Une solution intelligente pour le sous-sol
En cas de sous-sol meuble, des fondations combinées pieux-radier sont souvent nettement moins onéreuses que des fondations sur radier classiques. A Wallisellen, les coûts ont même pu être divisés par deux pour le projet Im Glattgarten. Pour obtenir une telle solution, il ne faut pas utiliser beaucoup de béton mais demander aux ingénieurs en géotechnique de procéder à des analyses approfondies. A Wallisellen, on a en outre effectué un essai in situ au moyen de deux pieux instrumentés.
Quand des géotechniciens expérimentés recommandent de faire des économies au niveau des fondations, cela intrigue les maîtres d’ouvrage. C’est ce qui s’est passé pour le projet Im Glattgarten de la société Plazza AG à Zurich-Wallisellen: un complexe immobilier avec 200 appartements à louer et des surfaces de services de 1’700 m2. Le sous-sol de l’ancien site industriel, sur lequel on va ériger six bâtiments de sept étages, est composé d’argile très meuble. Au départ, on avait donc prévu une solide fondation sur pieux avec des pieux d’une longueur pouvant atteindre 40 mètres. Ces pieux devaient servir à supporter la charge des bâtiments jusqu’au niveau de la moraine. Les géotechniciens de Basler & Hofmann pensaient qu’il était possible de proposer une solution plus efficace et ont mis au point une variante à la demande du maître d’ouvrage. Ils lui ont recommandé d’utiliser non pas des fondations sur pieux verticales mais des fondations combinées pieux-radier. Ce type de fondations permet de répartir les charges sur un radier sans renforcement des fondations et sur des pieux nettement plus courts (15 à 20 mètres). Economies réalisables: quelque 4’000 m3 de béton pour le radier et 7’000 mètres de pieux, ce qui correspond à environ 3 à 4 millions de francs. Comme les pieux sont plus courts, les travaux durent nettement moins longtemps.
Un essai avec des pieux high-tech
Pour optimiser les fondations, il faut parfaitement connaître le sous-sol. Les investissements ne se concentrent pas sur le béton mais sur les analyses. C’est pourquoi Carlo Rabaiotti et Cornelia Malecki sont aujourd’hui sur le chantier à Wallisellen. Les deux géotechniciens surveillent l’instrumentation de deux pieux d’essai. Pour l’instant, le chantier n’a rien de spectaculaire. Sur le vaste site, seule une foreuse pour pieux se dresse vers le ciel. A côté d’elle, les cages d’armature pour les deux pieux sont prêtes. Un petit groupe de personnes portant des vêtements orange s’est rassemblé autour des équipements. On voit au premier coup d’œil qu’il ne s’agit pas de cages d’armature classiques: entre les barres d’armature on devine un appareil d’un bleu vif, sur la longue cage on aperçoit même deux appareils. «Il s’agit de presses», explique Cornelia. Elles enfoncent les pieux d’essai dans le sol en déployant jusqu’à 10’000 kN: cette force est plus élevée que la charge que possèdera le bâtiment. «Cela nous permet de déterminer les limites de la capacité portante externe. Dans le même temps, les presses exercent une pression vers le haut. Nous pouvons ainsi connaître le frottement superficiel maximal.» Pour ce faire, il faut toutefois installer de nombreux instruments de mesure sur les pieux: des câbles bleus les traversent de haut en bas. Ce sont des capteurs à fibres optiques qui mesurent les compressions et les allongements. De plus, quelque 20 extensomètres sont fixés sur chaque pieu. Les cages d’armature high-tech sont à présent équipées et peuvent être mises en place dans le trou de forage.
Essais et analyses
Les pieux d’essai sont très importants pour les géotechniciens: «l’essai in situ réalisé avec les deux pieux permet de savoir dans quelle mesure la reconnaissance du terrain et notre modèle FEM correspondent au comportement réel du bâtiment et du sol», précise Carlo tandis que l’on coule du béton dans la cage d’armature. La procédure d’essai utilisée ici porte le nom de son inventeur, le professeur américain Jorj O. Osterberg, et est également appelée méthode d’Osterberg. «En fonction des résultats de mesure, nous pourrons peut-être alléger davantage les fondations définitives», espère le géotechnicien diplômé. Les travaux de construction des 300 pieux restants et du radier doivent commencer dans deux mois.
Une précision plus élevée que prévu
Deux semaines plus tard: les résultats de mesure sont là. Ils montrent que le comportement du sous-sol correspond à peu de choses près aux calculs du modèle FEM. Les fondations sont parfaites. L’équipe devrait donc être on ne peut plus satisfaite. Carlo et Cornelia sont certes contents, mais néanmoins un peu déçus: «nous pouvons faire l’économie de quelque 300 mètres supplémentaires de pieux. A vrai dire, nous pensions que ce chiffre serait plus élevé.» Les travaux de construction vont à présent se dérouler comme prévu et les géotechniciens vont continuer d’effectuer des mesures. Huit pieux et huit piliers vont être équipés d’extensomètres à fibres optiques. On pourra ainsi surveiller le comportement de l’ouvrage jusqu’à l’achèvement des travaux.
Moins de béton, plus d’expertise
Ce projet ne demande-t-il pas trop d’efforts? «Non, pas du tout», affirme Carlo en secouant énergiquement la tête en signe de désapprobation. «Pour parvenir à une solution idéale comme à Wallisellen, quatre étapes sont obligatoires: reconnaissances géotechniques poussées, modèle FEM, essai in situ et instrumentation de l’ouvrage fini. Un modèle FEM sans validation des mesures ne vaut pas grand-chose. Et plus nous faisons de mesures, plus nous améliorons nos modèles. Globalement, ce n’est pas cher payé par rapport aux économies que nous réalisons.» De nombreux projets viennent le confirmer.