CHEMINÉES D'APPARTEMENT ET DE VENTILATION

460. Dans les cheminées d'appartement, la température ne dépasse guère 120* à 140** et dans les cheminées d'appel, employées pour la ventilation des lieux habités, l'excès sur la température extérieure reste généralement au-dessous de 3o*.

La formule générale qui donne le poids écoulé par la cheminée,

p = mû y/ -, est toujours applicable, mais le terme m ne

peut plus être regardé comme constant et les formules, auxquelles nous sommes arrivés pour les cheminées d'usine, ne sauraient être employées.

La détermination de la section et de la hauteur des cheminées d'appartement et de ventilation est soumise à des conditions particulières, que nous ne pouvons examiner en ce moment. Nous les étudierons quand il sera question du chauffage et de la ventilation des lieux habités.

461. Les cheminées d'appartement se construisent dans l'épaisseur des murs, celles de ventilation au-dessus des bâtiments et leurs formes et leurs proportions dépendent de celles du bâtiment lui-même; nous indiquerons les dispositions employées dans ce cas, en parlant du chauffage et de la ventilation des lieux habités. Nous n'examinerons, dans ce paragraphe, que la construction des cheminées isolées, des cheminées (Tusine.

Les cheminées d'usine se construisent généralement en briques qui sont les matériaux les plus propres à résister à l'action de la chaleur ct ont une durée à peu près indéfinie ; elles se font cependant quelquefois en tôle par économie ou pour des établissements qui ne doivent avoir qu'une durée très limitée.

On a donné d'abord aux cheminées en briques la forme carrée, qui se prête mieux, pour la construction, à l'emploi de matériaux ayant toutes les arêtes rectangulaires, mais les ouvriers sont arrivés maintenant à construire aussi facilement une cheminée à section circulaire et on préfère celte forme parce qu'elle présente plusieurs avantages importants. A égalité de section et d'épaisseur, elle oiïre

moins de prise à l'actioa des vents, et se trouve par conséquent dans de meilleures conditions de stabilité; elle exige moins de

briques ( environ -A, et enfin l'aspect est plus satisfaisant.

462. Une clietninée en briques se compose (fîg. 28t>) de trois parties, le piédestal, le fiil et le chapiteau.

Le piédestal est un prisme à section, quelquefois ronde, mais plus souvent polygonale ou carrée, d'une hauteur qui est ordinairement en rapport avec la hauteur totale de la cheminée, et qui s'écarte en générai assez peu de la racine carrée de celle hauteur.

On donne quelquefois au piédestal une faible hauteur et un grand diamètre, pour diminuer le cube de roaçooiierie et, en augmentant l'empâtement, répartir te poids (le la construction sur une grande surface ; on raccorde avec le fût par un profil concave à courbe arrondie comme l'indique la ligure a88.

Le fût au-dessus du piédestal est de forme tronc-conique avec un fruit extérieur ordinairement compris entre o^joaj cto,o3o par mètre, suivant le diamètre de la cheminée. Il est quelquefois ornementé de des- Fi(f. jH8. '*''*^ '^" briques de couleurs diiïérentes.

Le chapiteau qui surmonte la cheminée, et qui présente ordinairement une saillie assez prononcée, se fait en briques le plus souvent, quelquefois en pierres de taille. L'épaisseur de la paroi d'une cheminée décroit de la base au sommet ; pour éviter trop de déchets de briques et de maind'œuvre de taille, on procède par ressauts brusques de manière k avoir des épaisseurB successives toujours multiples de la largeur d'une brique. La figure 287 montre la coupe d'une cheminée construite dans ces conditions. Elb r,c compose d'une série de rouleaux Ironc-'coniques superposés formant à l'extérieur une

surface régulière et à l'intérieur, au contraire, une surface discontinue avec ressauts brusques de la largeur d'une brique à chaque changement de rouleau.

468. Tracé du profil d'une cheminée. — Voici comment se fait le tracé dans ces conditions.

Les données sont la hauteur H de la cheminée (**f) et le diamètre intérieur D au sommet (-ui).

