Brevet FR2034985A1 — publié le 19701218

-, La présente invention est relative de manière générale à des bâtiments ainsi qu'à des fondations de bâtiments et, plus particulièrement, l'invention vise des nouvelles procédures permettant de construire économiquement des bâtiments et des fonda-5 tions de bâtiments à semelles ou piliers de faible profondeur, qui se situent au-dessus de la profondeur de sel normale et constituent cependant des barrières complètes vis-à-vis du gel. Lsinvention est applicable, à des régions présentant un sol pénétrable par le gel et une surface exposée au plein air présentant des 10 températures inférieures aux températures de gel. Les procédés actuels de construction requièrent de manière générale que le sol pénétrable par le gel soit excavé pour construire une semelle ou un pilier, etc, de fondation, qu'un bon drainage soit réalisé et que la profondeur de la base de la structure 15 dépasse la profondeur de gel. Tous ces facteurs éliminent toute possibilité de gonflement dû au gel en éliminant la source d'eau, ainsi que toute possibilité d'instauration d'une température de gel. L'invention vise une structure de semelle ou pilier peu 20 profonde pour bâtiments, dans laquelle la semelle ou le pilier est situé au-dessus de la ligne de gel normale de la région particulière et au-dessus d'un matériau pénétrable de manière générale par le gel dont une surface est exposée au plein air, cette structure comprenant un élément de protection de matière plasti-25 que expansée sensiblement imperméable à l'eau et thermo-isolant, en sorte que la ligne de gel précitée soit écartée de la semelle ou du pilier en créant une zone non atteinte par le gel dans le matériau pénétrable par le gel au-dessous de la semelle ou du pilier. 30 Avantageusement, la présente invention élimine la tempéra ture de gel au niveau des fondations en y entretenant la'chaleur du sol, créant de ce fait, une sons non atteinte par le gel au-des= sous de la semelle ou du pilier et permettant de ce fait le relè~ veraent de la base à peu près jusqu'au niveau du sol, pourvu que 35 l'on dispose d'une force portante suffisante. La présente invention permet donc d'obtenir une semelle ou un pilier pour fondations de bâtiments, situé au-dessus de la ligne de gel normale pour un pays donné que permet la pratique de construction classique» Elle confère au bâtiment de meilleures 40 propriétés isolantes et, simultanément, permet de réaliser de BAD ORIGINAL1 70 09048 ~ 2034985 grandes économies de béton et d'acier de renfort pour les murs dsappui ou les colonnes montant des semelles, une économie sous le rapport des coffrages requis pour la plus faible quantité de béton et enfin une économie dans la- main d'oeuvre du fait que 5 l'on doit creuser une excavation peu profonde plutôt qu'une tranchée profonde et relativement étroite. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante réalisée en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels on a désigné "par h la profondeur de gel 10 dans le terrain. Dans ces dessins s - la figure 1 est une vue en coupe transversale et en élévation des fondations typiques d'un bâtiment montrant en partie le sol dallé, le mur d5appui et la semelle de béton des- 15 cendant jusqu'au niveau de la profondeur de gel designée par la notation PG dans cette figure ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale et en élévation montrant la même structure, mais avec une semelle peu profonde résistant au gel, en appliquant la présente inven- 20 tion à un bâtiment chauffé, la notation PG désignant la profondeur de gel et la notation LG désignant la ligne de gel ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale et en élévation d'un sol dallé combiné à une semelle peu profonde résistant au gel, en appliquant la présente invention à un bâti- 25 ment non chauffé, les notations PG et LG ayant les mêmes signi-' fications que ci-dessus ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale et en élévation d'une autre structure encore mettant en oeuvre l'invention, les notations PG et LG ayant les mêmes significations 30 que ei-dessus ; ■ et - la figure 5 est un diagramme donnant le "rendement" thermique d'une semelle de béton qui a été isolée conformément à la présente invention % dans cette figure-, la température en 9C a été portée en ordonnées et les périodes de l'année, 0 pour 35 Octobre, M pour Novembre, D pour Décembre.,- J pour Janvier, F pour Février, st. M pour Mars, ont été-portées en abscisses ; en outre, la notation de référence A désigne la 'température au-dessous d'une couche de mousse de matière plastique de 38mra, tandis que la notation de référence E désigne la température au-dessus de 40 cette même couche.. - £âAD ORIGINAL 70 09048 2034985 On se réfère à présent plus particulièrement aux dessins ; la figure 1 montre la structure classique dans laquelle la dalle 1 est rattachée au mur d'appui 3 Qui descend jusqu'à la semelle 4. La semelle 4 descend elle-même jusqu'au niveau de 5 la profondeur de gel pour'la région particulière, ce niveau étant illustré par la flèche 12 partant du niveau du sol 2. Comme on peut le constater, les fondations sont conçues en sorte de disposer la semelle au-dessous de la profondeur de gel connue pour la région géographique dans laquelle la structure est édifiée. 