(Edition 98/5 page 46)
Nouvelle Note d'Information Technique touche à sa fin
Fixation mécanique sur bacs acier(1)
A l'heure actuelle, la fixation mécanique des matériaux d'isolation et des membranes d'étanchéité est de plus en plus utilisée. Elle constitue d'ailleurs un choix logique quand il faut travailler sur un support en bacs acier. C'est pour cette raison que le Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC) est en train d'élaborer une Note d'Information Technique à ce sujet afin d'aider tant l'entrepreneur d'étanchéité que le concepteur à choisir un système approprié de toiture plate à fixations mécaniques. Dans la première partie de cet article nous parlerons déjà des résultats et des conclusions nouvelles au niveau du support, du pare-vapeur, de l'isolant et de l'étanchéité, tandis que la deuxième partie, qui paraîtra dans notre prochaine édition, traitera les fixations mécaniques eux-mêmes.
Une toiture plate se compose généralement d'un support de toiture en pente, d'un écran pare vapeur, d'un isolant et d'une étanchéité. Ces différentes couches doivent être suffisamment ancrées au support, surtout eu égard à la résistance au vent. La méthode la plus couramment utilisée pour assurer cet ancrage dans le cas de supports en bacs aciers (tôles nervurées) est la fixation mécanique, où l'on peut distinguer 3 cas:
- fixation mécanique au niveau des plaques d'isolant et collage ou soudage de l'étanchéité (ill.1)
- fixation mécanique au niveau de la sous-couche de l'étanchéité et collage ou soudage de la couche finale (ill. 2)
- fixation mécanique au niveau d'une étanchéité monocouche avec joints collés ou soudés (ill. 3)
Avantages et limitations de la fixation mécanique
Un aspect intéressant de la fixation mécanique est sa souplesse: le nombre de fixations par m2 peut facilement être adapté à la sollicitation du vent et est contrôlable après la pose. Cette technique de pose permet en plus une mise en oeuvre sans fondoir à bitume, sans flammes et sans solvants et grâce à l'utilisation d'une visseuse automatique il est possible de travailler d'une manière ergonomique. Par contre, on peut citer que la fixation mécanique n'est pas applicable sur les toitures de bâtiments à production d'humidité élevée. De plus, les étanchéités souples peuvent faire du bruit lorsqu'elles battent par vent fort et les vis métalliques constituent des ponts thermiques, ce qui impose un isolant plus épais.
Généralités du support de toiture en bacs acier
Le choix du type de bac acier se base sur une étude de stabilité où la déformation est généralement limitée à 1/200 et où l'on s'efforce de faire reposer les bacs sur 3 points d'appui au moins. Deux types de bacs très courants en Belgique sont le 106/250/3 et le 135/310/3 ayant respectivement 106 ou 135 mm de hauteur, 250 ou 310 mm de module et 3 ondulations par bac.
Les bacs sont livrés en longueurs courantes jusqu'à 12 m et sont principalement fabriqués en l'acier galvanisé (éventuellement laqué/enduit) ou en milieu agressif en l'acier inoxydable. Pour l'application qui nous concerne ici, c'est à dire la fixation mécanique sans lestage, l'épaisseur nominale du bac acier sera de préférence de 0,88mm. Cette épaisseur permet en effet une fixation mécanique adéquate et renforce la stabilité et la rigidité du support. Si l'aspect visuel à l'intérieur n'est pas un critère, une épaisseur de 0,75 mm est admise puisque ces bacs sont presque inévitablement endommagés lors de la réalisation des travaux de toiture.
Lors de la pose des bacs, les points suivants contribuent à obtenir un plancher de toiture stable et plat:
- les bacs sont placés de préférence en quinconce (charge et flexion plus uniformes et donc moins d'accumulation d'eau,..)
- les bacs doivent être soutenus sur tout le périmètre de la toiture, et être soutenus ou suffisamment renforcés aux pénétrations de toiture
- les bacs doivent être fixés entre eux au moins 2 fois par m le long des joints longitudinaux
- Les bacs doivent être placés sans tension
Influence des détériorations sur la qualité de l'écran étanche à l'air/la vapeur
Pour garantir les performances thermiques d'une toiture, il faut empêcher les fuites d'air (différences de pression d'air intérieur- extérieur) qui provoquent une perte par convection et l'humidification de l'isolant (transport d'humidité par convection de l'air et/ou diffusion de vapeur) et qui diminuent l'efficacité de l'isolation.
Le support en bacs acier n'étant pas étanche à l'air et à la vapeur en raison des joints entre les bacs et aux abouts, il faut donc le rendre étanche à l'air et à l'humidité.
