Guide complet des types de fondations

Les fondations assurent la transmission des charges d'un ouvrage vers le sol porteur, garantissant sa stabilité et sa pérennité.

Face à la diversité des contextes géotechniques, on identifie trois catégories de fondations : les fondations superficielles, les fondations semi-profondes et les fondations profondes, qui chacune répond à des contraintes spécifiques de sol, de charge et de profondeur d'ancrage.

Ce guide présente les différents types de fondations, leurs applications, pathologies et solutions de renforcement.

Qu'est-ce qu'une fondation ? Définition et rôle structurel

Une fondation désigne l'ensemble des éléments structurels à l'interface entre une construction et le sol naturel.
Son rôle est de transmettre et répartir les charges de l’ouvrage (poids propre, surcharges d'exploitation, charges climatiques) vers les couches de sol sous-jacentes suffisamment résistantes.
La compilation de ces charges s’appelle descente de charges sur fondations.

L’étude géotechnique, l’élément incontournable

Une étude géotechnique, souvent nommée étude de sol (missions G1 et G2 selon la norme NF P94-500) caractérise les sols en place, donne leurs caractéristiques géomécaniques (nature, résistance mécanique, compressibilité, sensibilité à l'eau, …).

Elle identifie la ZIG (zone d’influence géotechnique) et les risques géotechniques pouvant impacter le projet.

Elle définit la capacité du sol à supporter ces charges sans rupture ni déformation excessive (la portance du sol) selon les contraintes admissibles des sols en place.

Au final, elle définit les solutions de fondations envisageables dont elle peut également donner des exemples de dimensionnement.

La stabilité d'un ouvrage repose sur 3 équilibres : la résistance à l'enfoncement (équilibre vertical), la résistance au glissement (équilibre horizontal) et la résistance au renversement.

Une fondation mal adaptée ou mal dimensionnée, des travaux à proximité, un réseau d’eau fuyard sont autant de sujets qui peuvent compromettre cet équilibre et générer des pathologies structurelles telles que des fissurations.

Comment classer les différents types de fondations ? Zoom sur les trois grandes familles

La classification des fondations repose sur la profondeur d'ancrage par rapport au terrain naturel, critère défini par les normes Eurocodes et DTU. Cette profondeur détermine le mode de transmission des charges et conditionne le choix technique.

Il existe trois familles : les fondations superficielles (moins de 3 mètres), les fondations semi-profondes (entre 3 et 6 mètres), les fondations profondes (au-delà de 6 mètres) également nommées fondations spéciales.

Les fondations superficielles

Les fondations superficielles constituent la solution la plus courante et économique lorsque le sol de surface présente une portance suffisante.

Elles se caractérisent par un ancrage à faible profondeur (généralement inférieur à 3 mètres) et transmettent les charges par appui direct.

Les trois types principaux :

Semelles isolées

Éléments ponctuels en béton armé, adaptés aux structures à ossature (poteaux, appuis isolés, longrines de report de charges)

Semelles filantes

Fondations continues en béton armé sous les murs porteurs répartissant linéairement les charges linéaires.

Nécessitent un sol porteur homogène.

Radier

Dalle générale en béton armé couvrant toute l'emprise du bâtiment, utilisée lorsque les semelles isolées couvriraient plus de 50 % de la surface ou bien lorsque les sols sont de caractéristiques mécaniques médiocres

Conditions d'emploi :

Les fondations superficielles conviennent lorsque le sol en place présente une portance suffisante (contrainte admissible généralement > 1 bar), à faible profondeur et que les charges sont compatibles avec cette portance (dimension raisonnable de la dimension des fondations).

Une profondeur hors gel (0,50 à 1 m selon la région) doit être respectée.

Avantages :

Simplicité de mise en œuvre, coût réduit, délais courts.

Limites :

Inadaptées aux sols compressibles (argiles molles, remblais récents, tourbes) et aux sols de portance médiocre, aux zones à risque (cavités souterraines, …).