10 Cette profondeur est bien connue et fixée par les autorités- locales. Le but est d'empêcher le gonflement du sol au-dessous de la semelle, ce qui aurait pour effet d'endommager la structure. On se rapporte à présent à la figure 2 dans laquelle la structure représentée met en oeuvre la présente invention, la 15 dalle 5 étant supportée par le mur d'appui 7 et la semelle 8. La profondeur de gel est représentée mesurée à partir du niveau du sol 6. Comme on peut le constater, la semelle 8 s'étend à peine au-dessous de la dalle 5> mais le sol situé au-dessous de la semelle 8 ne se gèle pas eh raison de la disposition de couches 20 d'isolement 9 qui s'étendent horizontalement en s'écartant à l'extérieur de l'édifice ainsi que verticalement le long de la partie externe du mur d'appui 7» juste au-dessus de la semelle 8. La structure illustrée dans la figure 2 convient pour un bâtiment chauffé, dans lequel la perte de chaleur dans le sol à travers 25 la dalle 5 est retenue, empêchant de la sorte le gel et tout gonflement consécutif. On a désigné par 20 sur les figures 2, 3 et 4 la ligne de gel dans le terrain. Ainsi grâce à la mise en oëuvre" de la présente invention, on utilise un matériau isolant au lieu de.la maçonnerie qui devrait normalement s'étendre depuis le ni-30 veau du sol jusqu'à la semelle. La figure 2 illustre graphiquement de quelle manière la profondeur de gel et la ligne de gel sont écartées de la semelle en conservant le sol au-dessous du matériau isolant et au-dessous de la structure chauffée à l'abri du gel. 55 Le type de -structure illustré dans la figure 2 se révèle efficace aussi longtemps que le bâtiment est chauffé» Cependant, si le bâtiment était abandonné pendant toute la saison d'hiver, la ligne de gel pénétrerait au-dessous de la semelle à l'intérieur du bâtiment, provoquant ainsi un endommagement par le gel. '1-0 Cet inconvénient est empêché en construisant les fonda- BAD ORIGINAL 70 09048 4 2034985 ticms selon le mode Illustré dans la figure 3. Dans ce cas, un matériau isolant 14 est disposé symétriquement à l'intérieur le long de la dalle 10 et à l'extérieur le long du mur d'appui 12, horizontalement, vers l'extérieur, protégeant de ce fait la se-5 raelle 13 à l'égard des températures de gel du fait des qualités isolantes des éléments 14, que le bâtiment soit chauffé ou non. La profondeur de gel illustrée partant du niveau du sol 11 n'atteint pas la semelle, comme le révèlent les iignes de gel. La figure 4 illustre une variante de la structure pré-10 cédemment illustrée ; dans cette variante, le matériau isolant 19 est appliqué horizontalement au-dessous de la semelle 18, jouant ainsi le rôle d'une surface d'appui pour la semelle et formant en outre une couche isolante continue au-dessous et au-delà de la semelle pour protéger le sol situé au-dessous de cette derniè-15 re à l'égard du gel, que le bâtiment soit occupé ou non. Le matériau isolant 19 s'étend symétriquement sous la dalle 15 et vers l'extérieur. Comme indiqué, le matériau isolant l'9 doit avoir une capacité de support de charge ainsi qu'une capacité isolante certaines pour supporter le mur d'appui 1J et la semelle 18. La 20 profondeur de gel mesurée à partir du niveau du sol 16 révèle de même, conjointement aux lignes de gel, que le sol situé au-dessous de la semelle ne se gèlera pas et qu'il ne se produira aucun gonflement susceptible d'endommager la construction. Les données de la figure 5 ont été. obtenues en testant 25 une structure expérimentale similaire à celle illustrée dans la figure 4, en ce sens que le matériau isolant était disposé ho- donc rizontalement au-dessous de la construction,, jouant/le rôle d'une surface d'appui tout en formant une couche isolante continue au-dessous de la semelle pour protéger le sol situé au-dessous 30 de cette dernière à l'égard du gel. Le matériau isolant était constitué d'une couche de polystyrène expansé d'une épaisseur de 38mm,i Un thermocouple était disposé dans la structure juste au-dessus de la couche isolante et un autre dans le sol juste au-dessous de la couche isolante» Le diagramme des températures pré-35 levées à l'aide de ces deux thermocouples illustre l'aptitude de la mousse de matière plastique à empêcher l'instauration de tem- • pératures de gel dans les sous-fondations susceptibles de se geler. On a désigné respectivement' par 21 et 22 les relevés de températures au-dessous et au-dessus de la couche de mousse plasti-40 que de 38mm. Ce diagramme donne la température au-dessus et au- dessous de ltisolement tout au Long de l'hiver dans une -région $ÂÔ ORIGINaL 70 09048 5 2034985 où l'indice de gel à l'air était de 724°C-jours. Comme il ne s'instaurait pas de température de gel dans la sous-fondation susceptible de se geler, aucun gel ne se produisait» Le gel du sol dépend dans une grande mesure de la durée 5 des températures réduites de l'air» Il est habituel de mesurer le temps et la température par des degrés-jours. Un degré-jour représente un jour dont la température moyenne de l'air est de 1° au-dessous de la température de gel. Les degrés-jours sont cumulatifs et peuvent être portés sur un graphique pour n'impor-10 te quelle période de