Publisher’s version / Version de l'éditeur:
Vous avez des questions? Nous pouvons vous aider. Pour communiquer directement avec un auteur, consultez la première page de la revue dans laquelle son article a été publié afin de trouver ses coordonnées. Si vous n’arrivez pas à les repérer, communiquez avec nous à [email protected].
Questions? Contact the NRC Publications Archive team at
[email protected]. If you wish to email the authors directly, please see the first page of the publication for their contact information.
https://publications-cnrc.canada.ca/fra/droits
L’accès à ce site Web et l’utilisation de son contenu sont assujettis aux conditions présentées dans le site
LISEZ CES CONDITIONS ATTENTIVEMENT AVANT D’UTILISER CE SITE WEB.
Digeste de la construction au Canada, 1975-05
READ THESE TERMS AND CONDITIONS CAREFULLY BEFORE USING THIS WEBSITE. https://nrc-publications.canada.ca/eng/copyright
NRC Publications Archive Record / Notice des Archives des publications du CNRC :
https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=da99b92b-6ef6-4328-ba4b-e3944d66d523
https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=da99b92b-6ef6-4328-ba4b-e3944d66d523
NRC Publications Archive
Archives des publications du CNRC
For the publisher’s version, please access the DOI link below./ Pour consulter la version de l’éditeur, utilisez le lien DOI ci-dessous.
https://doi.org/10.4224/40001010
Access and use of this website and the material on it are subject to the Terms and Conditions set forth at
Le mouvement des joints et le choix du matériau de calfeutrement
Handegord, G. O.; Karpati, K. K.
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 155F
Le mouvement des joints et le choix
du matériau de calfeutrement
Publié à l'origine en mai 1975 G.O. Handegord et K.K. Karpati
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.
Il faut placer un matériau d'étanchéité dans la plupart des joints situés à l'extérieur des bâtiments, en vue d'empêcher ou de réduire le passage de l'eau, de la vapeur d'eau, de l'air ou des substances contaminantes. L'étanchéité est ordinairement assurée par des matériaux flexibles spéciaux, qui occupent toute la largeur de l'ouverture et assurent un contact étroit entre les éléments tout en suivant les mouvements qui peuvent se produire dans les conditions de service.
On a trop fréquemment considéré les matériaux d'étanchéité comme de simples bouchons placés dans les fissures ou dans les joints qui séparent des éléments de bâtiment et l'on n'a accordé qu'une attention superficielle à la résistance qu'ils doivent offrir après la mise en service. Par bonheur, les concepteurs, les fabricants et les installateurs reconnaissent pour la plupart, la nécessité d'étudier plus rationnellement la fabrication, le choix et l'utilisation des joints d'étanchéité, car ils peuvent en apprécier la fonction et ils sont en mesure d'en évaluer quantitativement le rôle dans le système.
Il existe un grand nombre de joints d'étanchéité sur le marché et un nombre presque égal de propriétés particulières à prendre en compte au moment de faire le choix. Parmi les caractéristiques et exigences les plus importantes du point de vue de la conception, il convient de mentionner celles qui sont liées à la capacité d'adaptation du joint par rapport au déplacement prévu. Certaines autres propriétés et caractéristiques particulières peuvent influer sur le choix définitif et sur l'installation, mais la prise en compte du mouvement s'impose dans tous les cas.
Il n'est pas possible à l'heure actuelle, d'évaluer facilement la capacité de déplacement d'un joint d'étanchéité au moyen d'un seul essai type, mais le classement selon quatre types génériques de joints d'étanchéité est généralement accepté. Les pâtes d'huile de lin ont une capacité de mouvement de plus ou moins 1 pour cent, les caoutchoucs butyliques, plus ou moins 5 pour cent, les solvants acryliques de cure, plus ou moins 7.5 pour cent et les joints en polysulfure, en silicone et en polyuréthane ont une capacité de déplacement de plus ou moins
25 pour cent. Les valeurs mentionnées indiquent la contrainte cyclique que les joints peuvent supporter en service, Elle peut être de beaucoup inférieure à la contrainte statique à laquelle peut résister le même matériau au cours d'une extension ou d'une compression.