Sur une ligne KOj (fig. 28g) représentant le sol, on mène une perpendiculaire sur laquelle en prend à l'échelle adoptée une longueur 0^0^ égale à la hauteur H. Cette ligne figure l'axe de la cheminée.

Sur la parallèle OgA menée par le sommet Og à la ligne 0,K, on porte une longueur 0„a égale au rayon intérieur, puis en prolongement l'épaisseur aX, généralement une longueur do brique; a A — 0,2a. Quelquefois on prend l'épaisseur seulement (le o, 1 1 , ce qui est faible ; dans d'autres cas de o,3j, trois largeurs de brique, quand la cheminée doit être exposée h des vents violents, sur le bord de la mer par exemple.

On a ainsi le point A par lequel on mène une ligne AG inclinée sur la verticale et faisant avec elle le fruit extérieur de o,025 à o,o3o environ et que nous allons déterminer d'après les conditions de stabilité. Cette ligne AG figure l'arête extérieure du fût tronc-conique. Hg. ,8g.

On porte ensuite sur OjC^ lahauleur OjO^ du piédestal, égale environ, comme nous l'avons dit, à la racine carrée de la hauteur totale, et on mène l'horizontale O^J qui coupe en F l'arête du fàt. La verticale JK menée à une distance

FJ=o"',i2, figure Tarète du piédestal; on l'éloigné souvent davantage du point F pour donner plus de stabilité à la base.

Pour le profil intérieur de la cheminée, on divise la hauteur du fût O0O4 en un certain nombre de parties qui ont de 4 mètres à 8 mètres (^) et par les points obtenus OpO^^Oj..., on mène des parallèles à la base qui coupent Tarète extérieure en B,C,D, et indiquent les limites de chaque rouleau.

On prend ensuite successivement des longueurs bB, cC, dU... égales respectivement à o,36, 0,48, 0,60, — c'est-à-dire à trois, quatre, cinq largeurs de briques, et ainsi de suite jusqu'au piédestal en augmentant successivement l'épaisseur de 0,12 environ pour chaque rouleau (une largeur de brique avec le joint).

En menant par les points b, c, d, sur la hauteur de chaque rouleau, des parallèles à l'arête extérieure, on a le profil intérieur du fût qui se continue sur la hauteur du piédestal en menant la ligne jk perpendiculaire à la base.

Une construction symétrique, de l'autre côté de l'axe, achève de donner le profil général de la cheminée.

On étudie ensuite les profils détaillés pour le chapiteau, la corniche et le piédestal.

464. Dans le tracé du profil intérieur, il faut avoir soin qu'aucune des sections, en haut de chaque rouleau, ne soit plus faible que celle de la cheminée au sommet; tout étranglement réduirait le tirage d'une manière fâcheuse.

Pour remplir la condition que le rayon intérieur cOj (fig. 290) soit au moins égal au rayon iO, du rouleau supérieur, il faut et il suffit que la ver- FiK. 390. tîcale iN parallèle à l'axe 0^0^ tombe au point c ou à droite de ce point, c'est-à-dire que c'N soit au moins égal à cc\ Soit h la hauteur bN du rouleau BC, m le Eruit

(^) Nous verrons plus loin comment les conditions de slabililé conduisent à une détermination plus précise de ces hauteurs.

CONSTRUCTION DES CHEMINÉES DTSINE. fil5

extérieur, rfla largeur ce' du redent; on &c'N = mh, et la condition pour qu'il n'y ait pas d'étranglement s'exprime par l'inégalité

mh ^ d,

ce qui donne pour la hauteur minimum que doit avoir te rouleau:

Pour ^=:o,r j et TR — o,o3, il faut que /i soit plus grand que 4 mètres : si m = o.osS, h doit être plus grand que ^^iSo.

465. Les fondations de la cheminée descendent plus ou moins profondément dans le sol suivant la nature des terrains. Leur établissement est soumis aux conditions générales de toute construction en maçonnerie. Il faut s'appuyer sur les sols solides, et répartir les pressions de manière qu'il n'y ail pas d'écrasement ou d'affaissement à craindre. Nous renvoyons pour cela aux traités ordinaires de construction.

