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LE BÂTIMENT À VIA BELLINI N ° 1 À BOLOGNE


Un projet de consolidation réalisé en septembre 2008 à l'aide du « Système HBC » est présenté ci-dessous. Parallèlement à la phase d'implantation de l'usine, un système de surveillance de la configuration des fissures principales, du fonctionnement général et de la consommation d'eau a été mis en place.


Structure du bâtiment et vicissitudes historiques


Il s'agit d'un bâtiment à usage d'habitation, mesurant 20,00 x 11,00 m, composé de trois étages hors sol et d'un sous-sol servant de sous-sol dans la partie amont et de commerces dans la partie vallée. La structure portante est en maçonnerie et se compose des parois extérieures longitudinales de deux chevets, de deux parois dorsales d'un chevet et des parois transversales délimitant la cage d'escalier, également d'un chevet. Au rez-de-chaussée, dans la partie à commerces, l'un des murs d'épine n'a pas été construit, un pilier maçonné et une poutre ont été construits à sa place. Les fondations, situées à 50 ÷ 60 cm du sous-sol, sont constituées d'un lit de gravier mal cimenté de moins de 40 cm de large et d'environ 30 cm d'épaisseur. Le bâtiment a présenté les premiers problèmes statiques dans la partie amont au milieu des années 1980. En 1989, la Copropriété consulte un Professionnel qui effectue des relevés et identifie les caractéristiques du sol de fondation. L'instabilité est attribuée au trempage du sol dû à la dispersion des eaux pluviales ainsi qu'aux mauvaises caractéristiques de rigidité de la fondation. Une intervention partielle avec des poteaux en béton armé Φ 400 mm et la collecte des eaux métriques sont préconisées et réalisées. A partir de 1993, un nouveau phénomène de fissuration apparaît progressivement, avec la réouverture d'anciennes fissures et l'apparition de nouvelles, notamment dans la partie de la vallée non affectée par les pôles. En 1996, le bâtiment est à nouveau marqué par toute une série de fissures qui dénoncent sans équivoque l'existence d'un phénomène de tassement dû à des affaissements différentiels du sol. Un suivi est recommandé mais la copropriété décide de surseoir et procède à la restauration extérieure des façades avec indemnisation de tous les préjudices. Entre fin 1996 et début 1997, suite à la fusion des deux magasins de la Via Toscana, la structure portante a été modifiée. Le pilier et la section du mur de dos sont remplacés par quatre colonnes et deux poutres en acier. En 2001, de nouvelles fissures sont apparues tant sur les murs porteurs, sur les cloisons que sur les planchers et en particulier des fissures subverticales voyantes sont apparues au début de l'empilement sur les murs longitudinaux extérieurs. D'octobre 2003 à novembre 2004, les lésions les plus importantes ont été suivies au fissuromètre. Les relevés ont mis en évidence l'ouverture des fissures en été et en automne et leur fermeture en hiver et au printemps. Il y a eu une compensation substantielle des défaillances dans la période d'investigation mais l'état de fissuration s'est considérablement aggravé, suite également à l'apparition de nouvelles lésions. L'alternance d'ouverture et de fermeture des fissures confirme que le bâtiment est fortement affecté par les variations volumétriques saisonnières des sols de fondation. Ci-dessous le relevé de la structure et de l'état de fissuration, quelques photographies et le plan de l'intervention partielle avec poteaux réalisée en 1989 :

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Intérieur

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Etude de la structure et de l'état de fissuration

Externe

Plan partiel de l'intervention avec poteaux

Cadre géologique et géotechnique


La zone étudiée est située dans la zone orientale de la ville de Bologne et est incluse dans la section 221090 "Bologne Sud" de la cartographie technique régionale. Le site, via Bellini 1, est situé en correspondance avec une bande de terrain où la pente s'interrompt entre la zone collinaire et la haute plaine. En particulier, il appartient au milieu morphologique des contreforts et de la plaine du piémont. Plus précisément, il se place à la transition entre la bande des anciens conoïdes de la pédecolline interdigitée avec celles des inter-conoïdes perméables récents. L'évolution morphologique de cette zone de la ville de Bologne est étroitement liée à la dynamique des voies navigables mineures qui parcourent les premiers versants du territoire entre Porta S. Stefano et la localité de S. Ruffillo. Il s'agit essentiellement de fossés d'importance mineure qui se jettent dans le ruisseau Savena. Les sédiments présents dans le sous-sol de la zone concernée sont le résultat de l'action de transport et de stockage de ces cours d'eau. Ceux-ci, dans la partie de l'exutoire en plaine, ont connu une évolution similaire, avec des détournements répétés du lit de la rivière et un déplacement général du système d'éventail vers l'Est.La partie externe des éventails s'est fusionnée et les cours d'eau se sont superposés plusieurs fois. leur lit de rivière à celui abandonné l'un de l'autre. Dans ces bassins, d'extension limitée et de dénivelé total modeste, les apports de matériaux grossiers sont limités. La présence de graviers n'est en effet généralement signalée que pour des puissances et extensions très limitées. Les sommets des corps conoïdes et interconoïdes reposent directement sur des matériaux attribuables à la Marl Formina del Termina (TER) et à la Formation d'argiles pliocènes (FAA). En particulier, le premier sous-sol est caractérisé par la présence d'une couche de matériaux fins, en partie, dérivant de l'altération de ceux sous-jacents (couverture éluviale) et, en partie, transportés par les voies navigables. Les illustrations suivantes présentent un extrait de la carte géologique relative à la zone étudiée, la stratigraphie détaillée détectée, les caractéristiques physiques et granulométriques du sol et la variation de l'humidité avec la profondeur obtenue à partir des analyses effectuées sur les échantillons prélevés.

