Les promoteurs et les constructeurs avaient autrefois une solution simple lorsqu’ils se heurtaient à de mauvaises conditions de sol : chercher un endroit plus adéquat.
Mais l’étalement urbain, la demande d’infrastructures publiques qui en découle et la flambée des prix de l’immobilier sont autant de facteurs qui ont changé la donne, selon Brian Huber, chef de projet à EBS Geostructural, de Breslau, en Ontario.
« Pendant bien des années, les projets de développement partout dans la province étaient interrompu quand la capacité de portance d’un sol passait de forte à faible, a-t-il déclaré. On procédait aussitôt à une étude géotechnique pour déterminer les conditions du sol. »
M. Huber affirme que si les analyses démontraient que huit lots étaient solides et deux inadéquats, les promoteurs laissaient 20 % du site non aménagé. Plus maintenant.
« Même avec les coûts de construction plus élevés, mieux vaut mettre quelque chose sur ce type de terrain que rien; parce que ce sont là les deux seules options, n’est-ce pas », a affirmé M. Huber.
Un terrain instable à East Gwillimbury
L’entreprise a récemment participé à la construction de la Sharon Public School, à East Gwillimbury, en Ontario, pour le compte de la York Region District School Board.
« Ils ont établi ce besoin dans ce district et ont déterminé au stade initial du projet –il y a de cela peu importe combien d’années – que l’endroit serait idéal pour une école », a expliqué M. Huber.
Le site est entouré de lotissements en pleine expansion et se trouve au cœur de la communauté qui sera desservie. Cependant, quand Patriot Engineering a effectué une étude géotechnique du sol, des problèmes sont apparus. Les conditions du sous-sol n’étaient pas adaptées à des fondations superficielles conventionnelles en raison d’une nappe phréatique élevée et de valeurs N avoisinant les 10.
M. Huber a expliqué que les ingénieurs qui font des trous de forage pour déterminer la valeur N ou le « nombre de coups ». Ils utilisent une cuillère à fente soigneusement calibrée et la laissent tomber pour déterminer le nombre de coups nécessaires pour la faire pénétrer d’un pied dans le sol.
« Si un seul coup suffit pour que la cuillère s’enfonce d’un pied, c’est que le sol est très mou, a-t-il expliqué. S’il 50 coups sont nécessaires, c’est que la matière est plus dure. »
Le choix d’un autre site n’étant pas une option envisageable, Patriot Engineering a recommandé l’utilisation de pieux hélicoïdaux pour la fondation et des essais de compression pour confirmer le design et la capacité de charge des pieux sur le site.
Pieux hélicoïdaux
« Un pieu hélicoïdal est essentiellement une vis », a expliqué M. Huber. Il est composé d’une tête coiffée des plaques hélicoïdales; le pas est de trois pouces, alors à chaque rotation complète, le pieu s’enfonce dans le sol de trois pouces.
C’est comme si vous preniez un tournevis à percussion à la maison et que vous vissiez une vis à bois dans un deux par quatre, a-t-il ajouté.
Vous n’aurez pas trop de mal à la visser. Maintenant, si vous prenez ce deux-par-quatre et que vous le posez sur un morceau de bois dur – de l’érable ou du chêne – quand la vis atteindra le bois dur, elle continuera de tourner, mais plus difficilement, a conclu M. Huber. Ça prendra beaucoup plus de couple. »
Selon lui, c’est ce que fait le pieu hélicoïdal : il progresse dans la matière molle jusqu’à ce qu’il atteigne un sol plus dense et donc capable de supporter la charge de la structure.
« La charge est ensuite transférée le long du fût du pieu et à travers ces plaques hélicoïdales dans la matière adéquate, quelle que soit la profondeur de portance – 20 pieds, 50 pieds, 100 pieds, a-t-il repris. »
Selon M. Huber, les pieux hélicoïdaux sont une solution fiable depuis des décennies. Bien qu’elle ne soit pas nouvelle, cette technologie gagne encore du terrain dans les constructions modernes, les développeurs étant soumis à des conditions de sol pas toujours idéales.