Évaluation du mouvement du joint
La contrainte cyclique que subira un joint d'étanchéité dépend de l'ampleur du mouvement à l'emplacement du joint et de la largeur de la bande de calfeutrement. La première condition imposée par le choix d'un joint d'étanchéité consiste donc à évaluer la nature et l'ampleur du mouvement prévisible. Une fois cette condition satisfaite, on peut s'attacher à établir la concordance entre la largeur du joint et la capacité de mouvement du matériau de calfeutrement ou à choisir ce dernier de façon que ses caractéristiques correspondent à la largeur de joint prévisible ou prédéterminée. Les joints qui se trouvent dans le revêtement extérieur des bâtiments ont tendance à présenter le mouvement cyclique le plus extrême. Ce sont aussi les joints qui revêtent la plus grande importance du point de vue de l'étanchéité, car ils sont sujets aux conditions de service les plus rigoureuses.
Tous les matériaux de revêtement sont sujets aux variations saisonnières de température et ont par conséquent tendance à changer de dimensions. Les joints s'ouvrent en hiver et se referment en été. Ainsi, le mouvement à l'emplacement du joint dépend de la gamme de températures à laquelle sont soumis les panneaux de revêtement, du coefficient d'expansion thermique du matériau du panneau et de la longueur utile des panneaux.
La longueur utile du panneau dépendra du mode de fixation sur l'ouvrage. Si les panneaux sont fixés à mi-largeur tout en gardant un mouvement libre, la moitié de leur longueur peut contribuer activement au mouvement du joint adjacent. Pour des panneaux de dimensions égales, la longueur utile dans le mouvement d'un joint vertical est par conséquent égale à une longueur de panneau (figure 1a). Cependant, si les panneaux ne sont fixés qu'aux extrémités les plus éloignées du joint, la longueur utile sera à peu près deux fois celle du panneau (figure 1b). En pratique, la situation se trouvera probablement entre ces deux cas extrêmes, selon les points de fixation et les autres restrictions imposées, volontairement ou non, au mouvement du panneau.
Figure 1. Longueur utile du panneau selon la position du point de fixation
Un panneau de revêtement atteint en été, une température maximale qui dépend des facteurs suivants: la température de l'air, le rayonnement incident, la couleur de la surface exposée, la capacité thermique et à un certain degré, les propriétés thermiques des autres éléments du mur. La température T,, prévue à la surface extérieure peut être considérée comme la valeur limite supérieure et peut être calculée à partir de la température du sol et de l'air (CBD 47F). Cependant, on peut utiliser avec une approximation raisonnable, les relations simples établies pour les toitures exposées au rayonnement solaire (CBD 70F).
Ts = TA + 100a pour les panneaux à faible capacité thermique.
Ts = TA + 75a pour les panneaux à capacité thermique élevée
Où TAest la température maximum de l'air et a, le coefficient d'absorption solaire de la surface.
On peut déterminer la température maximale éventuelle de l'air dans une localité donnée, en prenant la température sèche en juillet, base de 2½ pour cent fixée pour les calculs des bâtiments dans la plupart des localités, par le Supplément no 1 du Code national du bâtiment
du Canada. Les valeurs du coefficient d'absorption solaire varient de 0.95 pour une surface noire à 0.45 pour les surfaces blanches propres (tableau I, CBD 70F).
La température minimum à la surface d'un panneau mural en hiver est voisine de la température minimale de l'air. Le panneau ne perd pas autant de chaleur qu'une toiture au cours de la nuit, lorsque le ciel est clair et il reçoit ordinairement le rayonnement d'ondes longues provenant des bâtiments voisins. On obtient une bonne approximation en prenant la température de janvier, fixée pour les calculs, base de 1 pour cent, dans le Supplément no 1.
A Winnipeg (Manitoba), de température sèche de juillet base de 2½ pour cent vaut 87 °F et la température du mois de janvier base de 1 pour cent adoptée dans les calculs vaut -28 °F. La température d'un panneau mural noir exposé au rayonnement solaire maximum peut atteindre 87 deg + 100 (0.95) = 182 °F en été et s'abaisser à -28 °F en hiver. Par conséquent, la gamme annuelle de températures s'étend sur 210 degrés F.
S'il s'agit d'un panneau en acier, fixé à mi-largeur, qui a un coefficient d'expansion thermique de 7 x 10-6 po/po °F et une largeur utile totale de 10 pi (120 po), la variation totale de largeur
du joint, de l'été à l'hiver, est 7 x 10-6x 120 x 210 deg = 0.176 po.
