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Solution constructive, 1997-09-01
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Résistance au feu des planchers dans les habitations collectives
Sultan, M. A.
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Cet article traite des différents facteurs qui influent sur la résistance au feu des
planchers, dans les habitations collectives. L’information est basée sur les résultats
d’un grand projet de recherche réalisé par l’Institut de recherche en construction
(IRC) du Conseil national de recherches, en collaboration avec différentes
organisa-tions appartenant aux secteurs privé et public*.
Des ch erch eu rs d e l’IRC on t vou lu d éterm in er comment les exigences acoustiques plus sévères du Code national du bâtiment (CNB) du Canada 1995 in flu en t su r l’in d ice d e tran sm ission d u son (ITS) et su r le d egré d e résistan ce au feu (DRF) d e p lan ch ers, isolés ou n on , p rotégés p ar d es p laqu es d e p lâtre. L’in d ice d e tran s-m ission d u son en tre loges-m en ts est p assé d e 45 à 50, p ar rap p ort à l’éd ition 1990 d u CNB.
Les nouvelles exigences obligent à modifier le m od e d e con stru ction trad ition n el, ce qu i p eu t in flu er su r le d egré d e résistan ce au feu des planchers. Les changements apportés pour des raisons acoustiques, ainsi que la modifica-tion des matériaux eux-mêmes, ont semé le d ou te qu an t à la fiabilité d es d on n ées con cer-n acer-n t la tecer-n u e au feu d es p lacer-n ch ers d e typ e cou ran t.
L’IRC a donc décidé de tester des planchers complets (et non seulement les matériaux) afin d e se faire u n e id ée ju ste d e la façon d on t d ivers p aram ètres in flu en t su r leu r p erfor-m an ce acou stiqu e et su r leu r résistan ce au
feu . On sait p ar exem p le qu ’en rech erch an t u n e très bon n e p erform an ce acou stiqu e on peut obtenir une tenue au feu moins bonne, et vice-versa. Cet article expose les résu ltats d e l’étu d e su r la résistan ce au feu ; u n fu tu r n u m éro d e
S olu tion s con stru ctivestraitera
d es résu ltats d e l’an alyse acou stiqu e.
La sou s-face d u p lan ch er, faite en plaques de plâtre, a été
exposée à la chaleur dans un four horizontal à propane. Les essais ont été effectués conformé-ment à la n orm e CAN/ ULC-S101-M89, « Essai d e résistan ce au feu d es con stru ction s et d es m atériau x », qu i est sem blable à la n orm e ASTM E119, « Stan d ard Test Meth od for Fire Tests of Building Construction and Materials ».
Effe t s de s dive rs pa ra m è t re s sur
la ré sist a nc e a u fe u
Les effets d es d ivers p aram ètres su r la résistan ce au feu d e p lan ch ers p orteu rs son t les su ivan ts :
Distance entre les vis et les bords des plaques de plâtre
L’em p lacem en t d es vis servan t à fixer les p laqu es d e p lâtre au x p rofilés sou p les p eu t avoir un effet sur la tenue au feu des planchers. La pratique actuelle veut que les vis se trouvent en tre 10 et 12 m m d es bord s d es p laqu es. Les essais on t m on tré qu ’en p laçan t les vis en core p lu s loin d es bord s (à 38 m m ), on au gm en te d e 50 % la résistan ce au feu . Ce p h én om èn e s’exp liqu e ain si : l’âm e d e la p laqu e d e p lâtre sèche plus vite à proximité des têtes de vis que dans le centre de la plaque en raison du trans-fert rapide de chaleur entre les vis d’acier et l’âm e d e gyp se qu i les en tou re. De p lu s, l’âm e des plaques de plâtre contient plus d’eau dans le centre que sur les bords en raison du séchage qu i se p rod u it lors d e la fabrication .
