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Digeste de la construction au Canada, 1962-03
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Fondations des maisons
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 12F
Fondations des maisons
Publié à l'origine en mars 1962 C. B. Crawford
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Les fondations destinées aux maisons d'habitation et autres ouvrages légers font généralement l'objet d'une attention insuffisante. La raison en est peut-être que les vices de ces fondations entraînent rarement la destruction totale des maisons. Cependant de mauvaises fondations causent souvent plus d'inquiétude et de déception aux propriétaires que tout autre déficience dans la construction. Il est généralement tout aussi facile d'établir une bonne fondation qu'une mauvaise. Il suffit de bien connaître les matériaux sur lesquels la maison est placée.
Choix de l'emplacement
La première chose à faire pour obtenir une fondation solide est de bien choisir son emplacement. Bien que de nombreuses autres considérations entrent dans le choix d'un emplacement, il est indéniable que cet emplacement doit avant tout convenir à la fondation de la maison qu'on veut construire.
Il est très important de savoir si l'emplacement est sujet à des inondations ou à des mouvements du sol de grande envergure. Ce sont là deux considérations qui sont non seulement critiques du point de vue économique mais qui sont peut-être les seuls facteurs contrôlables parmi ceux qui sont susceptibles de provoquer une rupture catastrophique des fondations.
Les dangers d'inondation sont si évidents qu'on pourrait fort bien n'en parler que brièvement dans une notice relative aux fondations des maisons. Cependant les faits suivants donnent lieu à réfléchir: l'inondation de Winnipeg en 1950 a coûté $26,000,000.00, endommageant 9,000 maisons dont 25 pour cent avaient moins de cinq ans. Ce fait révéla qu'on a tendance à utiliser, pour la construction des maisons, des emplacements inadéquats dans des plaines sujettes à des inondations. Quatre ans plus tard les inondations qui firent suite à l'Ouragan Hazel
causèrent autant de dégâts et provoquèrent la mort de plus de quatre-vingt personnes, surtout par suite du mauvais choix de l'emplacement des maisons.
Le déplacement du sol le long des pentes naturelles et des rives des cours d'eau est un phénomène qu'on retrouve dans de nombreuses régions. Il se caractérise par des accumulations à la base de la pente et par une surface de pente ondulée. On comprend
pourquoi une certaine zone de la côte résidentielle de la Californie du Sud s'appelle "Heartbreak Hills." On trouve au Canada des configurations semblables. Bien que le cheminement soit susceptible de se produire de façon générale dans certaines régions il est plus difficile de prévoir les glissements brutaux de terrain. On devra éviter de construire au bord de n'importe qu'elle pente importante à moins de s'être assuré par des essais probants que le sol en est stable.
Une autre considération extrêmement importante est le drainage de l'emplacement choisi pour la construction. L'eau de surface doit être enlevée, soit par un drainage naturel, soit par l'installation d'un système de drainage artificiel. De plus, l'eau de sol qui séjourne aux abords des murs de cave doit être évacuée au moyen de conduites de drainage souterraines. De graves conséquences pourront résulter du fait qu'on n'aura pas pris le drainage en considération lors de la détermination d'un emplacement de construction.
D'autres caractéristiques importantes dont il faut tenir compte dans le choix d'un emplacement sont la présence de sols organiques, de remblayages artificiels et d'anciens lieux de décharge. Les sols organiques et les terrains remblayés provoquent souvent d'importants tassements sous les fondations. Les matières de décharge peuvent causer des tassements semblables mais de plus on a constaté qu'elles dégagent une odeur intolérable qui pénètre dans les murs de cave probablement par suite de leur suintement dans l'eau du sol laquelle s'évapore à la surface intérieure des murs.
La façon de juger des conditions d'un emplacement qui est de loin la meilleure consiste à observer le comportement des bâtiments déjà construits dans les environs. Naturellement cela n'est pas possible dans les régions où l'urbanisation ne fait que commencer. Il est en tout cas nécessaire de faire des sondages sous la surface en plus de suivre les règles de bon sens mentionnées ci-dessus.
Enquête préliminaire
Avant de déterminer l'emplacement du bâtiment que l'on veut construire il faut tout d'abord étudier les conditions de surface afin d'éviter les difficultés faciles à comprendre qu'on a mentionnées ci-dessus. Ensuite il faut savoir si l'on rencontrera de la roche mère au cours des excavations, car cette éventualité peut influencer le type de fondation et les possibilités d'avenir.
