Les sols et leurs catégories

Maçonnerie, Matériaux 1966

On peut classer les divers sols en deux catégories ; les sols incompressibles et les sols compressibles.

SOLS INCOMPRESSIBLES

Les sols incompressibles comprennent tous les terrains formés de roc solide, de roches sédimentaires, métamorphiques ou éruptives, que l'on trouve à 5, 10, ou 15 pieds sous la surface du sol, et parfois même davantage. Les sols incompressibles peuvent supporter des charges d'au moins 20 à 30 tonnes au pied carré.

Le roc se recouvre ordinairement d'une croûte plus ou moins dure, ayant environ 4 à 6 pouces d'épaisseur, qui s'est altérée au contact de la terre et de l'humidité ; on enlève cette couche dégradée avant d'assoir les fondations.

SOLS COMPRESSIBLES

Les sols compressibles comprennent tous les terrains qui ne sont pas de roc solide, parmi lesquels nous mentionnerons:

Le tuf gris ou noir, formé de roc mou et dont la résistance à la compression est inférieure à 20 tonnes au pied carré.

Ses couches supérieures ont généralement une faible résistance — surtout si elles avoisinent la surface du sol, étant sujettes à l'humidité qui les désagrège peu à peu — en pareil cas, on ne peut attribuer au tuf qu'une résistance de 5 à 10 tonnes au pied carré.

La terre franche, formée de gravier et d'argile, peut avoir une résistance de 6 à 8 tonnes au pied carré.

La terre sablonneuse, qui est un mélange de sable et d'argile, peut offrir une résistance de 4 à 6 tonnes au pied carré.

Les terres glaises et argileuses, en un sol plutôt sec, de 2 à 4 tonnes au pied carré.

Les sols de grève ou les terrains adjacents aux cours d'eau, dont le sol est imbibé sur une certaine profondeur, ne peuvent porter qu'une tonne à une tonne et demi par pied carré.

Les sols refaits.— Une dépression comblée avec de la terre, des cendres, etc., à moins que ce remplissage date de plusieurs années, ne pourra offrir une résistance supérieure à une demi-tonne au pied carré. On ne peut ériger aucune construction importante sur un sol refait, mais seulement des constructions secondaires.

Les SONDAGES et FOUILLES

L'architecte ou le constructeur, avant de tracer les plans d'un édifice ou d'en entreprendre l'érection, doit s'assurer de la nature et de la composition du sol, ainsi que de la profondeur des couches de roc solide. S'il faut construire sur un sol compressible, on fera les essais requis pour en établir la résistance au pied carré.

Pour connaître la nature et la constitution du sol au niveau de la base des futures fondations d'un bâtiment à ériger, on peut d'abord s'en informer auprès des gens qui ont pratiqué des excavations similaires dans des terrains voisins.

Dans plusieurs localités, les conditions du sous-sol sont uniformes pour une certaine étendue. Dans d'autres, ces conditions varient: on peut trouver sur un même sol, du roc à 2 ou 3 pieds de profondeur et, abruptement, un peu plus loin, à 10 ou 15 pieds sous la surface.

Dans ce cas, il est préférable de réaliser des sondages ou des fouilles à des endroits différents, principalement aux angles, intersections de murs, piliers de la future bâtisse, c'est-à-dire partout où s'exercera la pression des charges.

On ne peut se fier au sondage effectué au moyen d'une tige d'acier ou d'un tuyau enfoncés à coup de maillet. En effet, il est assez difficile d'enfoncer une tige dans un sol compact, à cause de la friction encourue, et de la rencontre éventuelle de la moindre pierre qui donnerait l'illusion du roc.

Il est généralement préférable de faire des fouilles.

Fouilles.— Dans l'emplacement, on creuse çà et là à la pelle et au pic, des fosses de 2 pieds de profondeur, par 3 ou 4 de diamètre. A ce niveau, si l'on n'a pas atteint le roc (surtout sur un terrain refait) on procède au sondage

Sondages.— Si l'on n'a pas fait de fouilles pour vérifier la consistance du sol, on en découpe la surface au moyen d'une pelle, à différents endroits du terrain. Ensuite, on effectue les sondages au moyen de tarières à pieux ayant en général 6" de diamètre.