Les essais ont montré que la plaque rétrécit p lu s rap id em en t su r les bord s qu ’au cen tre. Les effets com bin és d u rétrécissem en t d e la p laqu e et d u tran sfert d e ch aleu r p ar les vis am èn en t les bord s d e la p laqu e à se d étach er
Résistance au feu des
planchers dans les
habitations collectives
Ré pe rc ussions sur
l’indust rie
Suite à ce projet, on a dressé un tableau indiquant l’ITS de plus de 600 types de plancher, ainsi que le degré de résis-tan ce au feu d ’au -d elà d e 150 planchers, et on a proposé de l’intégrer au Code national du bâtiment.2
p rogressivem en t d es p rofilés, exp osan t ain si ces derniers et les solives à la chaleur du four. La com bu stion d es solives et d u su p p ort d e revêtem en t d e sol est d on c accélérée, d e sorte qu’un plancher avec vis à 10 mm des bords cède plus rapidement que si elles sont à 38 mm.
Dan s le cas d es p lan ch ers com p ortan t u n e seu le ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face, p ou r éloign er les vis d es bord s, il fau t u tiliser soit u n e d ou ble ran gée d e p rofilés sou p les d e d im en sion s n orm ales, soit d es p rofilés à aile large.
Pou r les p lan ch ers revêtu s en sou s-face d e deux épaisseurs de plaques de plâtre – l’épais-seur de base et l’épaisl’épais-seur apparente –, la tenue au feu d e cette d ern ière est p lu s im p ortan te, au point de vue performance globale, que celle d e la p rem ière. L’ép aisseu r d e base p eu t être fixée aux profilés souples à l’aide de vis placées à 10 m m d es bord s d e la p laqu e. L’ép aisseu r ap p aren te p eu t être fixée à l’ép aisseu r d e base et au x p rofilés sou p les d e trois façon s : 1) À l’aid e d e vis d e typ e G (cou ram m en t
u tilisées p ou r fixer l’u n e à l’au tre d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre) p lacées à 38 m m d es bord s d e la p laqu e; d an s ce cas, il n ’est p as n écessaire d e p oser u n e d ou ble ran gée d e p rofilés sou p les d e d im en sion s n orm ales.
2) À l’aid e d e vis ord in aires p lacées à 38 m m d es bord s, avec u n e d ou ble ran gée d e p rofilés sou p les;
3) À l’aid e d e vis ord in aires p lacées à 38 m m d es bord s, avec d es p rofilés sou p les à aile large.
Type d’isolant
Pou r réd u ire la tran sm ission d u son , on p ose cou ram m en t u n isolan t (en fibre d e verre, d e roch e ou d e cellu lose) d an s la lam e d ’air d es p lan ch ers. Or cette façon d e faire p eu t avoir u n effet n égatif ou p ositif su r la résistan ce au feu , selon le typ e d ’isolan t u tilisé et la d u rée d ’exp osition à la ch aleu r. L’isolan t réd u it la tran sm ission d e ch aleu r en tre la p laqu e d e p lâtre et la lam e d ’air, d e sorte qu e la p laqu e sèch e et se fissu re p lu s rap id em en t qu e d an s le cas d ’u n p lan ch er san s isolan t.
Trois typ es d ’isolan t on t été u tilisés lors d es essais : d es m atelas en fibre d e verre d e 90 m m d ’ép aisseu r, d es m atelas en fibre d e roch e d e 90 m m d ’ép aisseu r et d e la fibre cellulosique pulvérisée (de 59 à 122 mm d’épaisseur). Examinons l’effet de l’isolant sur la résistance au feu des planchers.