Les sols hétérogènes peuvent contraindre à des profondeurs variables et peuvent être également une limite.

Pathologies associées : Les fondations superficielles sont sensibles au tassement différentiel lorsque le sol présente des caractéristiques hétérogènes ou subit des modifications hydriques.

Symptômes : fissures en façade (obliques, horizontales, en escalier), déformation des ouvertures, distorsion des planchers.

Les fondations semi-profondes : puits et plots

Les fondations semi-profondes constituent une solution intermédiaire lorsque le sol de surface est médiocre mais qu'une couche porteuse est accessible à profondeur modérée (entre 3 et 6 mètres).

Elles prennent la forme de plots bétonnés ou de puits bétonnés.

Elles s'appliquent pour des charges moyennes ne justifiant pas le coût de fondations profondes.

La réalisation s'effectue par excavation mécanique ou manuelle jusqu'à la couche porteuse nécessitant fréquemment des blindages provisoires protecteurs, suivie du bétonnage.

Risques et pathologies :

Instabilité des parois d'excavation en sols pulvérulents ou saturés
Venues d'eau perturbant le bétonnage
Tassements résiduels si la couche porteuse est mal identifiée
Difficultés de contrôle qualité après exécution.

Les fondations profondes : pieux et micropieux

Les fondations profondes, appelées également fondations spéciales, transmettent les charges à des couches situées à grande profondeur (au-delà de 6 mètres).

Elles sont souvent indispensables lorsque les couches superficielles sont compressibles ou de portance insuffisante, hétérogènes ou présentent des risques géotechniques.

Principe de fonctionnement : Contrairement aux fondations superficielles et semi-profondes qui travaillent par appui direct, les fondations profondes mobilisent également le frottement latéral le long du fût de fondation.
L’ancrage de la fondation s’opère généralement dans une couche très résistante et permet une résistance en pointe importante.

Typologies principales :

Pieux vissés

Profilés métalliques hélicoïdaux vissés dans le sol.

Adaptés aux sols cohérents et aux chantiers urbains sensibles, mais limités en présence de roches ou sols très denses.

Pieux battus

Éléments préfabriqués en béton armé ou en métal, enfoncés par battage (mouton ou vibrateur).

Adaptés aux sols meubles, ils offrent une grande capacité portante mais génèrent vibrations et nuisances sonores importantes.

Pieux forés

Réalisés par forage puis bétonnage, généralement équipés d’une armature métallique.

Adaptés à tous types de sols et permettent d'atteindre de grandes profondeurs (idéale en milieu urbain).

Micropieux

Pieux de petit diamètre (< 250 mm) forés ou foncés, munis d’un tube acier comme armature métallique scellé au sol par un coulis de ciment.

Les micropieux sont souvent utilisés dans les cas de reprise en sous-œuvre ou de terrains difficiles d'accès.

Jet-grouting

Injection haute pression de coulis de ciment qui découpe et mélange le sol en place pour créer des colonnes de sol-ciment porteuses.

Permet de traiter tous types de sols et de créer des éléments de fondation ou des écrans d'étanchéité.

Le choix dépend notamment de la stratigraphie du sol, de l'intensité des charges, de la profondeur du substratum porteur et des contraintes de chantier.

Sols concernés : Tous.

Pathologies possibles : Défaut de frottement latéral si le sol se tasse ou se dégrade, rupture en pointe si le pieu n'atteint pas la couche compétente, effets de groupe entre pieux trop rapprochés, tassement résiduel si la couche d'ancrage se comprime.

A noter que sous le vocable de fondations spéciales on intègre également :

Les ouvrages de soutènement

Les ouvrages de soutènement peuvent être porteurs et donc servir de fondations ou non porteurs, être définitifs ou provisoires.