Si l'on envisage d'utiliser un matériau de calfeutrement ayant une capacité de mouvement de ±25 pour cent, il se prêtera à un mouvement proportionnel annuel total de 50 pour cent. Ainsi, la largeur minimum de joint prévisible s'obtient en divisant le mouvement annuel calculé de 0.176 par 0.50, soit 0.35 po. Un joint d'une largeur approximative de 3/8 po doit pouvoir fonctionner sans dépasser la capacité du matériau de calfeutrement.
Si l'on se sert d'un matériau de calfeutrement ayant une capacité de mouvement de ±7.5 pour cent, il faudra augmenter la largeur du joint de 0.176/0.15 = 1.17 po, pour éviter la rupture prématurée du matériau par extension et compression cycliques.
S'il faut à tout prix utiliser une pâte d'huile de lin dont la capacité de mouvement n'est que de ±1 pour cent, le joint doit avoir une largeur de 8.8 po.
La largeur minimum de joint requise varie en fonction directe de la taille du panneau. Pour le panneau utilisé dans l'exemple, la largeur du joint doit être de ¾ po si le panneau a 20 pi de largeur et 1¾ po si la largeur du panneau est de 50 pi, à condition d'utiliser un matériau de calfeutrement ayant Une capacité de mouvement de ±25 pour cent.
Lorsque les panneaux sont constitués de matériau poreux, la dilatation et le retrait imputables à l'humidité entrent également en jeu. Dans la plupart des cas, il se peut que les mouvements résultant des variations d'humidité aient tendance à agir en direction opposée à ceux qui proviennent des variations de température. Les fortes teneurs en humidité dues à la condensation qui se produit sur les panneaux extérieurs se manifesteront en hiver lorsque l'abaissement de la température provoque le retrait du panneau. De même, c'est en été que les faibles teneurs en humidité entraîneront le retrait du panneau lorsque la température est élevée. Il est fort peu probable que les températures élevées coïncident avec les chutes de pluie, sauf pendant de courtes périodes. En conséquence, l'ensemble des mouvements provoqués par les variations de température et d'humidité dans les panneaux constitués de matériaux poreux donnent un mouvement net inférieur à celui qui a été calculé uniquement à partir des variations de température.
Température d'installation
La méthode de calcul décrite précédemment suppose que le matériau de calfeutrement sera installé lorsque la température se trouvera à la moyenne des valeurs extrêmes. En pareil cas, le matériau fonctionnera selon sa capacité de mouvement, il y aura traction en hiver et compression en été, comme indiqué à la figure 2(a).
Figure 2. Effets potentiels de la température existant au moment de l'installation du matériau de calfeutrement.
Si l'installation a lieu lorsque les panneaux se trouvent à une bien plus faible température et que le joint est plus large, le matériau de calfeutrement subira une contrainte de compression bien plus grande que celle de traction, comme indiqué à la figure 2(b). Cependant, les chances de rupture seront moindres, car la contrainte maximum de traction diminuera et l'adhérence à la surface augmentera à cause de la supériorité des forces de compression. Les ruptures peuvent se produire si les joints sont très étroits ou si le matériau de calfeutrement est mis en place lorsque la température est extrêmement basse. En pareil cas, la saillie excessive du matériau par rapport au joint peut provoquer des contraintes de traction considérables à la surface du matériau.
Si la température est supérieure à la moyenne au moment de l'installation, comme indiqué à la figure 2(c), le matériau de calfeutrement subira une plus forte contrainte de traction en hiver, car le matériau lui-même sera aussi quelque peu plus dur et aura une moindre capacité d'extension. Compte tenu d'une telle situation, il faut peut-être augmenter la largeur minimum de joint prescrite initialement.
