En génie civil, la conception des fondations est l’étape qui ancre littéralement un projet dans la réalité. Parmi les types de fondations superficielles, les semelles isolées sont omniprésentes, servant de base à la majorité des poteaux de nos bâtiments. Pendant des décennies en France et dans de nombreux pays francophones, le BAEL 91 a été la référence incontestée pour leur calcul. Aujourd’hui, l’Eurocode 2 (EN 1992-1-1) a pris le relais, introduisant une nouvelle philosophie de calcul. Mais concrètement, qu’est-ce qui change ? Ce guide détaillé compare point par point le dimensionnement des semelles isolées selon ces deux règlements.

Qu’est-ce qu’une Semelle Isolée et Quel est son Rôle ?

Une semelle isolée est un élément de fondation en béton armé, généralement de forme carrée ou rectangulaire, placé directement sous un poteau. Sa fonction principale est de répartir la charge concentrée transmise par le poteau sur une surface suffisamment grande du sol pour que la pression exercée soit inférieure à la capacité portante du terrain. C’est le lien crucial entre la superstructure et le sol d’assise. Un bon dimensionnement garantit la stabilité de l’ouvrage en prévenant les tassements excessifs et la rupture du sol. Pour des exemples concrets, une feuille de calcul de semelle isolée sous poteau PDF Excel peut être un excellent outil de départ.

Les Principes Fondamentaux : BAEL 91, l’Héritage Français

Le règlement des « Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé suivant la méthode des états limites », ou BAEL 91, a été le document normatif de référence pendant de nombreuses années. Son approche est souvent qualifiée de plus prescriptive et forfaitaire.

Les points clés du BAEL 91 :

• Approche aux états limites simplifiée : Le calcul se base sur la contrainte admissible du sol à l’État Limite de Service (ELS) pour déterminer les dimensions de la semelle.
• Sécurité globale : Le BAEL utilise des coefficients de sécurité globaux, moins détaillés que les facteurs partiels de l’Eurocode.
• Calcul des aciers : La section d’acier est souvent déterminée par une formule directe basée sur l’effort ultime (ELU) sans une analyse détaillée de la répartition des contraintes.

« Le BAEL 91, bien que remplacé, a formé des générations d’ingénieurs. Sa simplicité d’application pour les cas courants comme les semelles isolées en fait un outil pédagogique encore pertinent pour comprendre les bases de la descente de charges. »

– Jean-Luc Moreau, Ingénieur structures retraité

Pour ceux qui travaillent sur des projets anciens, maîtriser les bases du cours BAEL reste indispensable. C’est une plongée dans l’histoire des techniques de construction françaises.

Eurocode 2 (EN 1992-1-1) : L’Approche Européenne Moderne

L’Eurocode 2 s’inscrit dans un cadre normatif européen visant à harmoniser les pratiques de construction. Sa philosophie est plus performantielle et analytique, cherchant à modéliser plus finement le comportement réel des structures.

Les nouveautés de l’Eurocode 2 :

• Facteurs de sécurité partiels (γ) : L’EC2 applique des coefficients de sécurité distincts sur les actions (charges) et sur les résistances des matériaux (béton, acier), permettant une évaluation plus précise du niveau de sécurité.
• Combinaisons d’actions : Il définit des combinaisons d’actions rigoureuses pour l’ELU (Stabilité et résistance) et l’ELS (Fissuration, déformation).
• Analyse plus poussée : Des vérifications plus détaillées sont exigées, notamment pour le poinçonnement et l’ancrage des aciers.

Consulter directement la norme Eurocode 2 Calcul des structures en béton NF EN 1992-1-1 est la meilleure façon de comprendre la profondeur de cette nouvelle approche.

Comparaison des Approches de Calcul Géotechnique

La première étape du dimensionnement est de s’assurer que le sol peut supporter la charge. C’est ici que la première grande différence philosophique apparaît, en lien avec l’Eurocode 7 pour la partie géotechnique. La collaboration avec un géotechnicien et l’analyse d’une étude géotechnique de type G2 AVP sont fondamentales.

Dimensionnement des Aciers : Quelles Différences ?