Si l'emplacement que l'on se propose n'est pas constitué par de la roche solide il faudra déterminer la nature du sol afin de prévoir les difficultés de fondation qu'on pourra rencontrer. Pour la même raison il y a lieu d'établir le niveau de la table aquifère. C'est le niveau de l'eau libre dans le sol. Si la nappe aquifère se trouve à la surface du sol, l'emplacement risque d'être mal drainé et si des mesures spéciales ne sont pas prises cela pourra provoquer la détérioration des murs de cave. Si la nappe aquifère est profondément enfouie dans le sol il est probable que l'humidité ne constituera pas un problème dans la cave. Il faut tenir compte des variations saisonnières de la nappe aquifère. Une nappe aquifère qui est basse durant la saison sèche peut fort bien être élevée durant les autres saisons. Pour bien connaître cette condition il est nécessaire, entre autres, de s'adresser aux gens qui la connaissent par expérience.
Le meilleur endroit pour recueillir des renseignements préliminaires en ce qui concerne le sous-sol est le bureau municipal du génie. On peut obtenir des renseignements supplémentaires au moyen d'une tarière à main ou en creusant des trous de prospection. L'importance à donner à l'enquête préliminaire sur les conditions du sous-sol dépend naturellement du coût total du ou des bâtiments que l'on se propose de construire et des caractéristiques générales de
l'emplacement. La progression continue des communautés urbaines modernes donne lieu à l'urbanisation d'emplacements de plus en plus contestables. Il est évident que si un
emplacement convient mal pour les fondations il faudra procéder à des enquêtes plus détaillées du sous-sol et peut-être avoir recours a un type de fondation spécialement conçu pour cet emplacement. Il existe partout au Canada des spécialistes capables de donner de bons conseils à ce sujet.
Identification du sol
L'examen du sous-sol d'un emplacement de construction comporte l'identification et la description des sols rencontrés. Pour que des renseignements soient à la portée de tout le monde il y a lieu de les présenter en termes familiers et standards.*Les sols se divisent en
deux groupes principaux: "Les sols à gros grains" et "les sols à grains fins." Les sols à gros grains sont les graviers et les sables que l'on connaît bien et ils comprennent toutes les particules facilement visibles à l'oeil nu. Les sols à grains fins donnent généralement plus d'ennui dans la construction que les sols à gros grains. Leurs propriétés résultent davantage de leurs caractéristiques minéralogiques et chimiques que de leur grosseur. Par conséquent on les distingue principalement en fonction de leur plasticité et de leur structure.
Les sols à grains fins se répartissent en deux catégories: les limons et les argiles. Les limons, plus gros que les argiles, ont des propriétés allant de celles des sables très fins à celles des plus petites particules qu'on trouve dans les argiles. Les propriétés des argiles sont dues en grande partie à la présence de "minéraux argileux." Ces minéraux complexes sont formés par l'usure naturelle des minéraux de base. C'est l'action mutuelle des minéraux argileux et de l'eau qui leur donne les propriétés exceptionnelles qu'ils ont.
Par suite de leur grande différence de comportement, il est indispensable de faire une distinction sur le chantier de construction entre le limon et l'argile. Ces deux types de sol se ressemblent tellement qu'on les a souvent faussement identifiés au détriment de la solidité des constructions. On peut facilement les distinguer l'un de l'autre sur place au moyen de trois méthodes simples d'essai.
La première s'appelle "essai de vibration." Lorsqu'on agite vigoureusement dans la main un échantillon de sol humide la surface de cet échantillon devient luisante et laisse voir de l'eau libre. Si cette eau disparaît en pressant l'échantillon entre les doigts c'est que le sol est un limon. Si l'eau ne disparaît pas c'est que le sol est probablement une argile. La deuxième méthode s'appelle "essai de lustre." Il faut passer, en appuyant très fort, sur un échantillon humide le plat d'une lame de couteau ou l'ongle du pouce. Si l'on obtient une surface mate c'est qu'on a affaire à du limon et si la surface est lustrée, c'est de l'argile.
La troisième méthode simple s'appelle "essai de résistance à sec." Si l'on broie entre les doigts un petit échantillon de sol séché la résistance à la rupture de cet échantillon donne une
indication de sa composition. Si la résistance est très bonne il s'agit presque certainement d'une argile mais si l'échantillon se réduit rapidement en poudre, alors c'est probablement du limon.
