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Digeste de la construction au Canada, 1966-08
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Exigences pour les murs extérieurs
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 48F
Exigences pour les murs extérieurs
Publié à l'origine en août 1966 N. B. Hutcheon
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 caractéristiques des murs extérieurs ont rarement, dans le passé, été étudiées de façon systématique et rationnelle. Dans la plupart des cas elles ont simplement été adaptées aux conditions sociales et économiques en vigueur. Il en va autrement aujourd'hui par suite du dynamisme de l'architecture moderne et par suite des nombreux matériaux nouveaux et techniques nouvelles qui permettent de concevoir un grand nombre de nouveaux types de murs extérieurs. Malheureusement, certains de ces types sont adoptés un peu à la légère et leur évaluation par les anciennes méthodes qui consistaient en des mises à l'épreuve dans les conditions réelles ne conviennent plus.
Quoique la mise à l'épreuve dans les conditions réelles soit toujours le moyen le plus efficace pour établir la qualité des murs extérieurs, le coût des expériences effectuées dans ces conditions est généralement si élevé que l'on a tout intérêt à effectuer d'importantes études préliminaires afin de déterminer à l'avance si tel ou tel type de murs donnera satisfaction. On doit admettre d'ailleurs que les soit-disantes conditions réelles des expériences à long terme ne sont pas nécessairement celles qui seront rencontrées par la suite. Cela est particulièrement vrai au Canada où, de nos jours, les maisons sont constamment l'objet d'innovations techniques qui changent les conditions d'utilisation (par exemple, nouveaux systèmes d'humidification en hiver). C'est pourquoi on doit recourir aux méthodes de la science architecturale pour étudier les facteurs qui peuvent affecter le comportement des murs et analyser systématiquement les différents types de murs afin de déterminer dans quelle mesure ils pourront répondre à ce qu'on attend d'eux. On peut, grâce à ces méthodes, faire une première évaluation des différents types de murs en fonction d'usages particuliers et, ce qui est encore plus important, on dispose grâce à elles d'une base pour concevoir des types de murs améliorés.
Fonctions des murs extérieurs
Tout d'abord, il est important de souligner que la fonction générale des murs extérieurs est de constituer, de concert avec les planchers et les toits, une cloison entre l'intérieur et l'extérieur de telle sorte que l'intérieur puisse répondre à des exigences données. Les murs extérieurs doivent donc d'une part être solides et durables et d'autre part constituer un écran ou un filtre
contre le vent, la pluie, le rayonnement solaire, la chaleur, le bruit, le feu, les particules de matière, les insectes, les animaux et même les hommes. Les murs extérieurs doivent parfois laisser passer la lumière (fenêtres) tout en arrêtant les éléments précités. Les murs extérieurs ne doivent pas constituer par eux-mêmes un danger pour la vie ou la propriété. Ils doivent contribuer d'une façon générale à l'esthétique des bâtiments et enfin ils doivent répondre à un certain nombre d'exigences secondaires concernant par exemple la couleur, la texture et la porosité. Le maximum de ces caractéristiques doit être obtenu à un coût acceptable tant en ce qui concerne l'entretien que la construction.
La liste complète de toutes les exigences possibles est très longue. Heureusement, il est rarement nécessaire de tenir compte de toutes les exigences dans quelque cas que ce soit. De plus, un grand nombre d'exigences secondaires n'ont pas besoin d'être envisagées directement du fait qu'elles seront automatiquement satisfaites si les exigences principales sont prises en considération.
Exigences principales
Les murs extérieurs doivent: 1. arrêter l'écoulement de la chaleur; 2. arrêter le passage de l'air;
3. arrêter le passage de la vapeur d'eau; 4. empêcher la pluie de pénétrer;
5. arrêter la lumière, le rayonnement solaire et autres radiations; 6. arrêter le bruit;
7. empêcher la propagation du feu;
8. donner de la résistance et de la solidité; 9. être durables,
10. être esthétiques; 11. être économiques.
Cette liste énumère des exigences qui ne sont pas sans lien les unes avec les autres et c'est pourquoi il est toujours nécessaire de prendre simultanément en considération plusieurs d'entre elles.