Une fois les dimensions de la semelle (base et hauteur) fixées, le calcul du ferraillage commence. Les deux règlements proposent des méthodes différentes pour déterminer la quantité d’acier nécessaire en nappe inférieure.

• BAEL 91 : La méthode est souvent directe. La section d’acier dans chaque direction est calculée pour reprendre l’effort de traction généré par la charge ultime N_u. La formule usuelle est : As = N_u * (a – a’) / (8 * h₀ * f_e). C’est une approche simplifiée qui fonctionne bien pour les cas standards.
• Eurocode 2 : L’approche est basée sur le modèle des bielles et tirants. Le flux des efforts est analysé plus en détail. Le calcul des aciers doit équilibrer la traction générée par la pression du sol. La vérification de l’ancrage des barres est aussi plus stricte, ce qui implique de bien maîtriser le calcul de la longueur de scellement des barres d’acier.

Vérification au Poinçonnement : Une Différence Critique

Le poinçonnement est un mode de rupture fragile où le poteau tend à traverser la semelle sous l’effet d’un effort tranchant élevé. C’est l’une des vérifications les plus importantes et les plus différenciantes entre les deux normes.

La différence majeure réside dans la définition du contour de vérification :

• BAEL 91 : Le contour critique est situé à une distance de d/2 du nu du poteau (où ‘d’ est la hauteur utile). La contrainte de cisaillement est comparée à une valeur limite.
• Eurocode 2 : Le contour critique est situé à une distance de 2d du nu du poteau. La méthode est plus élaborée, comparant l’effort tranchant agissant (V_Ed) à l’effort tranchant résistant du béton seul (V_Rd,c). Si V_Ed > V_Rd,c, des aciers de poinçonnement sont nécessaires, ce qui est rare pour une semelle. Pour en savoir plus, il est utile de consulter des guides sur comment vérifier le poinçonnement d’une dalle sans chapiteaux, les principes étant similaires.

  BAEL 91 vs. Eurocode 2 : Le Bilan

  Alors, quelle norme est la « meilleure » ? La question est plutôt de savoir laquelle est la plus adaptée aux exigences actuelles de sécurité, d’économie et d’harmonisation.

  ✅ Avantages de l’Eurocode 2

  • Approche de sécurité plus rationnelle et transparente (facteurs partiels).
  • Meilleure modélisation du comportement réel des matériaux.
  • Règles de poinçonnement plus sécuritaires et détaillées.
  • Permet une optimisation plus poussée des dimensions et du ferraillage.
  • Norme harmonisée au niveau européen.

  ❌ Inconvénients / Limites du BAEL 91

  • Approche de sécurité moins transparente (facteur global).
  • Calculs souvent forfaitaires et moins précis.
  • Règles de poinçonnement potentiellement moins sécuritaires dans certains cas.
  • Peut conduire à un surdimensionnement par conservatisme.
  • Règlement obsolète pour les nouvelles constructions.

  

  Cas Pratique : L’Impact sur le Dimensionnement

  Prenons un poteau de 30×30 cm transmettant N_ser = 500 kN et N_ult = 750 kN sur un sol avec q_adm = 0.20 MPa.

  • Avec le BAEL 91 : La surface requise est A = 500 / (0.20 * 1000) = 2.5 m². On choisirait une semelle de 1.60m x 1.60m (A = 2.56 m²).
  • Avec l’Eurocode 2 : Le calcul est plus complexe. Il faut déterminer la résistance de calcul du sol R_d à partir des données de l’étude de fondations superficielles et des coefficients de l’Eurocode 7. L’aire sera déterminée par A ≥ N_Ed / R_d (où N_Ed = 750 kN). Selon les facteurs partiels choisis, la surface requise peut être légèrement différente, mais souvent du même ordre de grandeur pour les cas simples. La grande différence se fera sur la hauteur de la semelle et le ferraillage, en fonction de la vérification au poinçonnement.

  Des outils comme un fichier de dimensionnement de semelle isolée carrée peuvent aider à visualiser rapidement ces calculs.