Parmi ces ouvrages on note :

Parois par passes alternées : l’excavation suivi du blindage est réalisée par passes horizontales alternées successives de largeur (comprise généralement entre 2m et 5m).
Le blindage peut être en béton armé, en bois, en acier.
Au final la fonction porteuse est réalisée en fond de fouille en fin de terrassement et sera de type fondation superficielle isolée et/ou filante.
Parois berlinoises, parisiennes, moscovites : structure mixte associant un élément vertical (de type pieux ou micropieux), en acier ou en béton armé, et un blindage horizontal en bois, en béton armé, en acier.
Ici la fondation finale sera de type fondation profonde si l’élément vertical est porteur, de type fondation superficielle (isolée et/ou filante) si l’élément vertical n’est pas porteur, ce qui est le cas des soutènements provisoires.
Parois moulées : ici le soutènement est un mur en béton armé réalisé entièrement avant les phases de terrassement.
Ces soutènements sont généralement toujours porteurs et de type fondations profondes.
Parois clouées : on parle ici généralement de stabilisation de pente et de talus inclinés, et se compose d’un renforcement de sol par ancrage de clous, barres métalliques scellées au sol, et d’un parement de la surface du sol par béton projeté.

L’amélioration de sol

L’amélioration de sol qui comme son nom l’indique est une amélioration des caractéristiques géomécanique des sols en place.

A ce titre l’amélioration de sols n’est pas une fondation en elle-même, mais un moyen de rendre porteur un sol qui ne l’était pas et permettre alors la réalisation de fondations superficielles là ou précédemment il fallait envisager des fondations semi-profondes ou profondes.

Pour cette raison les techniques d’amélioration de sol concernent principalement les sols sur leurs 5/6 premiers mètres.

Parmi les techniques d’amélioration de sol on note :

Colonnes ballastées : du ballast est introduit et compacter sous forme de colonnes dans un sol meuble.
Le compactage des colonnes compact également le sol adjacent créant ainsi un horizon aux caractéristiques mécaniques améliorées,
Compactage dynamique : une masse de l’ordre de 20 tonnes est lâchée depuis une grande hauteur (15/20m).
L’impact de la masse sur le sol compacte celui-ci jusqu’à des profondeurs pouvant atteindre 5/6m,
Injections de sols : de coulis de ciment ou de résines expansives les injections de sols permettent d’améliorer les caractéristiques mécaniques du terrain et accroître sa capacité portante

Les fondations profondes / spéciales, hormis l’injection de résine expansive, font généralement appel à des moyens lourds d’intervention et demande des emprises de chantier généralement conséquentes.

Elles sont aussi souvent synonymes de coût élevé, de complexité de mise en œuvre, de nuisances (vibrations, bruit), de risques d'interaction avec ouvrages voisins.

Comment choisir le type de fondation ?

Le choix résulte d'une analyse multicritère croisant données géotechniques, structurelles et économiques.

Sept critères techniques majeurs guident cette décision :

Stratigraphie

Il s’agit d’identifier la nature, la succession, l’épaisseur des différentes couches qui compose le sol.

L’étude géotechnique (ou étude de sol) s’attachera également à donner les caractéristiques géomécaniques de ces couches.

Ex : Un sol homogène et résistant en surface oriente vers des fondations superficielles

Portance du sol

La capacité du sol à supporter ces charges sans rupture ni déformation excessive.

Elle dépend de la nature du terrain (argile, sable, rocher), de ses caractéristiques géomécaniques (compacité, cohésion) et de la présence d'eau.

Déterminée par essais pressiométriques ou pénétrométriques, elle conditionne le choix :

Bon sol à moins de 3 m → fondations superficielles
Entre 3 et 6 m → fondations semi-profondes
Au-delà de 6 m → fondations profondes

Ex : Une portance < 1 bar exclut les fondations superficielles classiques

Descente de charges

Somme de toutes les charges que les fondations doivent supporter, incluant le poids propre de la structure (murs, planchers, charpente), les surcharges d'exploitation (occupants, mobilier, équipements), et les charges climatiques (neige, vent).