Les murs extérieurs en tant qu'écrans
Les exigences 1 à 7 ci-dessus concernent le service qu'un mur doit rendre en tant qu'écran sélectif entre l'intérieur et l'extérieur d'une maison. Un écoulement réel ou potentiel de matière ou d'énergie est impliqué. Plus les différences entre l'intérieur et l'extérieur sont grandes plus le mur est mis à dures épreuves.
Ainsi les éléments des murs extérieurs doivent être choisis de façon à fournir en premier lieu une résistance suffisante pour empêcher la chaleur, l'humidité, l'air, etc., de passer plus qu'il ne faut. La façon dont ils sont disposés est également importante; c'est d'elle que dépendront les variations qui se produiront dans les conditions du mur tout entier lesquelles constituent le milieu dans lequel se maintiennent les différentes parties du mur. L'interdépendance des divers facteurs impliqués peut produire des conditions dans le mur qui exigent une attention spéciale. Une certaine compréhension des phénomènes impliqués est par conséquent nécessaire afin qu'ils puissent être mesurés quantitativement et que les différents types de mur puissent être évalués.
Exigences générales
Les exigences 8 à 11 de la liste ci-dessus peuvent être considérées comme étant les exigences générales qui doivent être satisfaites en même temps que le mur remplit sa fonction de base comme écran. Ces exigences peuvent s'appliquer aux divers éléments du mur ainsi qu'au mur lui-même et même au bâtiment dont le mur fait partie.
La durabilité est une considération essentielle. D'une façon générale on peut la mesurer en fonction du temps jusqu'à ce qu'une dégradation se produise qui rende le service fourni inacceptable. La durabilité n'est pas la propriété fondamentale d'un matériau; elle dépend des effets de dégradation dûs à l'usage et au milieu dans lequel se trouve le matériau. Il est plus approprié de parier de durée de service car ceci implique véritablement les effets des conditions particulières de service.
Le milieu, n'importe où dans le mur, peut être déterminé par le choix et la disposition des matériaux utilisés. L'architecte peut, par un choix judicieux, réduire les exigences applicables aux divers éléments. L'importance de la durabilité est manifeste quand on songe à ce qu'il en coûte pour assurer aux murs toutes les caractéristiques qu'on attend d'eux durant leur période de service.
L'exigence en matière d'économie est presque toujours présente. Il y a si peu de bâtiments conçus sans tenir compte du coût qu'il n'y a pas lieu de les considérer ici. Les frais de construction aussi bien que les dépenses d'exploitation sont des éléments importants et complexes dont il faut tenir compte dans la plupart des plans. L'architecte doit proportionner le coût initial et les dépenses d'exploitation en fonction de l'aspect économique de chaque projet. Par exemple, il peut réduire le coût initial en choisissant des matériaux de basse qualité, ce qui naturellement augmente les frais d'entretien ou réduit la période de service ou il peut avoir recours à d'autres genres de compromis. Si on réduit l'isolation on doit faire face à de plus grands frais de chauffage. Si on a recours à des murs ou à des fenêtres plus simples on doit être prêt à faire des sacrifices du point de vue fonctionnel.
La qualité esthétique peut également constituer un facteur important du coût quoique ce ne soit pas toujours le cas. La forme, la couleur, la texture et le motif peuvent généralement être très variés sans faire de tort aux autres exigences. Mais en insistant sur une caractéristique ou une qualité esthétique particulière on peut créer une difficulté en ce qui concerne les exigences de service et se trouver dans l'obligation d'adopter des solutions non satisfaisantes.
Les considérations esthétiques sont souvent impliquées d'autres façons. Par exemple, des insuffisances dans les plans peuvent donner lieu à des fissures et à des taches provoquées par l'eau, à des surfaces écaillées et à des finis dégradés. Ainsi les qualités esthétiques d'un bâtiment seront plus facilement maintenues lorsque les exigences principales auront été satisfaites.
