La capacité portante du sol expliquée
La capacité portante du sol est la pression que le terrain peut supporter sous une semelle sans rupture ni tassement excessif. Les semelles sont dimensionnées pour que la pression appliquée reste inférieure à la valeur admissible.
Valeur ultime par rapport à la valeur admissible
La capacité portante ultime est la pression à laquelle le sol se rompt en cisaillement. La pression portante admissible applique un coefficient de sécurité (souvent autour de 3) et tient aussi compte des limites de tassement, qui régissent fréquemment la conception sur des sols plus mous.
La capacité portante dépend de la résistance du sol, de la largeur et de la profondeur de la semelle, et de la nappe phréatique. Un même sol peut supporter une pression plus élevée sous une semelle plus profonde ou plus large, et un sol saturé supporte moins qu'un sol sec.
Valeurs présumées du code
Le tableau R401.4.1 de l'IRC énumère des valeurs de capacité portante présumées : 1,500 psf pour l'argile, l'argile sableuse, l'argile limoneuse, le limon argileux, le limon et le limon sableux ; 2,000 psf pour le sable, le sable limoneux, le sable argileux, le gravier limoneux et le gravier argileux ; 3,000 psf pour le gravier sableux et le gravier ; 4,000 psf pour la roche sédimentaire et foliée ; et 12,000 psf pour le substrat rocheux cristallin. L'IBC comporte un tableau semblable (tableau 1806.2).
Ces valeurs peuvent être utilisées lorsque le responsable du bâtiment les accepte. Les sols organiques, les argiles molles, les remblais non contrôlés et les sols expansifs exigent une investigation.
Comment il dimensionne une semelle
La surface de semelle requise est égale à la charge divisée par la pression portante admissible. Une charge de poteau de 30,000 lb sur un sol de 2,000 psf exige 15 ft² de semelle, soit environ 3 ft 10 in de côté. Un ingénieur géotechnicien peut aussi recommander des largeurs et profondeurs minimales de semelle, une protection contre le gel et des estimations de tassement.
L'estimation ci-dessus ignore le poids de la semelle et du sol qui la recouvre, et suppose une charge centrée. Les conceptions réelles en tiennent compte, ainsi que des charges excentrées, de la profondeur de gel et des exigences de cisaillement et d'armature du béton, ce qui explique que les fondations soient conçues par des ingénieurs.
Questions fréquentes
Comment les ingénieurs mesurent-ils la capacité portante ?
Au moyen de sondages avec essais de pénétration standard, d'essais de pénétration au cône, d'essais de laboratoire et parfois d'essais de chargement à la plaque, interprétés par un ingénieur géotechnicien.
La capacité portante peut-elle être améliorée ?
Oui, par compactage, par excavation et remplacement du sol médiocre, ou par amélioration du sol, par exemple avec des pieux de granulats.
Pourquoi le tassement importe-t-il si le sol ne cède pas ?
Même sans rupture, un tassement différentiel peut fissurer les structures, c'est pourquoi les valeurs admissibles reflètent souvent des limites de tassement.
Sources
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