Les précautions à prendre dépendent fortement de la production d'humidité dans un bâtiment. En Belgique, on subdivise le climat intérieur des bâtiments en 4 classes, de I (peu de production d'humidité) à IV (production d'humidité élevée). Pour la classe I, c'est à dire les bâtiments à faible production d'humidité, l'étanchéité de toiture suffit, puisqu'elle empêchera la convection entre l'intérieur et l'extérieur si elle est dotée d'une finition étanche à l'air au niveau du périmètre et des pénétrations. Dans les bâtiments à production d'humidité plus élevée (classes II à IV), il faut éviter, en outre, l'humidification de l'isolant par diffusion de vapeur et convection en toiture en plaçant un écran étanche à l'air et à la vapeur sous l'isolant. Cet écran doit avoir une résistance à la diffusion de vapeur qui augmente avec la classe du climat intérieur. La résistance à la diffusion de vapeur des matériaux utilisés comme écrans étanches à l'air et à la vapeur est assez bien connue. Par contre, la résistance réelle à la diffusion de vapeur dite 'résistance équivalente' dépend également des joints, de la technique de pose et des conditions de pose (percées, enfoncement, déchirures,..). L'influence de ces différents paramètres ne semble pas avoir été décrite dans la littérature. C'est pourquoi le C.S.T.C. a décidé de soumettre un certain nombre de pare-vapeur utilisés en Belgique à des essais qui donnent des informations sur les pertes de performance des matériaux tels qu'ils sont mis en oeuvre sur chantier.
- Mesurage des fuites d'air à travers les perforations par des vis dans l'écran pare-vapeur.
- Un essai pour vérifier si l'écran pare-vapeur est facilement endommagé par enfoncement pendant la réalisation des travaux de toiture. En effet, ceci peut se passer sur le chantier lorsqu'un pied est posé sur la partie non supportée de l'écran pare-vapeur.
- La résistance à la déchirure a été déterminée sur les différents écrans pare-vapeur, tel que prescrit par l'UEAtc.
Les résultats de ces essais sont résumés dans le tableau à droite
Influence de la détérioration des écrans pare-vapeur
| Type écran pare-vapeur | Résistance à la diffusion de vapeur sans détérioration (m) | Débit moyen de l'air causé par 2 vis (m3/h pour) P = 500Pa) | Résistance à l'enfoncement (N) | Résistance à la déchirure transversale (N) |
| Alu 3 | 3 200 | 3.06 | 577% | 1932 | 23% | 136 | 33% |
| APP | 200 à 25 | 0.53 | 100% | 5672 | 69% | 221 | 54% |
| SBS | 200 à 25 | 0.61 | 115% | 8248 | 100% | 411 | 100% |
| P4 | 200 à 25 | 0.64 | 121% | 5362 | 65% | 258 | 63% |
| V4 | 200 à 25 | 1.75 | 330% | 998 | 12% | 114 | 28% |
| V3 | 200 à 25 | 1.27 | 240% | 759 | 9% | 93 | 23% |
| V50/16 | 25 à 5 | 2.14 | 403% | 923 | 11% | 47 | 11% |
| LDPE 0.30 | 25 à 5 | 0.98 | 185% | 1060 | 13% | 113 | 27% |
| LDPE 0.25 | 25 à 5 | 0.95 | 179% | 1096 | 13% | 100 | 24% |
| LDPE 0.10 | 5 à 2 | 5.20 | 981% | 367 | 4% | 25 | 6% |
| Alu 3 aluminium enrobé de bitume oxydé, épaisseur 3 mm |
| APP,SBS bitume APP/SBS armé de polyester non tissé (180g/m2), 4mm d'épaisseur |
| P4 bitume oxydé armé de polyester non tissé (180g/m2), 4mm d'épaisseur |
| V3,V4 bitume oxydé armé de voile de verre, 3 ou 4 mm d'épaisseur |
| V50/16 voile de verre bitumé, 1.6 kg/m2 |
| LDPE polyéthylène basse densité 0.10, 0.25 of 0.30 mm d'épaisseur |
Il va de soi que les détériorations susmentionnées provoquent une diminution de la résistance équivalente à la diffusion de vapeur des écrans pare-vapeur. Sur les bacs aciers, il convient d'appliquer des écrans pare-vapeur qui seront le moins possible endommagés par le percement et par l'enfoncement. Il ressort des essais mentionnés que le LDPE de 0.25 mm minimum d'épaisseur et surtout les produits bitumineux armés de polyester sont les plus indiqués. Les joints doivent évidemment être collés ou soudés. En présence d'une classe climatique IV, la production élevée d'humidité fait que le moindre endommagement de l'écran pare-vapeur résultera en une humidification de l'isolant. En conséquence, pour obtenir un pare-vapeur performant, il ne peut être ni percé ni fixé mécaniquement mais doit être appliqué sur un support continu pour éviter tout endommagement.