La dernière exigence à mentionner, la résistance et la rigidité, est de nature fonctionnelle et elle a d'importantes relations avec les autres exigences. Il y a une complication supplémentaire avec les murs du fait qu'ils peuvent influer sur l'ossature structurale et contribuer à sa résistance et à sa rigidité. Cette interdépendance peut varier beaucoup si l'architecte le désire, depuis les murs rideaux supportés par la charpente jusqu'aux murs de soutien qui contribuent beaucoup à la résistance et à la rigidité de l'ensemble. Par ailleurs, cette interdépendance doit être considérée lorsqu'on établit les plans des charpentes et des murs.
Il y a, de plus, des charges qui proviennent du vent et qui doivent être supportées par le mur extérieur et ses éléments. Ces charges doivent être transférées ainsi que la charge morte du mur par l'intermédiaire de connexions structurales appropriées avec l'ossature. Ce type d'analyse de structure est bien établi depuis de nombreuses années et il n'y a pas lieu d'en parler davantage. Il y a cependant un type de charge, celui qui provient des changements dimensionnels dans les matériaux, qui mérite plus d'attention qu'auparavant, particulièrement lorsqu'il s'agit de faire les plans des murs extérieurs et des charpentes.
Changements dimensionnels et charges induites
Les efforts et les déformations des éléments de bâtiments dus à des efforts produits par des charges sont bien connus et on en tient régulièrement compte dans l'établissement des plans. Mais d'autres petits changements dimensionnels ont lieu dans les matériaux par suite de causes autres que les charges. Ces changements dimensionnels peuvent donner lieu à des déformations et à des efforts dont on ne tient pas toujours compte comme il conviendrait. Le
fluage, une déformation qui se produit avec le temps sous une charge, ainsi que l'expansion et la contraction sont généralement considérés dans l'analyse des charpentes mais on peut les négliger lorsque l'on fait les plans d'un mur. Des changements dimensionnels peuvent également résulter de modifications dans la teneur en humidité de certains matériaux ainsi que de vieillissements ou d'effets dégradants produits par le milieu.
Lorsque ces expansions ou ces contractions ne sont pas restreintes la dimension de l'élément impliqué change et un problème peut se poser. Par exemple, une différence de température de 100° dans l'acier ou le béton donne lieu à un changement dimensionnel d'environ 0.06%. Lorsque le changement dimensionnel est restreint par des matériaux ou par un élément adjacent des efforts correspondants peuvent se développer. Un effort d'environ 0.01% est suffisant pour causer la rupture d'un béton non armé sous tension. Un changement dimensionnel de cette importance peut être produit par un changement de température d'environ 20°. Les blocs de béton normaux rétréciront jusqu'à 0.04% lorsqu'ils seront asséchés après avoir été humidifiés. Les fissures, le fendillement ou le gauchissement des surfaces exposées ou des revêtements de surface peuvent souvent résulter de changements de température ou d'humidité provoquant soit un rétrécissement soit une expansion.
Une fois que des fissures se sont produites il s'en suit une humidification grave du mur. Cela ne provient pas seulement d'une pénétration directe de la pluie mais aussi de la condensation de la vapeur d'eau transportée par l'air qui passe dans les fissures.
Il est évident que toute cette question des changements dimensionnels dans les matériaux, des charges induites et des ruptures qui peuvent en résulter mérite une étude plus approfondie. On en a déjà parlé dans le Digeste No30Fet on en reparlera dans d'autres Digestes. On en parle
dans le présent Digeste à cause des relations évidentes qu'elle a avec les autres exigences. Bien qu'elle constitue une caractéristique hautement souhaitable pour tous les matériaux, éléments et composés et bien qu'elle ait des implications particulières dans le cas des murs extérieurs, la stabilité dimensionnelle n'a pas été énumérée comme exigence. Elle entre néanmoins implicitement dans les exigences pour la résistance et la durabilité et dans les exigences en matière d'écran, car ces exigences influent sur la température, l'humidité et les autres conditions qui risquent de provoquer des changements dimensionnels. Le fait d'en avoir parlé a servi à souligner une fois de plus l'interdépendance des diverses exigences mentionnées. Par ailleurs, nous avons montré qu'il est important de bien connaître les caractéristiques de stabilité dimensionnelle des matériaux, des éléments et des composés pour établir rationnellement les plans des murs extérieurs.