Elles comportent deux pales fixées à l'extrémité d'un tuyau de 3/4" et auxquelles on a soudé une pointe d'acier. La tige de l'outil a 4 pieds de longueur ; on visse à son autre extrémité un té creux de 1 1/2", pour recevoir un manche transversal permettant de mouvoir la tarière avec les deux mains. Ce té est amovible pour faire place à une extension taraudant dans une bague.

Dans la terre franche, la tarière peut atteindre assez facilement une profondeur de 4 à 8 pieds ; dans un sol de sable ou d'argile, 10 à 12 pieds (au moyen de deux extensions).

Pour atteindre ce niveau, il est préférable de faire manœuvrer la tarière par deux hommes. On peut aussi utiliser une chèvre avec corde et poulies pour soulever la tarière et évacuer la terre qu'elle remonte.

Forage.— Lorsqu'il s'agit d'atteindre une plus grande profondeur, on fore le sol au moyen d'une tarière de 2" fixée à une tige en fer de 4 pieds, avec tuyau de 2 1/2" de diamètre que l'on enfonce derrière la foreuse. Ce tuyau retient la terre et permet de faire remonter plus facilement les fragments libérés par le forage.

Forage hydraulique.— On peut utiliser dans ce genre de sondage un jet d'eau, descendant dans un petit tuyau. L'eau fait remonter à la surface le, sable ou la terre par un tuyau de 2 1/2" que l'on enfonce graduellement.

RÉSISTANCE de SÉCURITÉ des SOLS
Comment éprouver la résistance du sol

On peut éprouver un sol compressible sur une surface d'un pied carré, au niveau des fondements de la construction projetée.

On utilise ordinairement une. pièce de bois d'un pied carré, surmontée d'une table ou plateforme sur laquelle on entasse des matériaux lourds dont le poids correspond à la charge que le terrain doit supporter, en ayant soin de bien centrer cette charge pour qu'elle soit absolument verticale.

On maintient la pièce rigoureusement verticale, au moyen de quatre cordes tendues horizontalement pour ne pas altérer le poids de la charge.

Avant de commencer l'expérience, on mesure la distance de la table au sol ; on procède ensuite au chargement de la plate-forme jusqu'au poids correspondant à la pression requise.

Puis, l'on mesure à nouveau la distance de la table au sol, après que la pièce s'est enterrée sous la poussée de la charge.

On peut établir la résistance de sécurité du sol, par la comparaison avec les charges suivantes mesurées au cours de nombreuses expériences.

RÉSISTANCE DE SÉCURITÉ
(en tonnes au pied carré)

ÉVACUATION DE L'EAU SOUS LES FONDEMENTS

Lorsqu'on pratique des excavations pour des fondements dans un sol compressible, s'il survient de l'eau de source, de pluie ou de fonte des neiges, on doit aussitôt la drainer ou la pomper jusqu'à évacuation. Autrement, le sol deviendrait humide et n'offrirait qu'une résistance insuffisante. Nous reviendrons sur ce sujet à la section des excavations.

EFFETS DE LA GELÉE

Dans notre pays au climat rigoureux, on doit toujours tenir compte, dans la construction, des effets de la gelée et de la profondeur qu'elle atteint. Les sols sablonneux et accidentés sont moins gélives que les terres franches ou argileuses.

Les fondements seront donc assez profonds pour être inaccessibles à la gelée, qui peut atteindre 3 à 5 pieds suivant les terrains.

Aux endroits où la neige est durcie par le passage de véhicules ou piétons, comme près du seuil d'une porte extérieure, à l'entrée d'un garage, ou dans une rue adjacente à un mur de fondation, la gelée se fait sentir à une plus grande profondeur.

En faisant une excavation à l'entrée de service d'une maison, au printemps, j'ai constaté que le sol était gelé jusqu'à une profondeur de 7 pieds.

Que de bâtisses ont souffert de la gelée parce qu'elles sont restées sans chauffage par nos gros froids d'hiver ; leurs planchers bétonnés, de cave ou de soubassement, furent bosselés et fissurés et parfois même soulevés de plus d'un pouce par endroits.

Ce n'est pas étonnant si l'on songe que l'eau en se congelant augmente de volume et développe une pression de 1,500 livres au pouce carré, à 30° F.

FONDEMENTS

Le roc procure le meilleur fondement possible aux constructions. Vient ensuite le tuf, puis les bancs de sable compact et le gravier. Les sols de glaise ne sont utilisables que si la glaise est absolument sèche et isolée de l'humidité.