Pla nche rs à soliv e s d e b ois m a ssif
Planchers comportant une seule épaisseur de plaques de plâtre. Lors de l’essai du plancher com p ortan t u n m atelas d e fibre d e verre au -d essu s -d es p rofilés sou p les, l’isolan t a fon -d u d e 2 à 3 m in u tes ap rès la ch u te d e la p laqu e
d e p lâtre, laissan t ain si les côtés d es solives et le su p p ort d e revêtem en t d e sol exp osés à la chaleur du four. La fibre de verre n’a pas été cap able d e com p en ser la ru p tu re d e la p laqu e d e p lâtre et a d on c réd u it la résistan ce au feu de 20 % par rapport à un plancher sans isolant. Dans le cas des planchers avec matelas de fibre d e roch e p osé au -d essu s d e p rofilés sou p les et avec fibre cellu losiqu e p u lvérisée su r les côtés des solives et sur la sous-face du support d e revêtem en t d e sol, l’isolan t est d em eu ré en p lace p lu s lon gtem p s et a p ar con séqu en t au gm en té la résistan ce au feu d e 33 et 31 % , resp ectivem en t. Il fau t sign aler qu e les p lan ch ers com p ortan t d es solives de bois massif, une épaisseur de plaques de plâtre et une lame d’air avec isolant en fibre d e roch e ou fibre cellu losiqu e on t p résen té u n DRF d e 45 m in u tes.
Planchers à double épaisseur de plaques de plâtre. Lors des essais, la résistance au feu des p lan ch ers isolés a d im in u é d e 16 % d an s le cas d e la fibre d e verre, d e 10 % d an s celu i d e la fibre d e roch e et d e 7,5 % d an s celu i d e la fibre cellu losiqu e. Le fait d ’avoir d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre a au gm en té con sid érablem en t le tem p s d ’exp osition à la ch aleu r p ar rap p ort à u n p lan ch er isolé n e com p ortan t qu ’u n e ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre. Ain si, les trois isolan ts étaien t p lu s détériorés lorsque la plaque finissait par tomber en raison d e cette lon gu e exp osition à la chaleur. L’isolant en fibre de verre, de roche ou de cellulose n’a pas été capable de compenser la ru p tu re d e la p laqu e d e p lâtre; il a d on c eu u n effet n égatif su r la résistan ce au feu . Par con tre, les p lan ch ers com p ortan t d es solives en bois m assif, d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face et u n e lam e d ’air avec isolan t en fibre d e verre, d e roch e ou d e cellu lose on t p résen té u n DRF d e 1 h eu re.
Pla nche rs à soliv e s d e b ois e n I
Planchers comportant une seule épaisseur de plaques de plâtre.L’ajout d’isolant a augmenté la résistan ce au feu d e 10 % d an s le cas d u p lan ch er avec m atelas d e fibre d e roch e p osé au-dessus de profilés souples, et de 24 % dans celu i d u p lan ch er avec fibre cellu losiqu e p u lvérisée su r les côtés d es solives et en sou s-face d u su p p ort d e revêtem en t d e sol. Dan s le cas d es solives d e bois en I, tou t com m e d an s celu i d es solives d e bois m assif, l’isolan t en fibre d e roch e et l’isolan t d e fibre cellu losiqu e on t eu u n effet p ositif su r la ten u e au feu . Com m e les p lan ch ers à solives d e bois m assif, ceu x qu i comportaient des solives de bois en I, une seule ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face et u n e lam e d ’air avec isolan t en fibre d e roch e ou en fibre cellu losiqu e on t p résen té u n DRF d e 45 m in u tes.
Planchers à double épaisseur de plaques de plâtre. L’ajou t d ’isolan t a réd u it la résistan ce au feu d e 7 % d an s le cas d u p lan ch er avec fibre de verre et l’a augmenté de 7 % dans celui d u p lan ch er avec fibre d e roch e. La fibre d e verre a eu u n effet n égatif su r la ten u e au feu (com m e d an s le cas d u p lan ch er à solives d e bois m assif). Par con tre, la fibre d e roch e a eu u n effet p ositif su r la résistan ce au feu , con-trairem en t à ce qu i s’est p rod u it d an s le cas d u p lan ch er à solives d e bois m assif. Cette différence est imputable au mode de rupture du plancher : celle du plancher à solives de bois massif était due à la pénétration des flammes d an s le su p p ort d e revêtem en t d e sol, alors que celle du plancher à solives de bois en I était structurale, c.-à-d. que les solives, rongées par le feu , n e p ou vaien t p lu s su p p orter la ch arge. Néan m oin s, les p lan ch ers com p ortan t d es solives d e bois en I, d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face et d e l’isolan t
en fibre d e verre, d e roch e ou d e cellu lose on t p résen té u n DRF d e 1 h eu re.
