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Soulèvement par le gel et fondations

Les détails sur le soulèvement par le gel Dans la plupart des régions du nord des États-Unis, le sol gèle pendant les mois d’hiver à une profondeur de plusieurs pieds. Un tel gel du sol peut entraîner le soulèvement des bâtiments situés au-dessus ou à proximité. Les forces impliquées peuvent être très destructrices pour les […]
Les détails sur le soulèvement par le gel

Dans la plupart des régions du nord des États-Unis, le sol gèle pendant les mois d’hiver à une profondeur de plusieurs pieds. Un tel gel du sol peut entraîner le soulèvement des bâtiments situés au-dessus ou à proximité. Les forces impliquées peuvent être très destructrices pour les structures peu chargées et causer de graves problèmes dans les structures majeures.

Comment fonctionne le soulèvement par le gel

L’augmentation du volume qui se produit lorsque l’eau se transforme en glace était d’abord considérée comme la cause du soulèvement par le gel, mais il est maintenant reconnu que le phénomène connu sous le nom de ségrégation de la glace en est le mécanisme de base.

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L’eau est puisée du sol non gelé jusqu’à la zone de congélation où elle se fixe pour former des couches de glace, forçant les particules de sol à se séparer et provoquant un soulèvement de la surface du sol. Sans contrainte physique, il n’y a pas de limite apparente à la quantité de soulèvement qui peut se produire. (Mouvements de plus de 4 po. le développement sous les sous-sols en seulement trois semaines a été enregistré.)

Lorsque la contrainte sous la forme d’une charge de bâtiment est présente, des pressions de soulèvement peuvent ou non surmonter la contrainte, mais elles peuvent être très élevées: 19 tonnes / pieds carrés ont été mesurées et un bâtiment à ossature en béton armé de sept étages sur une fondation de radeau a été observé pour soulever plus de 2 po.

Une autre forme d’action du gel, appelée « gel », se produit lorsque le sol gèle à la surface d’une fondation. Les pressions de soulèvement se développant à la base de la zone de congélation sont transmises à la fondation par l’intermédiaire de la liaison de congélation, produisant des forces de soulèvement capables de déplacements verticaux appréciables. S’il est construit en bloc de béton, un mur de sous-sol peut s’effondrer sous tension et se séparer d’un joint de mortier horizontal près de la profondeur de pénétration du gel.

Facteurs de contrôle

Pour que le gel se produise, trois conditions de base doivent être remplies: le sol doit être sensible au gel; l’eau doit être disponible en quantité suffisante; et les conditions de refroidissement doivent provoquer le gel du sol et de l’eau. Si l’une de ces conditions peut être éliminée, le soulèvement du gel ne se produira pas.

La susceptibilité au gel est liée à la distribution granulométrique des particules du sol. En général, les sols à gros grains tels que les sables et les graviers ne soulèvent pas, alors que les argiles, les limons et les sables très fins soutiendront la croissance des lentilles de glace même lorsqu’elles sont présentes en petites proportions dans les sols grossiers. Si les sols sensibles au gel situés à l’endroit où ils affecteront les fondations peuvent être enlevés et remplacés par des matériaux plus grossiers, le soulèvement par le gel ne se produira pas.

L’eau doit être disponible dans le sol non gelé pour se déplacer vers le plan de congélation où se produit la croissance des lentilles de glace. Une nappe phréatique élevée par rapport à l’emplacement des lentilles de glace favorisera donc l’action du gel. Lorsque le drainage approprié est prescrit, l’eau peut être empêchée d’atteindre la zone de gel dans les sols sensibles au gel.

La profondeur de congélation est largement déterminée par le taux de perte de chaleur de la surface du sol. Outre les propriétés thermiques du sol, cette perte de chaleur dépend de variables climatiques telles que le rayonnement solaire, la couverture de neige, le vent et la température de l’air, qui est la plus importante. Si la perte de chaleur peut être évitée ou réduite, les sols sensibles au gel peuvent ne pas connaître de températures glaciales.

L’indice de congélation et la profondeur du gel

Les enregistrements de température de l’air peuvent être utilisés pour évaluer la gravité du gel au sol en utilisant le concept de degré-jour. (Si la température moyenne quotidienne de l’air est de 31F, ce sera un degré-jour.) L' »indice de congélation » est simplement le total cumulé des degrés-jours de congélation pour un hiver donné.

Action du gel et fondations

L’approche conventionnelle de la conception des fondations pour prévenir les dommages causés par le gel consiste à placer les fondations au-delà de la profondeur de pénétration maximale prévue par le gel afin que le sol sous la surface d’appui ne gèle pas. Cette seule mesure, cependant, n’empêche pas nécessairement les dommages causés par le gel; si l’excavation est remblayée avec un sol susceptible au gel, elle peut entraîner des dommages dus au gel. Les profondeurs auxquelles les fondations doivent être placées sont normalement déterminées par l’expérience locale, telle qu’incorporée dans les règlements de construction, mais en l’absence de telles informations, la corrélation indiquée dans le tableau précédent peut être utilisée.

De par leur nature même, les sols sensibles au gel ne s’écoulent pas bien, et bien que l’afflux d’eau souterraine puisse être empêché, la quantité d’eau disponible dans le sol non gelé est souvent suffisante pour produire un soulèvement important. Dans la mesure du possible, il est recommandé d’enlever les sols sensibles au gel et de les remplacer par des matériaux granulaires grossiers faciles à drainer. De bonnes pratiques de drainage doivent également être suivies, y compris la fourniture de carreaux de drainage autour du périmètre des fondations.

Importance du drainage

Un bon drainage est important avec n’importe quelle fondation et FPSF ne fait pas exception. L’isolation fonctionne mieux dans des conditions de sol plus sec.

Assurez-vous que l’isolation du sol est suffisamment protégée contre l’humidité excessive grâce à des pratiques de drainage saines, telles que l’inclinaison du sol loin du bâtiment. L’isolation doit toujours être placée au-dessus du niveau de la nappe phréatique. Une couche de gravier, de sable ou d’un matériau similaire est recommandée pour améliorer le drainage ainsi que pour fournir une surface lisse pour le placement de toute isolation d’aile horizontale. Une couche de drainage d’au moins 6 pouces est requise pour les conceptions FPSF non chauffées. Au-delà de la profondeur de fondation minimale de 12 pouces requise par les codes du bâtiment, la profondeur de fondation supplémentaire requise par une conception FPSF peut être constituée de matériaux de remblai compactés et non sujets au gel, tels que du gravier, du sable ou de la roche concassée. De plus, l’ajout d’un remblai à drainage libre permet de minimiser ou d’éliminer le potentiel de soulèvement par le gel

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