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Carte géologique de la zone examinée (extraite du Service géologique et sismique des sols d'Émilie-Romagne

Caractéristiques physiques et granulométriques

Variation de la teneur en eau avec la profondeur du sol du site investigué

Stratigraphie du site à l'étude

De l'examen du graphique relatif à la teneur en eau avec la profondeur, présenté ci-dessus, on constate que dans la zone comprise entre -1,50 et -3,40 m du niveau du sol, la teneur en eau est proche de la limite de retrait. Il est évident que dans cette ceinture, où se trouvent les structures du fond marin, il y a eu un assèchement du sol et, par conséquent, un retrait volumétrique. A noter également la nette diminution de l'humidité au contact des graviers sous-jacents. Cette structure stratigraphique peut fortement affecter l'évolution de la teneur en eau des matériaux fins. En effet, il ne peut être exclu que les graviers soient le siège de couches éphémères et, de ce fait, puissent apporter et/ou drainer de l'eau.

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Champ d'essai

Pour les besoins du dimensionnement du système HBC, il est indispensable de déterminer la plage d'influence des enceintes à mettre en place. Malheureusement, la voie analytique est très compliquée car, comme mentionné précédemment, dans le cas des sols non saturés, les paramètres de la loi de Darcy, qui interprète le processus de filtration, sont des fonctions des forces de succion en présence. En conséquence, nous avons opté pour une expérimentation in situ à l'aide d'un forage instrumenté d'un piézomètre de type Norton utilisé comme élément diffuseur. Le piézomètre a été alimenté pendant un mois en imposant un niveau piézométrique à environ -4,00 m du niveau du sol. Pour déterminer un rayon d'influence utile de la diffusion, nous avons procédé à la comparaison de la teneur en eau initiale déterminée dans la première phase d'investigation (figure 7) avec deux autres profils détectés respectivement à côté et à 1,00 m du diffuseur après la période d'alimentation. La comparaison de la teneur en eau après la phase d'imbibition du sol est illustrée ci-contre.

Comme le montrent les résultats obtenus, la zone située sous le niveau piézométrique a montré une augmentation de la teneur en eau, passant de pourcentages proches de 19% à des valeurs autour de 25%. Les teneurs en eau comprises entre 24 % et 27 % représentent la saturation totale du matériau examiné.

 

Projet d'intervention

 

La consolidation a été réalisée en 2008 par l'installation d'un système de contrôle de l'humidité du sol (système HBC breveté). Comme le montre la conception de l'usine, illustrée dans les illustrations suivantes, quatre tuyaux en polyéthylène pré-percés sous-horizontaux ont été installés à une profondeur appropriée. Ils ont pour fonction de diffuser l'eau nécessaire pour maintenir l'humidité constante quelles que soient les conditions extérieures pouvant intervenir dans le sol du bâtiment. Évidemment, l'installation n'affecte pas la partie du bâtiment qui était consolidée avec des poteaux à l'époque. L'approvisionnement en eau provenait du compteur de la copropriété situé près du coin droit du bâtiment, tandis que l'électricité nécessaire provenait du panneau de compteur de la copropriété situé dans la cage d'escalier. Chaque diffuseur est équipé d'un puisard HBC, qui peut être inspecté pour l'entretien, situé sur la place de Via Toscana qui contient l'équipement électrique et électronique conçu pour contrôler, surveiller et maintenir le niveau piézométrique projeté de l'eau. Compte tenu de la présence de la place sur la Via Toscana, il a été possible de poser les enceintes à l'aide d'une foreuse horizontale (No-Dig) sans intervenir le moins du monde à l'intérieur de l'établissement commercial situé au rez-de-chaussée. Le "Forage directionnel" est un système de forage basé sur l'exécution d'un forage, au moyen d'une tête orientable et d'un système pour la localiser. L'avancement de la tête de forage, pour l'exécution du "trou pilote", s'effectue par la combinaison des mouvements de poussée et de rotation exercés par la machine. Dans le cas réalisé, il a suffi de procéder à quatre fouilles, deux dans les caves et deux dans la cour, pour l'interception de la sonde. Ci-dessous, le plan et la coupe de l'usine HBC construite, ainsi que quelques photos relatives aux phases de construction.

