Défis géotechniques de la conception d’immeubles de grande taille et de sous-sols profonds

Andrew Russell

Associé, géotechnicien principal

Chris Haberfield

Géotechnicien principal

Les villes étant de plus en plus congestionnées, les locaux et les places de stationnement y deviennent rares. Comme les propriétaires et les promoteurs souhaitent tirer le maximum d’une empreinte foncière limitée — et maximiser les profits — la tendance est à la construction d’édifices plus hauts et de sous-sols plus profonds. Un édifice plus vaste, c’est peut-être mieux pour la marge de profit, mais il y a un lot de défis à relever pour qu’un grand immeuble au sous-sol profond soit stable et sécuritaire et qu’il ne soit pas exposé à un risque d’affaissement du sol ni à des problèmes liés aux eaux souterraines.

Au début d’un projet de construction d’un immeuble de grande taille, la priorité est de mener une étude approfondie des conditions du sol. Les facteurs géotechniques étant déterminants au succès d’un tel projet, le recours à un géotechnicien le plus tôt que possible est incontournable.

Penser au sol

L’un des problèmes qu’on voit trop souvent dans l’industrie est la réticence de certains promoteurs à consacrer suffisamment d’argent à une étude approfondie du sol. L’argent dépensé à cette étape initiale est un investissement extrêmement important pour la réussite d’un projet. Les conséquences d’une analyse insuffisante peuvent être dévastatrices, mais il ne s’agit pas seulement d’éviter les risques manifestes pour le projet. Il est également possible de réduire les coûts de construction en investissant dans la découverte d’une solution géotechnique intelligente.

Grâce à un investissement adéquat dans une étude de sol approfondie, le géotechnicien dispose du budget nécessaire pour entreprendre l’analyse requise afin de trouver une bonne solution. Cette solution est plus susceptible d’assurer la réussite du projet et pourrait bien être plus rentable que la solution prudente nécessaire dans des conditions moins bien comprises. Par exemple, s’il peut sembler extravagant de dépenser 100 000 $ de plus pour l’enquête géotechnique, cet investissement supplémentaire pourrait permettre d’économiser des millions de dollars, et ce juste en optimisant les fondations.

Même si les coûts de construction du sous-sol et des fondations d’un immeuble de grande taille ne représentent qu’une faible proportion du coût total du projet, toute erreur commise dans l’évaluation et la planification à l’égard du sol et du sous-sol peut entraîner des dommages importants au bâtiment, des retards de construction et des coûts supplémentaires. Il y a donc beaucoup de valeur à aller chercher et de risques à éviter en faisant rigoureusement évaluer les conditions du sol par un professionnel.

Creuser dans des sols difficiles

Dans des villes établies comme Sydney, Melbourne et Hong Kong, beaucoup de nouveaux immeubles de grande taille sont construits sur des sols difficiles, de sorte que les travaux peuvent être coûteux et complexes. Dans bien des cas, il est possible de supporter le poids d’une tour si les conditions du sol sont raisonnablement favorables, mais des défis surviennent dans les sols mous et profonds, où il peut être difficile de concevoir des fondations pouvant supporter adéquatement la charge éolienne et sismique, ou lorsque nous devons aménager des fondations dans un sol propice aux problèmes d’infiltration d’eau.

Il est essentiel de ne pas négliger la conception des structures de soutènement. La construction d’un mur de soutènement revient à transformer une section de sol stable en quelque chose d’intrinsèquement instable et susceptible de céder sous la pression. Pour que la structure puisse retenir cette surface instable pendant longtemps, sa conception doit tenir compte des propriétés du sol et des risques associés au sol et à l’eau, qui, s’ils ne sont pas apparents, sont tout de même prévisibles.

Réduire la pression sur les structures de soutènement

Pour assurer le drainage et la gestion de la pression hydrostatique exercée sur les murs de soutènement, il faut comprendre le sol et éviter de sous-estimer le travail de l’eau. Dans les sols argileux, par exemple, il est souvent nécessaire de penser au drainage derrière le mur même si l’infiltration d’eau est minime, afin de garantir que la pression hydrostatique ne puisse pas augmenter trop facilement. Toutefois, le drainage peut poser problème dans l’argile réactive, car il peut être une source d’eau permettant à l’argile de s’humidifier, de se dilater et de causer des problèmes majeurs. Dans le sable ou la roche fracturée, par contre, le système de soutènement doit être protégé contre les infiltrations d’eau, car les débits sont trop grands pour être gérables.

Pour trouver une bonne solution, il faut réfléchir sérieusement aux conditions particulières du sol, de l’eau et du projet, plutôt que d’appliquer une approche théorique standard.

Maintenir la stabilité

Une fois qu’une structure de soutènement a été construite, certains aspects clés doivent être vérifiés afin d’assurer l’intégrité de la structure à long terme. D’abord, il faut vérifier que le drainage se fait librement. Lorsque le matériau filtrant commence à se boucher, la pression hydrostatique augmente.

Le mouvement est un autre facteur. De nombreux problèmes liés aux murs de soutènement sont attribuables à un trop grand mouvement, qui survient lorsque le déplacement n’a pas été estimé adéquatement. Si le mur commence à pencher, c’est probablement qu’il n’a pas bien été conçu ou que certains facteurs n’ont pas été pris en compte. La stabilité d’un mur dépend de nombreux facteurs. Une faible inclinaison peut ne pas poser de problème important sur le plan de la performance à long terme, sauf par exemple si elle est attribuable à une perte de durabilité des matériaux utilisés pour construire le mur. Si l’intégrité de ces matériaux est compromise, il faut agir.

Concevoir pour un avenir prévisible

Chaque mur de soutènement est différent. Une bonne conception dépend de la compréhension de ce qui existe déjà et de ce qu’il est raisonnablement possible de prévoir. À titre d’exemple, si le mur de soutènement est construit à côté d’une servitude de tunnel ferroviaire, il faut tenir compte de la possibilité que d’autres tunnels soient éventuellement aménagés.

Il y a souvent beaucoup d’installations de services publics à proximité des murs de soutènement, alors si, par exemple, une conduite d’eau principale centenaire se trouve derrière le mur à concevoir, il faut envisager la possibilité qu’elle se rompe, ce qui pourrait entraîner l’élévation de la nappe phréatique.

Comprendre le sol

Pour qu’un immeuble puisse s’élever haut dans les airs et que son sous-sol puisse rester protégé et sec jusque dans les profondeurs, il faut bien comprendre les caractéristiques fondamentales du sol. L’investissement initial dans la compréhension des conditions de sol du site est compensé par la multiplication des possibilités sur le plan de la conception, l’accélération des travaux de construction et les risques évités. Lorsqu’on a une solide compréhension des conditions du sol, traduite efficacement en solution de conception adéquate, tout ce qu’il reste à faire, c’est de mettre en place un bon système pour s’assurer que la construction correspond à la conception et que les travaux sont effectués en toute sécurité.

Andrew Russell

Associé, géotechnicien principal

Chris Haberfield

Géotechnicien principal

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