On sait aussi que l'argile humide colle aux doigts et ne se lave pas facilement alors que le limon se lave facilement et s'enlève aisément à la brosse lorsqu'il est sec. Si une petite quantité de sol est placée entre les dents la présence de grains indiquera qu'il s'agit de sable ou de limon alors que si l'on ne détecte aucun grain il s'agit certainement d'une argile. Quoique tous les sols naturels puissent être classés, soit comme sols à gros grains, soit comme sols à grains fins il existe trois types de dépôt qu'il ne faudrait Pas passer sous silence. Ce sont: 'les dépôts glaciaires," les remplissages faits par l'homme" et "les sols organiques."
Les dépôts glaciaires, comme leur nom l'indique, sont des dépôts de sols variés résultant d'une action glaciaire. Ces dépôts sont généralement très denses et très dures. Ils peuvent contenir un assortiment complet de particules allant de grands galets à des argiles très fines. Parfois, les dépôts glaciaires sont assez mous mais ils sont toujours caractérisés par une absence de
stratification et par une gamme très étendue de particules, allant des plus grosses aux plus petites. Par suite de la formation glaciaire du Canada ces dépôts sont très communs.
Le remplissage est un dépôt constitué par l'homme, qu'il faut toujours détecter sur les
emplacements de construction. On l'identifie par la présence d'herbage, de petites branches, de cendres, de briques, de verre, d'ordures, etc. Sous le remplissage on trouve généralement un profil de sol organique.
On reconnaît facilement un sol organique grâce à sa couleur sombre et à son odeur caractéristique. Les sols naturels peuvent contenir une très petite quantité de matière organique ou ils peuvent être presque entièrement composés de matières organiques. Même les petites quantités de matière organique doivent être indiquées dans la description des sols. Le sol complètement organique qu'est la tourbe doit faire l'objet d'une enquête spéciale. Propriétés des sols
Le sol naturel est constitué par un squelette de particules solides entre lesquelles se trouvent de l'eau et de l'air. Un sol saturé constitue un cas spécial où les interstices sont complètement remplis d'eau. Il faut bien comprendre l'action mutuelle de ces trois composants pour se faire une idée du comportement du sol comme matériau de construction.
L'eau qui se trouve dans les sols à gros grains n'a pas beaucoup d'influence sur la propriété de ceux-ci. Par contre l'eau qui s'écoule à travers ces sols lorsqu'ils ne sont pas bien tassés, peut éliminer la résistance de friction entre les grains et provoquer une perte totale de résistance. On a alors la condition qu'on appelle "sable boulant," condition qu'on ne peut corriger qu'en inversant le courant d'eau ou en chargeant la zone où le phénomène se produit.
La teneur en eau des sols à grains fins a une influence bien plus marquée sur les propriétés de ces sols. Si on enlève l'eau d'un sol à grains fins il diminue de volume et sa résistance
augmente. Par contre certains sols argileux absorbent l'eau avoisinante, augmentent de volume et perdent une partie de leur résistance.
L'eau passe facilement dans les sols à gros grains. On dît qu'ils sont "perméables." Ces sols normalement ne sont pas très "compressibles" et c'est pourquoi on les considère comme de bons matériaux de fondation.
Les sols à grains fins sont très "imperméables." Leur drainage est par conséquent difficile. De plus ils sont souvent très compressibles et sujets à des changements de volume par suite de la rotation des saisons sèches et des saisons humides. Il est difficile de les rendre compacts. Ils peuvent se soulever lorsqu'ils gèlent, causant ainsi des déformations aux bâtiments légers qui s'appuient sur eux. Les sols à grains fins ont cependant certaines qualités. Ils retiennent l'humidité nécessaire à la croissance durant les périodes sèches. Leur imperméabilité peut devenir un avantage en empêchant des infiltrations, là où elles ne doivent pas se produire. Ils résistent à l'érosion et par conséquent ce sont de bons sols pour les pentes.
Choix de la fondation
Le choix du type de fondation qui convient pour une maison dépend généralement des
habitudes locales. La charge transmise au sol est normalement si petite qu'on peut la négliger. Les charges concentrées comme celles auxquelles donnent lieu de grandes cheminées doivent faire l'objet d'une attention spéciale. Les fondations situées sur un sol organique ou remblayé doivent toujours faire l'objet d'une attention spéciale.
