité des murs de soutènement en maçonnerie (blocs de béton, briques pleines, pierres, béton banché non armé) est assurée par leur propre poids (on parle de « mur-poids »).
Pour maintenir son équilibre, le poids du mur doit permettre de contrebalancer (voir schéma 1) :
- la poussée des terres;
- les poussées hydrostatiques si les terres sont mal drainées;
- les surcharges d'exploitation éventuelles (passage et stationnement de véhicules, …) ;
- les chocs éventuels.
Une épaisseur insuffisante de la paroi ou une mauvaise évacuation des eaux de ruissellement peuvent entrainer des fissurations ou le bombement du mur, son basculement partiel (voir schéma 2), voire son effondrement.

Enfin, suivant la pente générale du terrain surplombant l'ouvrage, le risque de grand glissement doit également être évalué.

Diagnostic

Les deux principales causes de désor­dres sont :

Une erreur de dimensionne­ment de l'ouvrage

Les poussées sur le mur résultent :

  • de la poussée due aux terres en place et aux remblais sur le mur. Cette poussée dépend des caractéristiques du sol (densité, cohésion et angle de frottement interne) et de la hauteur des terres à soutenir ;
  • de la poussée due à la présence d'eau. La réalisation d'un système de drainage vertical et horizontal et d'évacuation (grâce à des barbacanes) susceptible de s'accumuler le long de la paroi permet de limiter ces efforts ;
  • de la poussée due à des surcharges éventuelles : véhicules, stockage, …

Constitué d'un mur et d'une fondation, l'ouvrage de soutènement est considéré comme autostable. Cela signifie que le mur doit être suffisamment lourd pour résister sans déformation excessive aux différentes poussées. La prise en compte des chaînages dans le calcul de la stabilité n'est pas autorisée (cf. DTU 20.1 Partie 4). En revanche, des raidisseurs (poteaux en béton armé incorporés dans l'épaisseur du mur) ou des contreforts peuvent s'avérer nécessaires. Les caractéristiques de la semelle (dimensions, ferraillage) doivent également être calculées en prenant en compte les poussées.

Schéma simplifié des sollicitations d'un mur-poids et cas de basculement d'une paroi                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  L'action de l'eau                                                                                                                                                                 L'absence, la mauvaise conception ou le mauvais fonctionnement des systèmes de drainage et d'évacuation des eaux de ruissellement sont une cause fréquente de sinistre. En s'accumulant derrière la paroi, les eaux de ruissellement exercent sur celle-ci une poussée hydrostatique, qui vient s'ajouter à celle déjà exercée par le terrain sec. Or, aucun mur de soutènement, prévu pour être autostable et calculé pour résister à la seule poussée des terres, n'est capable de résister à des pressions hydrostatiques. Remarque : Relevant d'un cas particulier, la présence d'une nappe phréatique n'est pas abordée dans cette fiche.

Les bonnes pratiques

  • Dans la mesure du possible, faire réaliser une étude de sol (ou compléter celle pour les fondations).
  • Faire intervenir un bureau d'études «structure » pour le dimensionnement de l'ouvrage, y compris :
    • vérification des surcharges même non permanentes (passage ou stationnement de véhicules, aménagement de terrain (remblai) effectué ultérieurement, ...),
    • vérification du risque de glissement.
  • Apporter un soin particulier à la réalisation du drainage (positionnement par rapport aux fondations, pente, orientation des fentes du drain, présence de géotextile, remblaiement par couches successives) et des barbacanes afin d'éviter l'accumulation d'eau sur la face interne de la paroi.
  • Prévenir le maître d'ouvrage des limites de l'ouvrage de soutènement et des risques en cas de non-respect des consignes minimales (entretien des barbacanes et du drain, interdiction de surcharger l'arrière du mur).
  • Utiliser des murs préfabriqués peut éviter bien des désordres.

L'essentiel

  • Faire intervenir un bureau d'étude de structure et vérifier le ferraillage sur chantier par rapport aux plans.
  • Bien drainer et évacuer les eaux de ruissellement.
  • Entretenir drains et barbacanes.

A consulter

  • Eurocode 2 : Calcul des structures en béton.
  • Règles BAEL 91. - DTU 13.11 : Fondations superficielles.
  • DTU 13.12 : Règles pour le calcul des fondations superficielles.
  • NF DTU 20.1 - Parties 1 et 4 : Ouvrages en maçonnerie de petits éléments.
    NB : L'annexe de la partie 4 de ce dernier document traite de la conception du drainage nécessaire contre le mur.

 

Déformation d'un mur de soutènement en béton armé

Désordre

L'arase supérieure du voile constitutif du mur de soutènement en L (mur de 6 mètres de large situé entre deux bâtiments) présente un déplacement vers l'extérieur de 10 cm.

Ce déplacement relatif mesuré à chaque extrémité par rapport aux points fixes que constituent les deux corps de bâtiments contigüs est apparu progressivement dans les 6 mois qui ont suivi l'exécution de l'ouvrage.

L'effondrement du mur à bref délai semblait inéluctable.

Diagnostic

Les sondages destructifs ont mis en évidence un défaut d'exécution majeur du ferraillage : les armatures principales de liaison entre le voile et la semelle (HA 16 espacées tous les 25 cm) prévues sur le plan BA n'ont pas été installées

Mauvaise prise en compte des caractéristiques intrinsèques des remblais mis en œuvre derrière le mur. Il n'est constaté aucune trace d'évacuation d'eau par les barbacanes situées en pied de mur; les matériaux de remblai du site sont totalement imperméables ce qui induit une surcharge hydrostatique supplémentaire sur le mur, non prévue au niveau du dimensionnement.