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Plan de l'usine HBC créé

Section de l'usine HBC construite

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Réalisation des perforations no-dig

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Phases de construction de l'usine

Détail du cockpit HBC

Suivi et résultats obtenus


L'usine a été mise en service en septembre 2008 et parallèlement une surveillance a été mise en place qui consiste dans le contrôle des lésions les plus importantes au moyen de stations crépusculaires, dans la mesure de la consommation d'eau au moyen d'un compteur et dans les vérifications de fonctionnement des lignes au moyen d'une unité de commande électronique de commande. Les résultats obtenus étaient excellents. Comme le montrent les graphiques présentés, les mouvements, après une première phase d'ajustement de quelques mois, se sont complètement arrêtés. Les mesures se réfèrent à une station crêpométrique critique car elle est située sur la lésion principale du mur extérieur au début de l'empilage. Le besoin en eau était minime comme supposé dans la phase de conception. En particulier, le dernier relevé, effectué le 30/09/2010, indique une consommation totale de 143 mètres cubes en ligne avec les caractéristiques de perméabilité du terrain. En examinant la tendance de la consommation d'eau, on peut voir comment, après la période initiale de règlement, la consommation laisse entrevoir une tendance pseudo-sinusoïdale comme preuve de l'influence saisonnière sur le processus.

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Consommation totale d'eau : 140 mètres carrés en deux ans.
(Moins que la consommation d'une famille)

Surveillance des blessures

Conclusion


Ce qui est illustré dans les paragraphes précédents montre comment il est possible de résoudre les situations d'instabilité statique des bâtiments dues aux phénomènes de retrait et de gonflement de l'argile en installant un système capable de maintenir une humidité constante du sol. Jusqu'à présent, ce type d'instabilité a été résolu en transférant les charges vers des couches de sol plus profondes, et donc non affectées par les variations d'humidité, en créant des pieux ou des sous-fondations de différentes natures. Ces interventions sont très coûteuses et invasives car elles touchent généralement toutes les structures porteuses du bâtiment et nécessitent une accessibilité même avec des équipements impressionnants et, souvent, des deux côtés des murs. De plus, comme la plupart des bâtiments endommagés ont des fondations non renforcées et/ou de dimensions insuffisantes, pour relier les pilotis à la maçonnerie il est nécessaire de créer des bordures périmétriques en béton armé. En conséquence, de vastes excavations, la démolition et la reconstruction des trottoirs, des sols de la cour et de l'intérieur, des égouts, des cloisons et des systèmes sont souvent nécessaires. Plus récemment, des méthodes basées sur des injections de résines sous pression ont également été adoptées, mais souvent les interventions réalisées dans des sols argileux n'ont pas abouti au succès espéré. Si l'instabilité statique d'un bâtiment est causée par le retrait et/ou le gonflement du sol de fondation, le système breveté HBC, par rapport aux systèmes traditionnels, offre des avantages considérables en termes d'économie et d'invasivité. En effet, il nécessite des perforations de petit diamètre avec des profondeurs limitées et des excavations réduites, ne nécessite pas d'interventions sur les fondations et implique des chantiers de taille et de durée très limitées. De plus, si les espaces extérieurs le permettent, il est possible d'opérer avec la technique du forage horizontal sans intervenir du tout à l'intérieur du bâtiment. En ce qui concerne la maintenance, un contrôle annuel de fonctionnement est suffisant et tout remplacement de l'équipement de contrôle de la centrale implique des coûts négligeables. La consommation d'eau, comme le montre le cas de Via Bellini, est inférieure à celle d'une famille, soit quelques mètres cubes par an. Le système HBC est également rentabilisé de manière préventive, dans le cas de constructions neuves, où le niveau des fondations tombe à des profondeurs encore affectées par les variations saisonnières de la teneur en eau (voir point 6.4.2 NTC 2008). En effet, il élimine les incertitudes liées à la détermination de l'épaisseur du matelas actif, qui varie dans le temps, et évite l'adoption de mesures particulières dans la fondation qui sont économiquement plus onéreuses. Il protège et préserve également le bâtiment d'éventuels affaissements différentiels déclenchés par tous ces facteurs accidentels dus à des causes externes (aspiration due aux arbres, fuites d'égouts, systèmes, bris de descentes pluviales, etc.) qui se produisent souvent.

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