Les conduits qui amènent la fumée sont ordinairement placés dans le sol. he vide intérieur de la cheminée doit descendre plus bas que le fond de ces conduits afin que les cendres entraînées puissent s'accumuler à la base de la cheminée sans gêner le tirage.

466. Volume et poids de la maçonnerie. — Le cube de la maçonnerie se calcule en faisant

la somme des cubes des rouleaux successifs qui la composent. Pour un rouleau quelconque, ce cube est la différence de deux troncs de cône de même hauteur à arêtes parallèles. ^

Soient R,=^0,B et R„ = 0,C les ,«„ , ,

rayons extérieurs au sommet et k la

base du rouleau, e (fig. 291) l'épaisseur uniforme, h la hauteur 0,0j.

Le tronc de cône extérieur a pour volume

Le tronc de cône intérieur

ix/i((R,-é?f+(R|-e)'^-i-(Ri-e)(R|-^)).

En faisant la différence, on trouve pour le cube q de maçonnerie d'un rouleau

y=rTC/ie(Ra4- R| — ^).

On peut remarquer que R^-hR^ — e est le diamètre moyen pris à demi-hauteur et à demi-épaisseur du rouleau. Le cube total de la cheminée est en conséquence

Q^S^'^xS/i^fRa-f-R^ — ^). (i)

C'est la somme des cubes des rouleaux successifs.

Pour avoir le poids de la maçonnerie qui sert dans le calcul de la stabilité, il suffit de multiplier par le poids du mètre cube de briques, environ 1 750 à 1 85o kilogr. pour la brique de Bourgogne et I 65o à I 700 pour la brique de pays.

En général, en appelant S le poids en kilogr. du mètre cube de maçonnerie, on a pour le poids d'une portion quelconque

N = i:8S/ie(R>4-R^-e)=:SN<-hzî/ie(Ra-hR,-e), (a)

SNf étant le poids des rouleaux au-dessus de celui de la base; pour ce dernier rouleau, les rayons supérieur et inférieur sont R^ et Rj, l'épaisseur e et la hauteur h,

467. Construction des cheminées (fig. 292 et 293). — Pour construire les cheminées d'usine, on n'a pas besoin d'écha* faudages extérieurs. Les ouvriers s'établissent sur un plancher intérieur formé de deux boulins qu'ils logent dans des trous ménagés dans la maçonnerie à hauteur convenable et sur lesquels ils posent des planches qu'il est prudent de clouer afin d'éviter les bascules. Â mesure que la construction s'élève, on déplace le plancher et on l'établit à un niveau supérieur.

CONSTHUCTrON DES GHEHINËES D'USINR. 647

Pour le montage des malériaiix, les ouvriers construisent aux

#(leux extrémités d'un" même diamètre quelques assises surélevées au-dessus du reste de la construction et sur lesquelles ils posent une traverse portant une poulie k son milieu. Une corde passe sur cette poulie, et se termine par deux crochets auxquels on suspend, à l'un les briques entourées d'une simple corde, h. l'autre le seau de mortier; elle vient, parl'aulrc extrémité, après s'être appuyée sur une poulie de renvoi, s'enrouler sur un treuil placé sur le sol et manœuvré par un garçon.

Pour arriver à leur plancher mobile les ouvriers montent par des échelons en fer, scellés (fig. 294) dans la maçonnerie, les uns audessus des autres, à raison de trois par mètre de hauteur environ, et qu'on laisse pour servir plus tard à des réparations.

Kig. lyt et V. '■'iS- ""fl-

8 . II est nécessaire de recouvrirle sommet des cheminées. pour

bien mainlonjr les briques et empèclierla pluie de pénétrer dans les joicls. On se sort pour cela d'une couverture en fonte ou en plomb. La couverture en fonte se compose {fig, 293, 296) d'un certain nombre de plaques à nervures, assemblées entre elles au moyen de boulons et emboîtant l'assise supérieure; il faut un modèle spécial pour chaque diamètre.

