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Digeste de la construction au Canada, 1969-10
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Murs préfabriqués en béton : nouveaux principes de base pour leur
tracé
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 94F
Murs préfabriqués en béton
nouveaux principes de base pour
leur tracé
Publié à l'origine en octobre 1969 J.K. Latta
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.
La conception de murs devant comprendre des panneaux préfabriqués en béton exige l'emploi de méthodes nouvelles. Les principes classiques prévoient que les panneaux préfabriqués doivent constituer la façade extérieure protéger de la pluie, et assurer l'étanchéité à l'air. Ils doivent également supporter les autres parties constitutives du mur et résister aux pressions engendrées par le vent. Dans la plupart des cas, cependant, ils ne constituent pas un élément de l'ossature du bâtiment.
Si, pour permettre aux murs de satisfaire aux conditions précédentes, on recourt aux principes classiques de construction, on se heurte à des difficultés engendrées par les conceptions de base. Certains problèmes peuvent être résolus grâce à d'exceptionnelles qualités d'exécution et de soin dans les détails. Le concepteur prudent ne saurait cependant compter sur une extraordinaire habileté de la part des exécutants. Une nouvelle méthode d'exécution des plans, basée sur des principes scientifiquement établis, n'exige des exécutants aucune habileté supérieure à la normale, et, par élimination de leurs causes, supprime les difficultés.
Qu'exige-t-on d'un mur?
On a exposé, dans la brochure CBD 93F, que beaucoup de difficultés résultent d'une protection inadéquate contre les inconvénients dûs à la température et à l'eau. La pénétration d'un mur par ce dernier élément résulte de la présence de deux sources principales d'humidité: la vapeur d'eau intérieure, d'une part, et, d'autre part, la pluie ou la neige tombant à l'extérieur du bâtiment.
1. L'agent principal causant la pénétration d'un mur par la vapeur est le mouvement de l'air. Ce mouvement peut se produire à travers le mur. Il peut aussi consister dans un mouvement de convection prenant origine aux interstices froids du mur avec retour vers l'intérieur du bâtiment.
Avec les méthodes classiques de construction, on ne peut raisonnablement espérer éliminer tous les interstices à l'intérieur du mur; aussi convient-il d'isoler ces interstices par rapport à l'air intérieur du bâtiment. Cette opération empêche en outre les fuites d'air à travers le mur. Il en résulte qu'une des conditions à satisfaire consiste dans la présence, sur le côté chaud de l'isolant, d'une barrière opposée à l'air.
2. Pour empêcher la pénétration de la pluie il est nécessaire de disposer, sur toute la surface du mur, d'un recouvrement extérieur présentant une étanchéité absolue. Une autre solution consiste à annuler les forces qui déplacent l'eau de la façade vers l'intérieur du mur. Sans doute est-il possible d'imperméabiliser certaines parties du recouvrement extérieur, mais il serait peu réaliste d'espérer une semblable protection sur la totalité de la surface. Il est donc impératif de lutter contre les forces pouvant agir le long de toutes les lignes potentielles de fuite, telles que joints entre panneaux. Ce résultat est immédiatement obtenu par la création d'une chambre d'air derrière la face humide. La pression d'air dans cette chambre devra toujours égaler celle qui s'exerce sur la façade du mur. En vue de réaliser cet équilibre des pressions il est essentiel de prévoir une bonne étanchéité à l'air dans la partie de la chambre située du côté du bâtiment et d'aménager vers l'extérieur des ouvertures convenables. La chambre d'air s'opposera aux forces du vent qui ont pour effet de faire pénétrer l'eau dans le mur; du fait de l'existence d'espaces de dimensions supérieures aux dimensions capillaires, elle empêchera en outre les mouvements dûs à la capillarité. L'arrivée d'eau à l'intérieur sous l'effet de la gravité est ordinairement rendue impossible par une imbrication convenable des parties en cause. Dans le cas où il existerait un cheminement non intentionnel conduisant l'eau dans le mur, l'espace précité constituerait une voie de drainage. Les entrées d'eau provoquées par la force vive des gouttes d'eau peuvent être évitées par l'emploi d'un déflecteur; les autres forces étant annulées, il est inutile de le prévoir imperméable.
La seconde règle à suivre sera donc la suivante: prévoir, sur toute ligne de fuite potentielle, une chambre d'air, scellée du côté du bâtiment, et munie vers l'extérieur d'ouvertures convenables.