Lorsqu'il faut construire sur des sols compressibles ou terrains mous, on emploie des empattements assez étendus afin de répartir la charge sur une grande surface portante. (Fig. 1).

Fig. 1.— Empattement étendu servant à répartir la charge sur une grande surface portante.

On ne doit jamais ériger de fondations sur un roc incliné qui provoquerait des glissements, ni bâtir moitié sur le roc et moitié sur la terre, car la pression occasionne le tassement de la terre. Lorsqu'on ne dispose d'aucun sol solide ni horizontal, on y supplée par un, lit de béton, suffisamment étendu pour offrir la résistance requise.

CONFINEMENT DU SOL

Les palplanches (sheet piling).— Afin de retenir le sol sur une certaine étendue — dans le voisinage des eaux par exemple — ou pour rendre plus compacts les sols sablonneux, on enfonce par leur bout pointu des madriers de 2" à 6" d'épaisseur, à la suite les uns des autres. On les relie ensuite par leur sommet au moyen de boulons afin de les chaîner (fig. 2).

Fig. 2.— Palplanches faites de madriers et deux types de moutons servant à les enfoncer.

En pratique, on utilise comme palplanches des madriers de 2" d'épaisseur pour enfoncer à une profondeur de 15 pieds, 3" pour une profondeur de 20 pieds, 4" pour 30 pieds, 6" pour 25, et 8" pour une profondeur de 35 à 40 pieds.

On enfonce les madriers dans le sol au moyen d'un mouton ou masse en fer qu'on élève au moyen d'une poulie et laisse tomber sur la tête des palplanches. Il existe aujourd'hui des moutons à vapeur et à air comprimé qui accomplissent rapidement cette tâche.

Dans les constructions d'une certaine importance et surtout lorsqu'on travaille au-dessus des eaux avoisinantes, on utilise des palplanches d'acier qui s'emboîtent verticalement par juxtaposition. Une fois enfoncées, elles encerclent complètement le terrain et y confinent le sol qui demeure ou devient compact parce qu'isolé des eaux.

Les palplanches d'acier sont fournies avec emboîtement divers selon leur fabricant ; leur épaisseur varie de 1/4" à 1/2", leur poids, de 12 à 40 livres au pied linéaire, et leur largeur, de 7" à 15", selon la longueur de la pal planche et la profondeur qu'elles doivent atteindre.

La fig. 3 illustre la forme et l'emboîtement des palplanches métalliques.

Fig. 3.— Palplanches d'acier avec emboîtements.

LES BATARDEAUX

Lorsqu'il s'agit d'ériger des fondations ou des piliers au-dessous du niveau des eaux avoisinantes, on a recours au batardeau (coffer dam), sorte de palissade ou digue provisoire qu'on établit pour mettre à sec l'endroit où l'on exécutera les travaux.

Lorsqu'il s'agit d'effectuer des constructions en eau profonde, on utilise des caissons, tel que dans le cas des piliers d'un pont construits au centre d'une rivière.

Le caisson est une grande et forte caisse sans fond, en tôle ou en charpente, qui s'enfonce dans le sol au fur et à mesure que l'on creuse à l'intérieur, sous le poids du pilier en maçonnerie ou en béton que l'on construit dessus. Une fois en place sur le roc solide, on emplit le caisson avec du béton.

LES RADIERS

Grillage (Spread footing).— Un radier est un ouvrage qui sert à répartir de façon uniforme le poids d'un immeuble sur toute la surface bâtie. On peut donc construire sur un sol compressible, au moyen d'un radier, à condition que la bâtisse ne soit pas élevée et que les piliers d'appui soient suffisamment rapprochés les uns des autres.

Le radier consiste en de très grands empattements pratiqués en dessous des bases des murs et piliers, et communiquant ensemble de manière à former une seule et même assiette en béton armé sur toute la surface des fondements de la bâtisse. ( Fig. 4).

Fig. 4.— Radiers de formes et de structures diverses à base de treillis métalliques.

Le radier comprend un treillis métallique (ou armature de tension) enfoui à la face supérieure des dalles et des nervures pour remédier à la poussée du sol ; sous les murs et piliers une deuxième armature est placée près de l'autre face du radier, afin de répartir la charge des piliers sur toute la surface du sol.