« Autant optimiser et viser gros, n’est-ce pas? Sinon, on laisse tomber. »
Brian Huber, EBS Geostructural
Le projet de la Sharon Public School a nécessité 739 pieux hélicoïdaux, dont la taille variait en fonction de la charge à supporter. Trois tailles ont été utilisées, soit le SS5 de 270 kilonewtons, le SS175 de 500 kilonewtons et le SS200 de 670 kilonewtons.
Le travail d’ingénierie est essentiel pour assurer que la taille des pieux est optimisée en fonction de la composition du sol et des exigences relatives à sa capacité de portance. Bien qu’il n’y ait pas de mal à utiliser un pieu d’une capacité supérieure à celle nécessaire, ce choix, selon M. Huber, peut entraîner des coûts inutiles importants.
« Quand on considère que le coût moyen d’un pieu hélicoïdal est d’environ 3000 dollars, on arrive vite à un gros montant pour un projet qui en nécessite autant, a-t-il déclaré. Il est donc valable, en particulier pour les projets de plus grande envergure, de faire partie du projet dès le début, au stade de la conception.
Profondeurs variables et conflits d’horaires
Une des complexités du projet de construction de la Sharon Public School a été de gérer les conditions de sol inégales, qui ont fait en sorte que les pieux ont dû être installés à différentes profondeurs.
« La longueur moyenne des pieux était de 75 pieds mais certains ne mesuraient que 56 pieds de long alors que d’autres allaient jusqu’à 120 pieds, a déclaré M. Huber, ajoutant que le couple et non la longueur était le facteur critique. C’est le couple qui compte. On ne peut pas s’attendre à ce que les pieux produisent un même rendement si la force de torsion n’est pas correctement appliquée.
Une des complexités du projet de construction de la Sharon Public School a été de gérer les conditions de sol inégales, qui ont fait en sorte que les pieux ont dû être installés à différentes profondeurs.
« La longueur moyenne des pieux était de 75 pieds mais certains ne mesuraient que 56 pieds de long alors que d’autres allaient jusqu’à 120 pieds, a déclaré M. Huber, ajoutant que le couple et non la longueur était le facteur critique. C’est le couple qui compte. On ne peut pas s’attendre à ce que les pieux produisent un même rendement si la force de torsion n’est pas correctement appliquée.
Un autre défi a été celui de l’échéancier. Les chantiers de construction sont souvent chaotiques en ce qu’ils réunissent des travailleurs de nombreux corps de métier qui doivent respecter des délais serrés. Selon M. Huber, la relation de longue date entre EBS et Chance, le fabricant des pieux hélicoïdaux, a permis de respecter les délais serrés du projet malgré une augmentation de 50 % des besoins en matériaux par rapport à ce qui avait été prévu du départ.
« Ils ont été en mesure de fabriquer les matériaux et de les livrer au site avant que nous ne tombions à court du matériel que nous avions commandé à l’origine, ce qui a été fantastique », a-t-il déclaré, ajoutant que de les travailleurs de nombreux corps de métier auraient rapidement éprouvé des problèmes d’approvisionnement ou de main-d’œuvre si leur travail avait soudainement augmenté de moitié.
« Même avec les coûts de construction plus élevés, mieux vaut mettre quelque chose sur ce type de terrain que rien. »
Brian Huber, EBS Geostructural
Pour maintenir le projet sur la bonne voie, EBS a également déployé des équipes et de l’équipement supplémentaires en fonction des besoins. EBS dispose de 12 équipes dans la province et d’une flotte d’équipement. M. Huber se dit fier d’avoir évité « l’effet domino » des retards dans l’échéancier.
« Nous avons pu garder des gars sur place, en ajouter d’autres quand ils étaient disponibles et aider l’entrepreneur général (Aquicon) à respecter l’échéancier pour l’ensemble du projet », a-t-il déclaré.
De plus en plus utilisés
M. Huber s’attend à ce que les pieux hélicoïdaux soient de plus en plus utilisés à l’avenir, compte tenu de la nécessité de construire davantage d’infrastructures et de la disponibilité décroissante de terrains.
« Pendant un certain nombre d’années, le développement était interrompu sur les grands sites où les conditions du sol passaient de bonnes à mauvaises, parce qu’il n’était pas rentable de construire, a-t-il déclaré. Qu’on construise sur un étage, deux étages ou de dix étages, ça prend des fondations profondes. Autant optimiser et viser gros, n’est-ce pas? Sinon, on laisse tomber. »