3. Les fenêtres et les châssis de fenêtres ont à souffrir de la condensation et du bris des vitres. Ces deux inconvénients sont aggravés si l'élément du mur qui supporte la fenêtre est froid et par suite refroidit le châssis correspondant. S'il est au contraire possible d'incorporer la fenêtre dans un élément chaud de construction, le châssis recevra de la chaleur et les inconvénients diminueront en importance. La fenêtre doit cependant être soutenue par la partie du mur destinée à supporter les diverses charges appliquées au mur. Il en résulte que cette partie doit être maintenue chaude. Une troisième règle concernant la construction des murs consistera donc dans la nécessité, de placer l'isolant à l'extérieur des éléments d'ossature du mur.
Comment satisfaire ces exigences?
La méthode la plus recommandable pour éviter les difficultés qui se présentent dans la construction des murs consiste à éliminer leurs causes. Ce résultat sera acquis si on remplit les trois conditions précitées. La seule observation du principe consistant à utiliser des panneaux de béton comme éléments constitutifs de l'intérieur du mur, l'isolant étant appliqué sur les faces extérieures, permet de remplir deux des conditions. Le panneau de béton constitue par lui-même une bonne barrière contre l'air (et la vapeur) de sorte que les difficultés concernant ces éléments sont limitées aux joints. Les panneaux étant maintenant placés sur le côté chaud et thermiquement stable de l'isolant, les déplacements susceptibles d'intervenir entre ces éléments sont réduits au minimum. Les matériaux de scellement ou les joints d'étanchéité, chauds eux aussi, pourront suivre plus rapidement les déplacements qui se produiront inévitablement. La construction et l'entretien de l'arrêt d'air nécessaire seront rendus plus aisés. Les éléments tels que châssis de fenêtres, qui sont portés par les panneaux, seront en bon contact thermique avec un élément constitutif chaud, massif, et bon conducteur, qui leur dispensera la chaleur nécessaire pour entretenir la température.
Il reste à fournir un écran extérieur destiné à abriter de la pluie et à conférer au mur un aspect satisfaisant au point, de vue de l'esthétique. Sous réserve d'observer les règlements relatifs aux incendies, on peut, pour réaliser cet écran, utiliser une gamme étendue de matériaux. Le choix peut être essentiellement guidé par des considérations d'esthétique, en tenant compte, comme toujours, des réalités économiques. Il existe cependant quelques conditions techniques dont il faut tenir compte, et dont l'observation simplifiera souvent la préparation des plans. N'ayant pas à supporter la pleine charge dûe au vent, les panneaux de parement peuvent être prévus relativement minces. La pression du vent étant appliquée sur la façade, l'égalisation des pressions d'air dans l'espace existant derrière l'écran soulage celui-ci de toutes les charges dûes au vent. Des mesures spéciales ne s'imposent que si la pression du vent varie sur la façade d'un même panneau. Les coins de bâtiments, et les protubérances qui dévient les vents soufflant obliquement par rapport aux murs, produisent entre points adjacents des différences de pression de cette nature. Cette situation rend difficile une égalisation complète des pressions et induit des mouvements d'air derrière l'écran, qui subit en outre une partie de la charge dûe au vent. On peut cependant largement atténuer ces effets en divisant convenablement l'espace d'air et en réduisant les dimensions du panneau.
Si, d'un autre côté, on peut acquérir la certitude que les panneaux de parement sont imperméables, des dispositions spéciales pour interdire la pénétration de la pluie ne s'imposeront que pour les joints. On peut alors installer le panneau tout contre l'isolant; ce dernier, s'il est rigide, transmettra à l'élément intérieur d'ossature du mur les charges exercées par le vent sur le panneau. Dans chaque cas, l'épaisseur du parement dépendra principalement des tensions induites lors des manipulations de fabrication et d'assemblage.
Ainsi soulagées de toutes les charges importantes autres que le poids du panneau et les effets correspondants des tremblements du sol, les connexions qui relient le panneau de parement au panneau intérieur principal peuvent être relativement légères. Il faut prévoir un jeu suffisant pour permettre des dilatations et contractions considérables du parement; elle sera en effet soumise à toute une gamme de températures de l'air à laquelle s'ajoutent les effets de la radiation solaire. Suivant la nouvelle méthode, il est aisé de permettre ces mouvements, car un scellement parfait ne s'impose pas aux joints; une liaison ne doit en outre être prévue qu'en un point de chaque panneau extérieur. Si l'on utilise plus d'une connexion, il est indispensable de ménager un jeu calculé en conséquence.