Considérations concernant le milieu
La première chose à faire avant d'établir les plans d'un mur extérieur est de déterminer ce que sera le milieu extérieur et ce que devra être le milieu intérieur. Ce n'est que lorsque ces facteurs sont connus qu'il est possible d'évaluer les exigences générales pour le mur en tant qu'écran. Inévitablement, à ce stade, certains aspects des services du bâtiment sont connus. Il est alors possible d'établir certaines des caractéristiques souhaitées pour le milieu intérieur: le problème de l'éclairage par la lumière du jour peut être résolu en faisant les plans des fenêtres, et celui du chauffage et de la climatisation peut être également résolu en fonction de la nature du mur comme écran pour le rayonnement solaire, la chaleur, l'humidité et l'air aussi bien en hiver qu'en été. Les autres exigences pour le mur en tant qu'écran sont celles qui concernent la poussière et la fumée lesquelles peuvent avoir également des implications en ce qui concerne les services requis. L'humidité relative qu'il faut avoir à l'intérieur est d'une si grande importance pour le milieu intérieur, particulièrement dans les conditions hivernales, qu'elle mérite une attention spéciale.
La nature de l'humidité relative, ses effets sur les personnes et les choses qui se trouvent à l'intérieur des bâtiments et certaines de ses implications dans l'exploitation des bâtiments ont été mentionnés dans le Digeste No 1F. D'autres renseignements, qui concernent les
précautions qu'il y a lieu de prendre pour éviter les difficultés, figurent dans le Digeste No
42F. L'humidité relative, soit à l'intérieur soit à l'extérieur, pose un problème lorsque son point de rosée est supérieur à la température du côté froid. Durant l'été les bâtiments climatisés et
les bâtiments de stockage sous froid présentent des problèmes spéciaux. Heureusement, le point de rosée extérieur maximum au Canada est susceptible d'excéder la température intérieure seulement durant de courtes périodes pendant l'été dans les bâtiments normalement climatisés. Généralement, les situations les plus difficiles se produisent en hiver lorsque la température du point de rosée à l'intérieur est très supérieure à celle de l'extérieur. Des précautions spéciales doivent donc être prises en ce qui concerne les exigences du mur et des fenêtres en tant qu'écran pour la chaleur, l'humidité, l'air et la vapeur d'eau l'hiver. De fortes humidités relatives à l'intérieur lorsque les températures sont basses à l'extérieur introduisent la possibilité d'une forte humidification de la surface ainsi que de l'intérieur du mur (Digeste No30F).
Une fois que les conditions du milieu intérieur et du milieu extérieur auront été établies ainsi que les exigences auxquelles ces conditions donnent lieu il sera plus facile de concevoir un mur approprié. Des devis devront être établis quant aux conditions de température et d'humidité dans l'ensemble du mur et dans toutes les parties attenantes de la charpente du bâtiment, aussi bien pour l'hiver que pour l'été. Les gradients de chaleur et d'humidité devront alors être examinés pour déterminer l'effet du milieu n'importe où dans le mur sur les matériaux choisis pour sa construction.
Conclusion
Les différences de propriétés de l'atmosphère intérieure et de l'atmosphère extérieure dictent les exigences auxquelles doivent répondre les murs extérieurs. En combinaison avec les propriétés des matériaux à employer, ces différences déterminent les milieux dans lesquels chaque élément doit jouer son rôle. La durée de service d'un matériau est déterminée par les propriétés de ce matériau et par les conditions de milieu auxquelles il est assujéti.
Des murs durables peuvent être réalisés si l'on choisit judicieusement les matériaux pour qu'ils correspondent au milieu, si l'on modifie le milieu pour qu'il convienne aux matériaux disponibles ou si l'on fait un compromis entre les deux méthodes. Pour réussir, cependant, il faut bien connaître les propriétés intrinsèques des matériaux et les phénomènes qui se passent à l'intérieur des murs.