L'intensité des charges détermine la surface d'appui nécessaire.

Ex : Des charges élevées sur sol médiocre peuvent imposer un radier ou des pieux

Hydrogéologie

La présence d'une nappe phréatique, son niveau et ses variations influencent le choix des fondations.

Une nappe haute complique les excavations (rabattement nécessaire), génère des sous-pressions et peut affecter la stabilité des fouilles.

L'agressivité chimique de l'eau (sulfates, chlorures) impose des précautions sur la composition du béton (ciments adaptés, enrobages renforcés).

Risques de tassement

Les sols compressibles (argiles molles, remblais récents, tourbes, vases) se déforment sous charge.

Le tassement différentiel (affaissement inégal) est une pathologie majeure entraînant fissuration structurelle, déformation des planchers et blocage des menuiseries.

Son amplitude dépend de la compressibilité du sol, de l'intensité des charges et de l'hétérogénéité du terrain.

Risques géologiques

Le retrait-gonflement des argiles provoque des variations volumétriques selon les variations hydriques, accentuées par les sécheresses.

Les terrains en pente présentent des risques d'instabilité nécessitant des fondations ancrées.

Les sols liquéfiables (sables saturés) peuvent perdre leur portance sous sollicitation sismique.

Les cavités souterraines (karsts, anciennes carrières) peuvent s'effondrer et générer des tassements différentiels en surface.

Ces risques demandent une analyse approfondie et influencent le choix des fondations.

Pathologies courantes & impact sur les fondations et l’ouvrage

Hétérogénéité du sol porteur

Il est fréquent que les fondations d’un ouvrage portent sur un sol hétérogène qui avec le temps se comportera différemment.

Fondations inadaptées

Les fondations peuvent être d’origine inadaptée au sol ou bien le devenir comme par exemple avec un changement d’usage de l’ouvrage, une surélévation, la création d’ouvertures dans les structures porteuses qui accroissent les charges sur les fondations résiduelles non prévues pour cela.

Venues d’eau / Circulations d’eau

Des circulations d’eau dans le sol qu’elles soient naturelles ou accidentelles comme suite à des canalisations fuyardes peuvent entrainer un lessivage du sol (perte de ses matériaux fins), une modification de sa compacité, des dissolutions (dans le gypse notamment).

Cavités

Des cavités préexistantes ou créée à la suite de circulation d’eau par exemple, peuvent s’effondrer et décomprimer les sol-sus-jacents qui avec le temps peut remonter jusqu’en surface, l’ouvrage et ses fondations.

Rétractation des argiles

Les sécheresses entrainent le retrait de l’eau du sol qui provoque à son tour la rétractation des argiles.

Retrait gonflement des argiles

Les argiles gonflantes subissent des variations de volume importantes selon leur teneur en eau, générant des mouvements différentiels répétés, accentués par les sécheresses.

Insuffisance de portance du sol

Le sol tasse de manière plus importante que prévu et entraine les fondations et l’ouvrage.

Décompressions de sol

Les sols sont décomprimés et tassent alors également de manière plus importante.

Mouvements de sol

Phénomène lié à la saisonnalité dans le cas du retrait gonflement des argiles.

Tassement différentiel

Affaissement inégal résultant d'hétérogénéités du sol, de variations de charge ou de phénomènes hydriques.

Cela peut engendrer une distorsion du bâtiment, un décollement d'éléments ou encore un blocage des menuiseries.

Affaissement de dallage

Sensibilité aux tassements du sol support par présence de cavités sous dallage, compactage insuffisant du remblai, érosion interne ou affaissement de canalisations.

Les affaissements peuvent entraîner une descente de carrelage ou des fissurations.