  Outils et Logiciels de Calcul

  Aujourd’hui, le dimensionnement des semelles isolées est largement assisté par des logiciels de calcul de structure. Des outils comme Robot Structural Analysis Professional ou CYPECAD pour le calcul de structures intègrent parfaitement les exigences de l’Eurocode 2. Ils automatisent les vérifications complexes, notamment le poinçonnement et les combinaisons d’actions, permettant à l’ingénieur de se concentrer sur la conception globale et l’interprétation des résultats. Ces logiciels garantissent la conformité aux normes en vigueur et fournissent des notes de calcul détaillées.

  Conclusion : L’Eurocode 2, une Évolution Logique et Nécessaire

  Le passage du BAEL 91 à l’Eurocode 2 pour le dimensionnement des semelles isolées représente bien plus qu’un simple changement de formules. C’est une évolution vers une approche plus rationnelle, transparente et analytique de la sécurité des structures. Si le BAEL 91 reste une référence historique et un bon outil pour comprendre les principes de base, l’Eurocode 2 est la norme qui régit la construction moderne. Il exige plus de rigueur et de calculs, mais offre en retour une sécurité mieux maîtrisée et un potentiel d’optimisation économique des projets. Pour tout ingénieur structure aujourd’hui, la maîtrise de l’Eurocode 2 n’est pas une option, c’est une nécessité.

  📥 Ressource Complémentaire

  Pour approfondir ce sujet, vous pouvez télécharger ce document :

  12 -Etude de la fondation (semelle isolée).mp4

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  Questions Fréquentes (FAQ)

  Pourquoi a-t-on remplacé le BAEL 91 par l’Eurocode 2 ?

  Le remplacement du BAEL 91 par l’Eurocode 2 s’inscrit dans une démarche d’harmonisation des normes techniques au niveau européen. L’objectif était de créer un marché unique de la construction, de faciliter les échanges de services et de produits, et d’établir un socle commun de règles de calcul basées sur les dernières avancées scientifiques. De plus, l’Eurocode 2 propose une approche de la sécurité (basée sur les facteurs partiels) jugée plus cohérente et transparente que l’approche par sécurité globale du BAEL 91.

  Une semelle dimensionnée avec l’Eurocode 2 est-elle toujours plus économique ?

  Pas nécessairement. L’Eurocode 2 n’est pas une recette pour réduire systématiquement les coûts. Pour une semelle isolée simple, les dimensions de la base sont souvent très similaires. Cependant, l’EC2 peut conduire à des hauteurs de semelle et des sections d’acier différentes. Son approche analytique permet une optimisation plus fine : là où le BAEL était conservateur, l’EC2 peut permettre une économie. Inversement, pour des vérifications comme le poinçonnement, l’EC2 peut se montrer plus exigeant et imposer des dimensions plus importantes pour garantir la sécurité. L’économie dépend donc du cas de figure spécifique.

  Dois-je encore connaître le BAEL 91 en tant qu’ingénieur aujourd’hui ?

  Oui, absolument. Bien que l’Eurocode 2 soit la norme pour tous les nouveaux projets, la connaissance du BAEL 91 reste essentielle pour plusieurs raisons. D’abord, pour les projets de réhabilitation, de renforcement ou d’expertise sur des bâtiments existants, il est indispensable de comprendre les hypothèses de calcul originales. Ensuite, cela permet de lire et d’interpréter d’anciens plans et notes de calcul. Enfin, sa relative simplicité en fait un bon outil pédagogique pour acquérir les concepts de base du béton armé avant de passer à la complexité des Eurocodes.

  Quelle est la principale différence pour la sécurité entre les deux normes ?

  La différence fondamentale réside dans la philosophie de la sécurité. Le BAEL 91 utilise une approche à sécurité globale : on compare une sollicitation (par exemple, la contrainte du sol) à une valeur admissible qui inclut déjà un facteur de sécurité global (souvent 3). L’Eurocode 2 utilise une approche à facteurs de sécurité partiels. Il décompose l’incertitude en appliquant des coefficients de majoration sur les charges (actions) et des coefficients de minoration sur les résistances des matériaux. Cette méthode permet de mieux cibler les sources d’incertitude et d’obtenir un niveau de fiabilité plus homogène et transparent pour la structure.

  

  EL Kouriani Abderrahim

  Ingénieur civil et architecte avec une grande expérience dans la conception de structures.