Pla nche rs à soliv e s d ’a cie r e n C
Planchers à double épaisseur de plaques de plâtre.L’ajou t d ’u n m atelas en fibre d e verre d an s la lam e d ’air, au -d essu s d es p rofilés sou-p les, a réd u it la résistan ce au feu d e 8 % . Cet effet n égatif est im p u table à la d im in u tion d u tran sfert d e ch aleu r en tre la face n on exp osée d e la p laqu e d e p lâtre ap p aren te et la lam e d ’air, ce qu i a cau sé la ru p tu re p lu s rap id e d e la p laqu e.
Nombre d’épaisseurs de plaques de plâtre L’em p loi d e d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre assu re au p lan ch er u n e m eilleu re p ro-tection in cen d ie et au gm en te d on c son DRF. La secon d e ép aisseu r a am élioré la ten u e au feu d e 78 % d an s le cas d es solives d e bois m assif, et d e 71 % d an s celu i d es solives d e bois en I.
Espacement des solives Dan s le cas d es p lan ch ers à sou s-face en p laqu es d e p lâtre fixées directement aux solives, il n ’est p as recom m an d é d e p orter d e 400 à 600 m m l’en traxe d es solives, car cela réd u irait le n om bre d e p oin ts d e fixation d es p laqu es au x solives, et donc la résistance au feu. Par contre, si des profilés souples sont posés, à entraxe de 400 mm, entre la sous-face du plancher et les solives, le fait de porter de 400 à 600 mm l’entraxe de celles-ci peut améliorer la tenue au feu.
Pla nche r à soliv e s e n b ois m a ssif
Ce type de plancher n’a pas été étudié sous cet aspect mais il le sera plus tard.
Pla nche rs à soliv e s d e b ois e n I
Dan s le cas d es p lan ch ers à solives d e bois en I com p ortan t d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face, d es p rofilés sou p les à en traxe d e 400 m m et u n isolan t en fibre d e verre, le fait d e p orter d e 400 à 600 m m l’en traxe d es solives a au gm en té la résistan ce au feu d e 16 % . Ce gain est attribu able à l’augmentation du refroidissement par convec-tion dans la lame d’air plus grande ainsi créée, ce qu i a réd u it légèrem en t l’accu m u lation d e ch aleu r d an s l’âm e d e la p laqu e d e p lâtre et d an s l’isolan t, p ar rap p ort au x p lan ch ers à lam e d ’air n orm ale.
Pla nche rs à soliv e s d ’a cie r e n C
Dans le cas des planchers à solives d’acier en C com p ortan t d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre en sou s-face et u n isolan t en fibre d e
verre, le fait d e p orter d e 400 à 600 m m l’entraxe des solives n’a augmenté la résistance au feu qu e d e 2 % . L’action d e l’esp acem en t d es solives d ’acier su r la ten u e au feu est négligeable, dans ce cas, car l’effet du refroidis-sem en t d û à l’au gm en tation d e l’en traxe est m od este en com p araison d e l’effet d u gain d e ch aleu r d an s la lam e d ’air sou s l’in flu en ce d u tran sfert d e ch aleu r p ar les solives. Espacement des profilés souples Dan s le cas d es p lan ch ers à sou s-face en plaques de plâtre fixées aux profilés souples, il n ’est p as recom m an d é d e p orter d e 400 à 600 m m l’en traxe d es p rofilés sou p les. Lors d es essais, cette façon d e faire a d im in u é la résistance au feu en raison du nombre réduit d e p oin ts d e fixation d e la p laqu e d e p lâtre. Plus il y a de points de fixation de la plaque, p lu s celle-ci d em eu re en p lace lon gtem p s en p rotégean t l’ossatu re, et p lu s la ten u e au feu est bonne. Par exemple, lorsque l’entraxe des p rofilés sou p les est p assé d e 400 à 600 m m , d an s le cas d ’u n p lan ch er à solives d e bois en I, la résistan ce au feu a d im in u é d e 12 % . Type de support de revêtement de sol Deu x typ es d e su p p ort d e revêtem en t d e sol [p an n eau x d e cop eau x orien tés (OSB) et con-trep laqu é] on t été u tilisés lors d es essais. Les chercheurs ont conclu que la résistance au feu du plancher était la même dans les deux cas. Chape de béton
Il arrive sou ven t qu e, p ou r réd u ire la tran s-m ission d u son , on recou vre u n p lan ch er d e con stru ction légère d ’u n e ch ap e d e béton . Celle-ci au gm en te la résistan ce th erm iqu e d u plancher, réduisant ainsi le transfert de chaleur d an s son ép aisseu r. Dan s ce cas, la p laqu e d e plâtre sèche et se fissure plus vite, et elle tombe plus rapidement que dans le cas d’un plancher sans chape de béton. Les essais ont montré qu’en recouvrant un plancher d’une chape de béton, on réduit sa résistance au feu de 12 % .