FONDATIONS SUR PILOTIS

Dans les constructions d'une certaine importance devant être érigées sur un sol compressible et surtout lorsque le roc solide se trouve à plus de 20 pieds de profondeur, alors que les empattements et le radier seraient insuffisants, on pratique les fondements sur des pilotis en bois ou en béton.

On enfonce les pilotis de distance en distance, soit de 2 1/2 à 4 pieds l'un de l'autre, selon la nature du sol et la charge à supporter. Les pilotis, en bois ont de 9" à 18" de diamètre au sommet, et 6" à 9" à la base, qui est pointue et garnie d'une ferrure. (Fig. 5).

Fig. 5.— Pilotis en bois, dont la pointe est garnie à 'une ferrure.

On utilise des pilotis en épinette pu en pruche si le sol est mou ; lorsque le soi est plus résistant, l'orme convient mieux.

Les pilotis sont enfoncés à l'aide d'un mouton ou masse de fer que l'on soulève à l'aide d'un treuil et qu'on laisse tomber sur la tête du pilotis, garnie temporairement d'un cercle métallique.

Pour vérifier la résistance de sécurité d'un pilier planté à coups de mouton, on procède comme suit.

On double le poids de la masse en fer, puis on multiplie par la course en pieds. On divise ce produit par la fraction de pied représentant la pénétration du pilotis lors du dernier coup de mouton (plus un pouce), tel que dans la formule suivante:

Résistance du pilotis : = (2P X h) / (P+1)

P — représentant le poids du marteau ou masse du mouton ;
p — la pénétration au dernier coup
h — la course en pieds.

Prenons par exemple, un mouton, dont le marteau pèse 2,000 livres, et qui, lâché d'une hauteur de 30 pieds, fait pénétrer de 1/2" le pilotis au dernier coup du mouton.

La résistance de sécurité du pilotis sera alors de:

(2 X 1,000 X 30) / (0.5+1) 60,000 lbs / 1.5 = 40,000 lbs ou 20 tonnes.

Là où les pilotis sont placés à 3 ou 4 pieds de centre en centre, la surface des fondements peut porter sûrement 4 à 5 tonnes au pied carré ; avec des pilotis éloignés de 2 1/2 pieds les uns des autres les fondements auront une résistance de 5 à 7 tonnes au pied carré.

Après avoir rasé les pilotis à un niveau uniforme, on en recouvre le sommet d'une couche de 2 à 3 pieds de béton, sur lequel on assoit les fondations.

Fig. 6.— Pilotis et piller en béton comparés sous le rapport de la solidité et de l'économie de temps.

FONDATIONS SUR PUITS BÉTONNÉS

Lorsque le roc est profondément enterré et que les charges de la construction sont localisées, on peut utiliser avec avantage les puits bétonnés rectangulaires où cylindriques.

S'il s'agit d'enfoncer des piliers sous le niveau de l'eau, on utilise les caissons décrits précédemment.

Sur les puits bétonnés que l'on dispose ordinairement de 10 à 16 pieds de distance les uns des autres, on construit des piliers supportant des linteaux en béton armé qui servent d'empattements pour les murs de fondation de l'édifice. (Fig. 7).

Fig. 7.— Photographie montrant la solidité des puits bétonnés sur lesquels repose une lourde structure et que les assauts de la mer n'ont pu entamer.

Le diamètre des puits bétonnés doit varier selon leur nombre, la distance au roc solide et la charge à supporter.
Dans les constructions ordinaires, le diamètre des puits est de 3 à 4 pieds ; ceux placés aux angles de la bâtisse auront 5 pieds.

On doit placer deux puits sous les principaux points de charge, aux angles du bâtiment, sous les trumeaux, aux intersections des murs et en dessous des piliers.

Lorsque les puits sont profonds et que la terre n'est pas assez consistante pour être retenue par des étrésillons, on construit en planches un caisson que l'on emplit avec du béton bien pilonné. On dépose ce béton par couches de 8" à 12" jusqu'à la hauteur déterminée pour recevoir les fondations, soit à pas moins de 6 à 7 pieds du sol.

Ainsi, les murs de fondations reposeront sur des poutres ou empattements en béton armé reliant le sommet des puits entre eux.