temps commençant à n'importe quelle date commode. La différence entre les maxlma et les minima sur une telle courbe constitue l'indice de gel. Comme exemple spécifique, conformément à la présente invention, un édifice a été érigé dans une région où la profon-15 deur de gel est de 107 cm au-dessous du sol et où le climat a été estimé à 4l7-555°C-jours. Une tranchée peu profonde a été excavée et la'semelle de béton a été disposée en sorte que sa partie supérieure soit juste au-dessous du niveau du sol. Des plaques de polystyrène expansé de 38mm d'épaisseur ont été dis- • 20 posées ensuite horizontalement dans'le sol juste au-dessus de la semelle de béton en sorte qu'elles forment un encadrement horizontal sur l'un et l'autre côtés de la semelle sur une distance de 45 cm. La dalle de béton de l'édifice reposait en partie sur 1'encadrement interne de 45 cm de la plaque isolante, 25 tandis que le mur d'appui du côté exposé au froid extérieur était recouvert par la plaque isolante de 38mm depuis la jonction du mur avec la plaque isolante horizontale externe jusqu'au niveau du sol. Cette structure écartait la ligne de gel de la semelle et se révélait adéquate pour protéger cette semelle peu 30 profonde à l'égard de tout gonflement dû au gel dans l'optique du climat mentionné. Sur la base de données connues, l'épaisseur de la mousse de matière plastique ainsi que la distance horizontale sur laquelle elle doit s'étendre pour n'importe quelle région donnée 35 seront aisément calculées. L'avantage principal de ces calculs est àe se révéler économiques, c'est-à-dire que ces calculs peuvent indiquer l'épaisseur et la surface minima de la mousse de matière plastique nécessaires pour modifier la profondeur de gel et la ligne de gel en sorte de les écarter de la semelle en con-40 servant le sol qui se trouve au-dessous du matériau isolant et baù opumfm^ 70 09048 6 2034985 au-dessous de la structure chauffée au-dessus des températures de gel. En ce qui concerne la "barrière isolante elle-même, on peut également utiliser dans les structures de .la présente invention 5 d'autres matières plastiques expansées ayant des qualités similaires d'isolement, de capacité thermique, d'imperméabilité vis-à-vis de la transmission de vapeur, de compressibilité, de résistance et de conductibilité thermique à celles du polystyrène expansé. L'une de ces autres matières pourrait être, par exemple, de l'uré-10 thane expansé à pores fermés. 70 09048 7 2034985 REVENDICATIONS 1 - Structure de semelle ou de piller peu profonde pour bâtiments, dans laquelle la semelle ou le pilier est situé au-dessus de la ligne de gel normale de la région particulière 5 et au-dessus d'un matériau pénétrable de manière générale par le gel dont une surface est exposée au plein air, cette structure comprenant un élément de protection de matière plastique expansée sensiblement imperméable à l'eau et thermoisolant, en sorte que la ligne de gel soit écartée de la semelle ou du pilier en 10 créant une zone non atteinte par le gel dans le matériau pénétrable par le gel au-dessous, de la semelle ou du pilier. 2 - Structure de semelle ou de pilier peu profonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de protection précité s'étend à peu près horizontalement au-dessous 15 et au-delà de la périphérie de la semelle ou du pilier. 3 - Structure de semelle ou de pilier peu profonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de protection précité s'étend vers l'extérieur à peu près horizontalement à partir d'une jonction située au-dessus du fond de la 20 semelle ou du pilier sur le côté exposé au froid extérieur et à peu près verticalement de bas en haut à partir de la jonction du matériau disposé horizontalement précité avec le côté extérieur jusqu'au niveau du sol. 4 - Structure de semelle ou de pilier peu profonde se-25 Ion la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de protection précité s'étend vers l'extérieur et à peu près horizontalement à partir de jonctions situées au-dessus du fond de la semelle ou du pilier sur les deux côtés de ce dernier et à peu près verticalement de bas en haut à partir de ces jonctions. 30 5 - Structure de semelle ou de pilier peu profonde selon la révendication 1, caractérisée en ce que l'élément de protection en mousse de matière plastique est du polystyrène expansé. 6 - Procédé de fabrication d'une semelle ou d'un piller peu profond et à l'abri du gel pour des bâtiments exposés au plftin 35 air présentant des températures inférieures aux températures de gel, ce procédé consistant à procéder à une excavation relativement peu profonde dans le sol à l'endroit où la semelle ou le pilier doit être disposé, cette semelle ou ce piller étant situé au-dessus de la profondeur de gel normale de la région particu-40 lière, à disposer la semelle ou le pilier dans l'excavation préBAD ORIGNAL 70 09048 8 2034985 citée, à disposer des feuilles d'un élément de protection en mousse de matière plastique à haut pouvoir thermoisolant à peu près horizontalement vis-^is de la semelle ou du pilier aux fonctions situées au-dessus du fond de la semelle ou du pilier et à peu près verticalement de bas en haut à partir de ces Jonctions, et à compléter le remplissage de 1T excavation. BAÔ ORIGINAL