Ré fé re nc e
Sultan, M.A., Y.P. Séguin et P. Leroux. Results of fire-resistance tests on full-scale floor assemblies. Rapport interne no764, Institut de recherche en construction, Conseil national de recherches Canada, mai 1998.
M.A . S ulta n, Ph .D., est agen t d e rech erch e su p érieu r au sein d u p rogram m e Gestion d es risqu es d ’in cen d ie, à l’In stitu t d e rech erch e en con stru ction d u Con seil n ation al d e rech erch es.
Ré sum é de s c onc lusions
• La p ose d es vis à u n e p lu s gran d e d istan ce (38 m m ) d es bord s d es p laqu es d e p lâtre au gm en te la résistan ce au feu .
• Dan s le cas d es p lan ch ers com p ortan t u n e seu le ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre, le fait d e m ettre u n m atelas d e fibre d e roche ou de la fibre cellulosique pulvérisée d an s la lam e d ’air au gm en te la résistan ce au feu .
• Un e ép aisseu r su p p lém en taire d e p laqu es d e p lâtre am éliore con sid érablem en t la ten u e au feu .
• Il fau t éviter d ’au gm en ter l’esp acem en t d es solives p ou r y fixer d irectem en t les p laqu es d e p lâtre.
• Lorsqu e l’en traxe d es p rofilés sou p les est d e 400 m m , d an s le cas d ’u n p lan ch er à ossatu re d e bois, u n p lu s gran d esp ace-m en t d es solives au gace-m en te la résistan ce au feu .
• Il faudrait éviter d’augmenter l’espacement des profilés souples. • Les p lan ch ers d on t le su p p ort d e revêtem en t d e sol était en p an n eau x d e cop eau x orien tés ou en con trep laqu é on t p résen té u n e résistan ce au feu sem blable.
• Un e ch ap e d e béton réd u it la résistan ce au feu d ’u n p lan ch er. * Les organisations sont :Boise Cascade
Corporation, la Société canadienne d’hypothèques et de logement, l’Association canadienne des constructeurs d’habitations, l’Association canadienne du ciment Portland, l’Institut canadien de la tôle d’acier pour le bâtiment, le Conseil canadien du bois, l’Association canadienne des fabricants d’isolant de cellulose, Forintek Canada Corporation, la Gypsum Association, Les Fabricants de produits de gypse du Canada, Louisiana-Pacific Corporation, Nascor Inc., le Régime de garanties des logements neufs de l’Ontario, le ministère du Logement de l’Ontario, Owens Corning Canada, Willamette Industries, Roxul Inc. et Trus Joist MacMillan.
© 1998
Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Sep tem bre 1998
ISSN 1206-1239
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Pour obtenir de plus amples renseignements, communiquer avec l’Institut de recherche en construction, Conseil national de recherches du Canada, Ottaw a K1A 0R6