On peut utiliser des arcs en maçonnerie ou en béton construits sur les puits bétonnés, après avoir creusé en forme de cintre le fond de la tranchée des murs dans les intervalles entre les puits.

Dans les angles, on utilise pour les travées au-dessus des deux puits adjacents, une poutre et masse de mur formant une culée pour les arcs voisins. (Fig. 8).

Fig. 8 —Pu ifs bétonnés reliés à leur sommet par des arcs.

En grande profondeur (40 à 80 pieds et plus), surtout où l'eau abonde, il faut construire des chambres étanches et y utiliser l'air comprimé, avec un système de pompage.

EXCAVATION DES SOLS INCOMPRESSIBLES

Mines

Lorsque les sols incompressibles: roc solide, granit, calcaire, pierre noire ou tuf, sont à découvert, il faut, comme nous l'avons vu, en prélever la surface friable d'environ 6" d'épaisseur, et, s'ils sont alors à la profondeur de la ligne des fondations, les niveler pour recevoir la base des mura.

Lorsque le roc solide est plus près de la surface que prévu, et qu'il n'en faut enlever qu'une faible épaisseur, on peut le désagréger au pic ou le casser à la masse, en utilisant une pointe d'acier provoquant la rupture dans les failles de la pierre. S'il faut creuser le roc davantage, il sera plus facile de le miner.

Miner un corps, c'est le faire sauter au moyen d'un explosif. On emploie d'ordinaire les mines pour désagréger une partie de roc, casser les grosses roches, creuser le roc peu profondément, et surtout creuser en sous-œuvre ou en contre-bas d'une bâtisse avoisinante.

Pour miner, on utilisait autrefois comme explosif la poudre noire, qui sert encore du reste dans les excavations peu profondes ou dans un édifice, une cave ou en sous-œuvre, afin de ne pas provoquer de fortes commotions à l'édifice ou ne pas désagréger sa surface portante ni celle des bâtisses voisines.

DYNAMITAGE

Dynamiter, c'est faire sauter une mine au moyen de la dynamite (composé de nitroglycérine et d'une substance neutre ordinairement siliceuse rendant l'explosion moins facile).

Avant de procéder aux minage ou ,au dynamitage, le préposé doit choisir les failles dans la surface du roc et les forer de manière que l'explosion ait le maximum d'effet.

Le forage se fait avec une 'drille" ou une tige de fer qui s'enfonce de son propre poids ou à coups de masse et qu'il faut tourner d'un demi-tour à chaque percussion. La pointe de la tige est biseautée et trempée, ce qui en facilite la pénétration. Si l'on doit pratiquer plusieurs mines, il est préférable d'utiliser une foreuse à l'air comprimé.

On doit effectuer les forages en nombre suffisant et aux endroits les plus propices, afin d'éviter toute surcharge d'explosifs, qui fracturerait les bancs de roc, sur lesquels reposera l'édifice, et aussi afin de ne pas endommager les immeubles avoisinants.

Permis

Les mines seront chargées à la poudre ou à la dynamite selon le cas, par un homme expérimenté, détenteur d'un brevet à cette fin, et qui prendra toutes les responsabilités.

On fore de 15" à 30" de profondeur, pour les mines de peu d'importance, et de 24" à 48" ou plus pour le dynamitage, selon la résistance du roc et la longueur des bâtons de dynamite.

Pour faire partir les mines, on utilise un détonateur (fuse ou cap) et une mèche d'une certaine longueur appelée « ratelle », permettant à celui qui l'allume de s'éloigner avant l'explosion.

On utilise, aussi, surtout avec la dynamite, un circuit électrique muni d'un commutateur, qui transmet au détonateur la décharge électrique d'une pile sèche ou d'un accumulateur.

On doit recouvrir soigneusement les endroits minés de grosses pièces de bois, de matelas de vieux cordages, ou de sacs de sable, afin d'empêcher la projection des débris hors des tranchées.

Il faut éviter de désagréger ou d'enlever le roc au-dessous de la ligne des fondations indiquée aux plans. Tout surplus de béton requis pour combler l'écart incomberait au constructeur.

La pierre désagrégée par les mines, si elle est graniteuse, calcaire ou très dure, peut être concassée et incorporée au béton de construction.

La pierre noire du sous-sol de Québec — à moins d'être très dure—n'est d'aucune utilité, étant sujette à se décomposer et à s'effriter sous l'effet de l'humidité.