On peut compenser partiellement les effets résultant de l'installation du matériau de calfeutrement à des températures supérieures à la valeur idéale, en utilisant comme matériau les silicones et deux parties de polysulfure, qui ne répondent aux conditions établies qu'au bout de quelques heures après l'installation, lorsque la température s'est abaissée au cours de la nuit. Il n'est pas possible de prévoir l'éventualité d'une compensation analogue dans le cas des composés à cure lente comportant par exemple, une partie de polysulfure et deux parties de polyuréthane. Il faut encore tenir compte du mouvement irréversible potentiel des éléments du bâtiment quand on calcule les largeurs de joints requises pour l'installation d'une garniture d'étanchéité. Le retrait antérieur à l'installation de la garniture peut accroître la largeur du joint et constituer un avantage. Cependant, l'allongement des éléments et la dilatation des
matériaux peuvent réduire la largeur du joint et obliger à augmenter la valeur de cette dernière.
En ce qui concerne les déformations cycliques et les autres caractéristiques de fonctionnement, le comportement des garnitures moulées sur les lieux est aussi influencé par la forme, les dimensions et la position du cordon de la garniture, ainsi que par la préparation de la surface et par les autres techniques d'installation (CBD 96F). Il se peut que le choix, l'installation et l'entretien des garnitures d'étanchéité requises pour des situations particulières obligent à tenir compte de certains facteurs supplémentaires. Le Guide to Joint Sealants for Concrete
Structures préparé par le Comité 504 de l'A.C.I. décrit en bien plus amples détails, les
propriétés particulières des garnitures d'étanchéité, les dimensions des joints, ainsi que l'installation et la réparation des systèmes d'étanchéité.
Conclusion
Le présent digest porte sur les mouvements dont il faut tenir compte dans le choix des garnitures requises pour les joints extérieurs. Le principe primordial qui vient au jour est que la largeur du joint ne doit pas être inférieure au minimum requis pour la garniture à utiliser. En ce qui concerne l'emploi d'une garniture destinée à assurer l'étanchéité sous l'action de charges cycliques, plus le joint est large, mieux il convient; mais il faut envisager dans le calcul, les considérations pratiques qui ont trait au prix de la garniture et à l'éventualité d'une concavité dans les joints très larges.
La formule qui permettrait de réduire la largeur de joint nécessaire consisterait à augmenter la capacité de mouvement de la garniture en utilisant un joint décalé dans lequel la garniture est soumise au cisaillement, comme à la figure 3. L'avantage offert par l'emploi d'une garniture travaillant au cisaillement plutôt qu'à la traction, résulte du fait que le module d'élasticité au cisaillement est d'environ le tiers de la valeur à la traction, dans les conditions idéales. Pour une déformation donnée, l'effort de cisaillement imposé à la garniture est considérablement inférieur à celui de traction.
Figure 3. Garniture d'étanchéité utilisée en cisaillement.
La méthode de calcul fondée sur la recherche d'une largeur de joint minimum bien précise pour une garniture d'étanchéité et un panneau particuliers, peut sembler théorique de prime abord, étant donné qu'il est difficile de réaliser avec précision les joints d'un bâtiment. La prescription d'une largeur minimum de joint dans une seule direction permet de varier les écarts admis dans les constructions. Il peut parfois se révéler nécessaire de modifier les techniques de construction bien établies, si l'adoption d'une largeur de joint tout au moins égale au minimum revêt une importance considérable dans le comportement potentiel de la garniture d'étanchéité. Autrement, il faudra peut-être découper ou scier les panneaux afin d'augmenter la largeur insuffisante d'un joint «déjà installé».
Une autre solution consiste à reprendre entièrement le calcul du système de joints des murs extérieurs, en reportant la garniture d'étanchéité vers un emplacement intérieur du système de joints où l'environnement est moins rude et en laissant sur la face extérieure, des joints ouverts dont les dimensions sont moins essentielles. A l'intérieur, le mouvement cyclique est
plus faible, la garniture d'étanchéité est protégée contre les conditions météorologiques extrêmes et il est plus facile de contrôler les écarts de largeur du joint (CBD 40F, 120F).
Bibliographie
Renseignements climatologiques pour le calcul des bâtiments au Canada, 1970. Supplément no
1 au Code national du bâtiment (Canada), Comité associé sur le Code national du bâtiment, Conseil national de recherches du Canada, Ottawa. NRCC 11153F.
Guide for Sealed Joint Design. K. K. Karpati. National Research Council of Canada, Division of Building Research, Tech. Paper No. 385, Ottawa. January 1973. (NRCC 13027).
Guide to Joint Sealants for Concrete Structures. Journal, American Concrete Institute, Vol. 67, July 1970, p. 489-536.