Préconisation

Définir, en phase conception, les hypothèses de sollicitations externes de poussée sur le mur issues des caractéristiques mécaniques des matériaux de remblais et des dispositifs de drainage associés.

Réaliser l'exécution des ouvrages conformément aux plans d'exécution avec un autocontrôle de vérification du ferraillage formalisé au sein de l'entreprise.

Effondrement d'un mur de soutènement préfabriqué en béton armé

Désordre

7 ans après son édification, un mur de soutènement préfabriqué en béton armé de 38 m de longueur s'est brusquement effondré partiellement lors d'un hiver.

Diagnostic

Lors de la préfabrication des éléments de mur, les armatures principales verticales ont été positionnées le long de la face opposée aux terres sollicitée en compression, au lieu d'être positionnées côté terres, zone sollicitée en traction.

L'ouvrage a résisté jusqu'à ce qu'une contrainte complémentaire liée aux agents climatiques (gel) le conduise à sa ruine.

Préconisation

Il fallait positionner les armatures verticales principales côté terre (zone travaillant en traction), conformément aux règles de calcul en béton armé.

Effondrement d'un mur poids existant en cours de chantier

Désordre

Un mur existant de soutènement des terres s’est effondré de façon soudaine sur 15 ml environ lors de travaux de terrassement en pied dudit mur en vue d'une construction. Le sinistre n'a généré aucun dommage corporel mais une chaussée située en partie supérieure des terres soutenues est devenue impraticable.

Diagnostic

Un sondage avait mis en évidence une assise de fondation du mur de soutènement située à un niveau supérieur à la plateforme prévue pour le terrassement. L'entreprise a procédé à un terrassement complet, sans laisser de banquette d’assise au mur de soutènement.

Le mur s’est trouvé déstabilisé par ce terrassement qui s’est effectué sans passes alternées. Des fortes pluies ont également accentué la déconfortation du terrain et majoré les poussées horizontales sur le mur.

Préconisation

Il était nécessaire de respecter le DTU 12 (travaux de terrassement pour le bâtiment) qui préconise dans l’article 1.33 : « Lorsque l’exécution d’une fouille est de nature à causer des dommages aux constructions voisines, l’extraction des déblais doit être réalisée en plusieurs phases ou précédée d’une reprise en sous-œuvre de ces constructions. Les fouilles de reprises en sous-œuvre sont exécutées par petites parties, à l’aide de tranchées, de puits, ou de galeries ». (A noter que ce DTU est retiré de la liste officielle des DTU depuis septembre 2000 mais peut rester classé comme document de référence).

L’entreprise a entrepris un terrassement complet sans laisser de banquette en pied de mur dont elle savait que son assise était située à une cote supérieure à celle de la plateforme terrassée.

Infiltration d'eau en sous-sol

Désordre

Infiltration d'eau dans les sous-sols

Diagnostic

Les murs des sous-sols, réalisés en blocs pleins enduit complétés par un produit noir, n’empêchent pas, comme le rappelle le DTU 20.1, la pénétration d'eau sous pression.

Malgré la présence d’un drain en pied de mur, le remblaiement contre la construction, réalisé avec des matériaux argileux, ne respecte pas les prescriptions du DTU 20.1, entraîne la formation de poche d’eau, qui infiltre les maçonneries.

Préconisation

Selon la destination des locaux, les murs des sous-sols n’ont pas la même exigence en matière d’étanchéité, ni donc la même constitution. Des infiltrations limitées sont acceptées au travers des murs de deuxième catégorie au sens du DTU 20.1 (murs bordant des garages, caves, etc.), alors qu’elles sont bannies au travers des murs de 1ère catégorie (murs bordant des zones habitables)

Il convient donc que le niveau d’étanchéité de la paroi soit précisément défini par le maître d’œuvre lors de la conception, en fonction des exigences d'utilisation des locaux et des différents paramètres touchant à l'environnement de la construction (écoulement des eaux de pluies, nature du terrain de fondation, présence éventuelle d'un drainage et d’ouvrages étanches en bordure du bâtiment, importance du ruissellement, présence d'une nappe phréatique, etc.

Mouvement d'un mur de soutènement

Désordre

Les murs, réalisés en blocs de béton creux, soutiennent des jardins en contre haut de 1.70 m par rapport au niveau de la voie. Des mouvements importants avec fissuration des murs de soutènement sont apparus.

Diagnostic

Les murs ont été réalisés sur une fondation en béton sans liaisons avec la maçonnerie, ni poteaux raidisseurs ou chaînage horizontal. Du fait de l'absence de drain à l'arrière du mur, les barbacanes prévues en pied de mur pour évacuer les eaux d'infiltration et éviter la mise en pression à l'arrière du mur sont totalement inopérantes.

Préconisation

Il était indispensable :

 - de s'assurer de la bonne portance du sol d'assise de la fondation ;

- puis de réaliser une fondation adaptée avec des aciers en attente sous les raidisseurs, construire le mur en blocs à bancher enduits deux faces avec ferraillage horizontal et vertical adéquat avec en tête de mur un chaînage horizontal ;

- ensuite de réaliser à l'arrière du mur un drain avec des cailloux, un textile non tissé pour éviter son engorgement et un tuyau en partie basse de récupération des eaux vers le réseau EP avec la mise en place de barbacanes pour permettre l'écoulement des eaux et éviter les surpressions à l'arrière du mur.

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