Souvent, pour des raisons d'économie, les maisons sont construites sur des dalles de béton placées à la surface du sol. Lorsque l'emplacement comporte de la roche solide ce type de construction est évidemment avantageux. Lorsque l'emplacement est de la terre, le coût de l'établissement d'un espace de service au-dessus du sol doit être comparé au coût d'une cave. Si l'on se sert d'une dalle de béton il est préférable de perturber aussi peu que possible le sol naturel et de couler la dalle sur une base faite de pierres compactées ou de gravier ayant au moins un pied d'épaisseur. Il faut isoler la dalle afin de l'empêcher de geler par-dessous. D'autres types de fondations sont employés dans certaines régions, par suite de conditions de sol particulières, mais la plupart des maisons reposent sur des caves. On admet généralement que la cave fournit l'espace le plus économique possible pour les appareils de chauffage, de lessivage et autres installations qui n'ont pas besoin de locaux de première classe. De plus, les semelles des caves sont moins sujettes aux diverses influences, comme le soulèvement par le gel, le gonflement ou le rétrécissement des argiles.
L'humidité dans les caves est un problème qui est dû, dans la plupart des cas, à une mauvaise construction. La façon la plus efficace de réduire les infiltrations de l'eau consiste à recueillir cette dernière et à la canaliser avant qu'elle n'atteigne les murs de cave. Il est indispensable de prévoir un drainage en surface qui emmène l'eau loin des murs. L'eau sous-jacente doit être interceptée par une conduite souterraine de drainage placée en dehors des semelles du mur dans une couche de récupération perméable pour ensuite être évacuée. En dépit de toutes ces mesures de précaution l'extérieur des murs de cave est généralement humide et l'eau a
tendance à pénétrer dans les murs. Si la maçonnerie est bien faite, le mur sera imperméable et ce problème n'existera pas.
Tant qu'un mur normal de cave n'a pas été complètement fixé en haut et en bas, tant que la charge verticale complète n'a pas été appliquée et tant que le béton ou le mortier n'a pas complètement pris, la résistance de ce mur aux forces latérales n'est pas très grande. Par conséquent, durant la construction, le mur est particulièrement sujet à se craqueler ou à s'abîmer, ce qui, par la suite, facilitera la pénétration de l'eau. Il faut faire particulièrement attention durant cette période afin que l'eau ne s'accumule pas près du mur avant de
remblayer et de ne pas faire passer de lourds véhicules de construction près du mur durant le remblayage et même après. Les pressions latérales du sol sont accrues par des charges verticales mais si les appareillages passent à une distance du mur égale à la profondeur de l'excavation, tout devrait bien aller.
Le tassemement lent du remblayage provoque souvent d'importants dommages aux escaliers, aux allées et aux dalles adjacentes ce qui cause un renfoncement tout autour du bâtiment dans lequel s'accumule l'eau du toit. On peut éviter cette situation en remblayant comme il faut. Dans la plupart des cas il suffit de damer les matériaux de remblayage par fines couches. Le remblayage est extrêmement important lorsque les semelles doivent appuyer sur lui et c'est pourquoi il est recommandé de consulter un expert dans ce cas. Il est généralement possible et sage de ne pas déranger le sol qui se trouve sous une semelle.
Les sols à grains fins absorbent de l'eau lorsqu'ils gèlent ce qui provoque dans certains cas une augmentation de volume considérable. Les sols limoneux sont particulièrement sujets au soulèvement par le gel. Les sols à gros grains ne présentent pas cet inconvénient. Le
soulèvement du sol provoque habituellement des dégâts considérables à des garages ou à des porches rajoutés qui n'ont pas de fondation adéquate. Ce soulèvement peut également faire du tort aux fondations des maisons qui n'ont pas été chauffées en hiver. Lorsqu'on a affaire à des sols à grains fins, les semelles doivent être placées sous la ligne de pénétration du gel.
Conclusion
On a cherché dans la présente notice à montrer les éléments essentiels du choix d'un
emplacement de construction et les avantages à tirer de l'étude du sol avant la construction de chaque maison. On a donné en référence la terminologie standard qui a été mise au point pour faciliter l'inscription des renseignements concernant le sol. On a montré que des solutions exceptionnellement simples existent pour résoudre les problèmes communs qui se posent dans le cadre des difficultés de construction inhérentes aux divers types de sol.
* Cf. "Guide d'identification sur place des sols pour les besoins de l'ingénieur." Publication technique 37°F, Comité associé de la mécanique des sols et de la neige, Conseil National des Recherches du Canada.