Fissures structurelles

Fissures pouvant être verticales (tassement localisé), obliques ou en escalier (tassement différentiel), horizontales (poussée latérale).

Notez qu’une ouverture > 2 mm évolutive nécessite une expertise urgente.

Que faire ?

Lorsque les fondations présentent des désordres ou une capacité portante insuffisante, des techniques de renforcement des fondations et/ou d’amélioration des sols sous-jacents peuvent être mises en œuvre.

On notera :

La reprise en sous-œuvre :

Technique consistant en des excavations réalisées sous les fondations existantes pour les élargir et/ou les rigidifier.

Le but est de réduire l'effort exercé sur le sol en offrant une surface d'appui plus importante, permettant ainsi de mieux répartir les charges.

Autre approche : réalisation de plots ou puits de fondation pour reporter les charges de l'ouvrage plus en profondeur, vers des couches de sol plus résistantes.

C'est une solution robuste qui garantit une stabilité durable, mais elle implique des travaux lourds, très invasifs avec des risques de déstabilisation de la structure pendant la phase d'exécution des travaux.

Les micropieux :

Les micropieux reportent les charges de l'ouvrage aux sols en profondeur, les sols de surface incriminés sont ainsi « shuntés ».

Les micropieux peuvent être forés, foncés, battus, puis solidarisés aux fondations existantes.

Comme pour la reprise en sous-œuvre, les micropieux imposent des travaux lourds et invasifs.

Avantages :

Fiabilité, adaptabilité.

Limites :

Coût élevé, délais longs, nuisances. L'ensemble des fondations de l'ouvrage doit être repris par les micropieux, une reprise partielle interdite.

L’amélioration de sol par injection de résines expansives

Injection peu invasive de résine polyuréthane expansive densifiant les sols décomprimés, comblant vides et cavités.

Réduit la perméabilité, favorable aux sols sensibles aux variations hydriques.

Injectée via forages de petit diamètre, elle s'expanse lors de la polymérisation, compactant les sols.

Action immédiate, zones rapidement libérées.

Ne modifie pas le type de fondation : traitement partiel possible.

Autres avantages :

Précision, rapidité, faible emprise, absence de vibrations.

Limites :

Diagnostic géotechnique précis nécessaire, sol à cohésion minimale requis.

Rôle des injections de résine Uretek

Uretek est spécialisé dans la stabilisation, la consolidation, le renforcement, l’amélioration des sols sous fondations par injection de résines. Cette technologie offre une réponse performante aux pathologies de fondations et aux problématiques d'affaissement de sol.

Principe technique

La résine Uretek est injectée via des forages de faible diamètre (12 à 16 mm) réalisés à travers le dallage ou à travers les fondations.

Une fois injectée, la résine s’expanse en quelques secondes, exerçant une pression contrôlée et ciblée qui remplit les vides, compacte les sols meubles tout en améliorant les caractéristiques mécaniques du terrain.

Le processus d’injection est adapté en temps réel grâce à des outils de contrôle (monitoring laser, radar 3D, suivi des paramètres d’injection, …) permettant d'ajuster le process d’injection (volume, maillage, paramètres de résine, …) selon les réactions du sol et de l’ouvrage sus-jacent.

Adaptation aux trois familles de fondations

La technique d’injection de résines s'adapte à toutes les fondations.

Autrement dit, cette méthode est applicable aussi bien aux fondations superficielles (stabilisation du sol sous semelles, comblement de vides sous radiers, correction de tassements différentiels, amélioration de la portance), qu’aux fondations semi-profondes (densification autour des puits, amélioration de la portance) et qu’aux fondations profondes (traitement du sol entre pieux pour restaurer le frottement latéral, comblement de cavités).

Applications concrètes

Stabilisation de semelles affaissées, renforcement sous dallages industriels ou résidentiels, comblement de cavités naturelles ou anthropiques, amélioration de sol avant construction, traitement des désordres liés au retrait-gonflement des argiles.