On préfère généralement la couverture en plomb qui se compose simplement d'une feuille annulaire de 2 à 3 millimètres d'épaisseur qu'on déroule sur l'assise supérieure et qu'on rabat au marteau à l'intérieur et à l'extérieur de manière à bien emboîter plusieurs assises et à les maintenir solidement. On emploie assez souvent des armatures pour consolider les cheminées. Ce sont des cercles en fer qu'on loge dans la hauteur d'un joint circulaire, le plus loin possible du centre el des gaz chauds, alin que les mouvements de dilatation soient moins sensibles. Il convient néanmoins de construire ces cercles de manière à leur laisser une certaine liberté de dilatation, sans quoi l'armature pourrait être plus nuisible qu'utile. Une cheminée bien construite et bien proportionnée n'a pas besoin d'armatures.

469. Cheminées entdle. — Les cheminées en tôle coûtent moins cher de construction que les cheminées en brique, et elles sont quelquefois préférées pour ce motif et aussi pour les établissements qui ne doivent avoir qu'une durée limitée. Elles se détruisent, en effet, en assez peu de temps; la tdle, malgré les couches de peinture dont on la recouvre, s'oxyde rapidement sous les induenccs de l'atmosphère et des condensations intérieures de la vapeur d'eau, surtout à la partie supérieure, plus refroidie, qui est le plus fortement attaquée. Beaucoup de fumées ont en outre une action acide qui détruit le métal.

CONSTRUCTrON DES CHEMINÉKS D'USIME.

Les figures 7.^-j el 298 rcpréseutent une cheminée en tAlc montée sur un socle en briques, au moyen d'une tubulure en fonte, scellée dans la maçonnerie par quatre boulons de fondation, disposés aux angles du massif et le traversant sur toute sa hauteur.

La cheminée se compose de viroles en tôle emboUécs et rivées les unes sur les autres; la première est fixée sur la tubulure en fonte par une double ligne de rivets, A peu près aux deux tiers de la hauteur, on rive un collier en cornières, auquel on fixe trois haubans en fd de fer qui viennent s'attacher soit à des bâtiments voisins soit à des pieux enfoncés dans le sol ; cette précaution est nécessaire pour que ta cheminée résiste à l'action des vents.

L'épaisseur de la I6le va en décroissant de la base au sommet, pour des hauteurs d'une quinzaine de mètres, 5 h.

6 millimètres à la base et 4 millimètres au sommet.

Une cheminée en tôle construite au Creusot a 85 mètres de hauteur et 3",3i de diamètre au sommet ; elle est légèrement conique mais avec un fort empâtement JL la base qui porte le diamètre . — à 6",84. Les viroles de i^.aS de hauteur ont o'°,oi4 d'épaisseur k la base et o",oo7 au sommet. Le poids total des tôles est de 80000 kilogr. Elle est assez solide pour résister à l'action des vents, sans le secours de haubans.

Od fait souvent l«8 cheminées en tôle sans socle. Elles partent directement du sol et le massif de maçomierie sur lequel elles sont fixées est tout entier dans le soi.

STABILITE D'UNE CHEMINËE D'CSINE EN BRIQUES

470. Pour qu'une cheminée d'usine ait une stabilité suffisante, il faut satisfaire k deux conditions :

f Donner ii la maçonnerie assez de masse pour qu'elle résiste

à l'action des vents qui tendent h. la renverser ;

2" Donner h chaque assise assez de base pour que les briques

et les mortiers ne risquent pas d'èlre écrasés

sous l'action du vent combinée avec le poids

des assises supérieures.

Il faudrait encore s'assurer que le frottement est suffisant pour empêcher la pression oblique résultante de faire glisser la construction sur une assise, mais en pratique cette condition est toujours largement réalisée.

Ces conditions doivent être remplies, non

seulement pour la hauteur totale, mais en-

D core pour une portion quelconque de la

cheminée et elles servent de base, comme

nous allons le voir, au calcul de l'épaisseur

et de la hauteur qu'il convient de donner

aux rouleaux successifs.