La plupart des matériaux incorporés à la construction d'un bâtiment sont fabriqués par l'homme et leurs propriétés sont connues d'avance. Par contre, il en est autrement des sols qui servent de support aux fondations. Le sol est un matériau dont les propriétés sont prédéterminées par la géologie du site et sont hors du contrôle humain. Il est donc nécessaire de prendre ces propriétés en considération avant même le début des travaux, lors de la planification du projet. En d'autres mots, il faut adapter la construction d'un bâtiment au sol et non l'inverse.
Sous le climat québécois, les fondations des bâtiments sont soumises au cycle de gel et de dégel. De plus, les changements climatiques observés depuis quelques années, notamment les fortes précipitations de pluie hors saison, peuvent avoir un effet sur la stabilité des sols qui, dans certains cas, pourraient causer des tassements ou des glissements de terrain.
Les variations saisonnières du niveau de la nappe phréatique ainsi que les remontées capillaires des eaux souterraines causent également des problèmes de fondation. Cet apport d'humidité considérable dans le sous-sol des habitations est souvent relié au drainage inadéquat des fondations et au phénomène de l'ocre ferreux. Le gonflement du roc (shale), pour sa part, sera associé au phénomène de la pyrite, alors que le retrait des sols, lui, résultera de l'assèchement des argiles.
Les différents types de sols
Un sol est formé de quatre éléments principaux: la matière minérale, la matière organique, l'eau et l'air. La matière minérale est la fraction inorganique d'un sol et se compose de fragments de roches tels que des blocs, des cailloux, du gravier, du sable, du silt ou de l'argile. La matière organique, elle, provient de résidus d'origine végétale et animale en partie décomposée et re-synthétisée. Elle a la propriété d'augmenter la compressibilité du sol. Elle est également une source d'énergie pour les micro-organismes qui vivent dans le sol et l'activité biochimique serait presque nulle sans elle.
Les sols sont classés dans les quatre groupes suivants:
- Les sols grenus, qui contiennent des particules suffisamment grosses pour être visibles à l'oeil nu, tel que les graviers et les sables;
- Les sols fins, qui contiennent des particules invisibles à l'oeil nu, tels que les silts et les argiles;
- Les sols organiques, qui contiennent un pourcentage élevé de matières organiques; ils sont reconnaissables par la présence de feuilles, de racines et de fibres;
- Les remblais, qui sont le résultat de dépôts de matériaux produits par l'homme ou d'origines diverses.
La description d'un échantillon de sol
Afin de bien connaître les propriétés d'un sol, il est important de prélever un échantillon de ce sol et d'en faire une description adéquate. Lors de cette démarche, les caractéristiques suivantes doivent être prises en considération: la forme et la dimension des grains, la composition granulométrique, l'homogénéité, la dureté, l'humidité, la présence de racines oude coquillages, la compacité, la plasticité, la couleur et l'odeur.
Lors de l'examen de l'échantillon de sol, la description doit être effectuée dans cet ordre: nom du sol, granulométrie, gosseur et forme des grains, couleur, odeur, teneur en eau, compacité, structure et appellation locale. Voici un exemple de description que l'on pourrait retrouver dans un rapport d'étude géotechnique: sable silteux avec des traces de gravier et d'argile, bien étalé, gris, humide, dense avec lentilles de silt brun (till). Dans la grande région de Montréal, les sols les plus communs sont l'argile de la Mer de Champlain, le silt, le sable de Joliette et le till.
Les effets des sols sur les fondations
Les effets des sols peuvent se manifester différemment sur les fondations, selon leurs proriétés distinctes. Une description de leurs caractéristiques permet de déterminer les dommages qu'ils peuvent causer aux fondation. En voici un aperçu.
Les argiles
Cohérentes et plastiques, elles ont un coefficient de perméabilité très faible et elles s'assèchent difficilement. Ainsi, elles se désintègrent lentement au contact de l'eau et se fissurent lorsqu'elles sèchent. Elles sont responsables de la plupart des tassements des fondations par le phénomène communément appelé d'assèchement des argiles. Les argiles molles ont également une faible capacité portante et requièrent sont la construction de semelles de fondation surdimensionnées auxquelles de l'acier d'armature est ajouté, soit l'installation de pieux.
Les silts
Les particules qui les constituent sont généralement invisibles. Elles sont peu plastiques et leur texture est rugueuse. Saturés d'eau, les silts se dilatent et peuvent avoir l'effet d'un sable mouvant. Au même titre que les argiles, ils sont responsables des tassements des fondations et peuvent également causer des dommages aux fondations par l'action du gel ( gel par adhérence ou par pénétration ).
Les sables et les graviers
Contrairement aux argiles et aux silts, leurs particules dont le diamètre est supérieur à 2,0mm sont visibles à l'oeil nu. Afin de les distinguer des silts, les sables qu'on qualifie de propres doivent le demeurer lorsqu'un échantillon est mêlé à l'eau, sans quoi ils seront considérés comme contenant du silt. Ces sables sont peu plastiques et même lorsqu'ils sont humides, ils se pulvérisent entre les doigts. Ils représentent un bon support pour les fondations lorsqu'ils sont compactés mais en présence de matière organique ou saturés d'eau, leurs propriétés en sont grandement affectées.
Les sols organiques
Ils se caractérisent par la présenc de feuilles, de racines et de fibres en différents états de décomposition. À leur état humide, ils sont de couleur brun foncé, gris très foncé ou noir et ils sont spongieux au toucher. Ils ne doivent jamais servir de support pour les fondations et sont responsables de tassements lorsqu'ils sont présents, par exemple, sous une couche d'argile.
Les remblais
Ils sont identifiables par leurs couleurs variées et plus foncées. Leurs structures remaniées sont caractérisées par la présence de débris de construction et ne doivent également pas servir d'assises pour les fondations.
Prévenir les conséquences
Bien qu'ils aient une bonne apparence et qu'ils nous semblent homogènes, les sols peuvent parfois réserver de bien mauvaises surprises. Préalablement à la mise en chantier, le constructeur doit posséder toute l'information relative au sol sur lequel il prévoit ériger le bâtiment. À défaut, il aura avantage à recourir aux services d'un consultant en géotechnique et contrôle des matériaux afin de connaître la capacité ortante des sols et concevoir les fondations et le système de drainage pluvial du bâtiment en conséquence. Toutes ces vérifications lui permettront d'être à l'abri du phénomène de pyrite, de radon, d'ocre ferreux et d'autres problèmes caractéristiques des sols québécois.
Source: Magazine Québec Habitation Vol 26 no 1 Février/Mars 2009