Isolation
En Belgique, on trouve typiquement sur les bacs acier en fixation mécanique des isolants de 40 mm de polyuréthane(PUR) ou de 50 mm de laine minérale (MW). Ces épaisseurs sont des minima, mais puisqu'on tient de plus en plus compte du coefficient k(U) de 0.4 W/mK, on en arrive à des épaisseurs d'au moins 70 mm PUR ou 100 mm MW. Outre la résistance thermique, le matériau d'isolation doit présenter des caractéristiques mécaniques suffisantes. Celles-ci dépendent de l'usage de la toiture et de l'interaction entre isolant, étanchéité et fixation mécanique. Dans le cas typique de toitures à fixations mécaniques, il faut une résistance à la compression et à la flexion suffisamment élevée.
Illustration 11: Sollicitation due à la circulation aux alentours des vis
L'illustration ci-dessus démontre pourquoi un isolant trop mou engendre des sollicitations trop importantes de l'étanchéité au périmètre de la fixation mécanique. Ceci est à éviter. L'UEAtc classe les isolants selon leur résistance à la compression de A à D. La classe exigée découle de l'utilisation de la toiture (accessibilité).
Classes d'isolants
| Niveau de charge | P2 | P3 |
| Exemple | Toiture uniquement accessible pour l'entretien. Peut être utilisée avec restrictions. | Toiture accessible aux piétons. Peut être utilisée pour entretien fréquent d'équipements. |
| Classe minimale de l'isolant | B | C |
| Remarque: il existe également des niveaux charges P1 et P4 et des classes correspondantes A et D, qui ne sont pas d'application dans les fixations mécaniques |
La résistance à la flexion du panneau isolant est nécessaire puisque l'isolant doit franchir les ondulations (ill. 11). Pour un isolant bien précis, il existe donc une épaisseur minimale qui est fonction de l'ouverture des ondulations à franchir. Cette épaisseur est déterminée par un essai-UEAtc. Les valeurs indicatives pour des matériaux agréés sont, par ex. pour la laine minérale égale à la moitié de l'ouverture des ondulations et pour le PUR égale au tiers de l'ouverture des ondulations.
Etanchéité
L'étanchéité à l'eau des toitures plates à fixations mécaniques est réalisée à l'aide de lés de toiture en bitume polymère armé de polyester ou de lés synthétiques. L'UEAtc classe les systèmes d'étanchéité de R1 à R4. Leurs qualités minimum pour une toiture sur bacs acier à fixations mécaniques sont indiquées au tableau suivant.
| Niveau de charge | P2 | P3 |
| Classe minimale de l'isolant | B | C |
| Exigence de l'étanchéité | R2 | R3 |
| Exemple d'étanchéités
| - Bitume polymère monocouche armé de polyester
- Étanchéité synthétique monocouche
| - Etanchéité bicouche avec couche supérieure en bitume polymère armé de polyester, avec armature de type plus lourd
- Etanchéité bicouche avec sous-couche armée de poly ester et couche de finition en bitume polymère armé de polyester |
Qualités minimum des étanchéités (UEAtc)
Pose de l'étanchéité
Comme indiqué au début de cet article, nous considérons 3 cas:
- Etanchéité monocouche ou bicouche collée sur un isolant fixé mécaniquement (ill. 12).
Application: étanchéité monocouche synthétique ou bitumineuse ou bicouche bitumineuse
- Fixation mécanique de la sous-couche d'une étanchéité bitumineuse bicouche (ill. 13). Vu la sollicitation mécanique de la sous-couche, elle doit être armée avec une armature en polyester non tissé.
Remarque
Suivant la définition donnée par l'UEAtc, les revêtements d'étanchéité avec sous-couche fixée mécaniquement sont du type monocouche. Les auteurs de l'article attirent l'attention sur le fait que ces systèmes présentent pratiquement les mêmes avantages du point de vue sécurité de l'étanchéité.
- Fixation mécanique d'une étanchéité monocouche synthétique ou bitumineuse. On distingue 3 types de fixations:
- Fixation dans le recouvrement
- Fixation ponctuelle ou linéaire à travers l'étanchéité recouverte d'une pièce ou bande d'étanchéité supplémentaire
- Fixation par dessous l'étanchéité: soudage ou collage de l'étanchéité sur une plaquette ou une latte en métal revêtue
Dans l'édition suivante nous traiterons plus en détail les caractéristiques et la pose des fixations mécaniques.
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