Les considérations qui précèdent conduisent à une nouvelle méthode d'exécution des dessins de murs: l'élément principal d'ossature du mur est placé sur le côté chaud de l'isolant, l'écran extérieur étant relativement mince (figure 1). L'élément principal supporte tous les autres éléments constitutifs du mur, créant ainsi un cheminement permettant leur approvisionnement en chaleur pendant l'hiver. Les écarts réduits de température auxquels le panneau principal est soumis facilitent la création et le maintien de l'arrêt d'air nécessaire sur le côté chaud de l'isolant. Toutes les causes responsables des types de difficultés décrites dans CBD 93F peuvent en conséquence être amenées à disparaître.
Figure 1. Schema d'une disposition de mur Corrosion des connexions
On pourrait penser que la nouvelle conception des murs n'interdira pas la corrosion des connexions qui supportent le recouvrement extérieur. Il convient au contraire de remarquer que ces connexions travaillent dans des conditions extrêmement différentes de celles qui se présentaient dans le cas des anciennes constructions.
Lorsqu'un élément conducteur de la chaleur traverse l'isolant de manière à relier un élément intérieur et un élément extérieur, il constitue un pont thermique (CBD 44F) dont la température présentera une valeur intermédiaire entre celles des deux éléments. Le débit de chaleur à travers le pont, plus élevé qu'à travers l'isolant, prélève de la chaleur de l'élément intérieur pour la livrer, aux points de contact, à l'élément extérieur. Il en résulte, dans ce dernier, une propagation latérale de la chaleur. La situation se stabilise lorsque les débits de chaleur vers l'intérieur et vers l'extérieur du pont sont égaux. La température moyenne du pont thermique sera déséquilibrée vers le côté où la propagation de la chaleur est la plus facile. Dans le cas des constructions classiques de murs, il existe nécessairement, à travers le panneau froid et massif, un itinéraire permettant à la chaleur de s'éloigner facilement de la connexion. La situation est inversée dans le cas du nouveau dessin de murs. L'élément conducteur massif se trouve maintenant sur le côté chaud et crée un flux de chaleur vers la connexion. L'élément situé du côté froid et capable d'extraire de la chaleur est relativement mince. Cette situation est représentée schématiquement sur la figure 1. La connexion sera ainsi, d'une part, plus chaude que dans la pratique habituelle. La condensation ne prendra d'autre part naissance qu'en cas de conditions plus défavorables.
Un arrêt d'air plus efficace existant sur le côté chaud de l'isolant réduit la possibilité d'un mouvement, à travers la connexion, de l'air humide provenant de l'intérieur du bâtiment. La production de phénomènes de convection en provenance du bâtiment est peu probable. Leur existence exigerait en effet la présence de deux trous dans l'arrêt d'air intérieur et d'un arrêt d'air dans le parement extérieur. Une telle disposition serait incompatible avec les exigences nécessaires pour éviter la pénétration de la pluie.
Si on le désire, on peut prévoir autour de la connexion une ventilation par l'air extérieur. Toute fuite d'air hors du bâtiment sera ainsi rapidement orientée vers l'extérieur. S'il arrivait de même que la connexion soit humidifiée à la suite d'une introduction d'eau à l'arrière du panneau de parement, cette ventilation accroîtrait la rapidité de séchage. En hiver la connexion sera toujours plus chaude que l'air extérieur; l'humidité extérieure ne pourra donc pas se condenser sur elle.
Suggestions pour un système de murs
L'exécution d'un dessin de mur et de tous les détails s'y rapportant laisse une très large place à l'initiative, l'habileté et la personnalité du concepteur. On peut réaliser un grand nombre de types différents de murs. Ils donneront tous satisfaction si les conditions de base sont remplies. On trouvera ci-après le détail d'une des solutions possibles:
Le principal élément d'ossature du mur sera un produit de qualité en béton préfabriqué. Conformément à la méthode nouvelle, à base scientifique, recommandée pour l'établissement des plans de murs, il sera situé à l'intérieur de l'ensemble du complexe du mur. Comme il importe d'obtenir une face intérieure acceptable au point de vue de la décoration, on pourra, soit avant soit après le montage, retoucher toutes les taches superficielles de faible importance. On pourra encore augmenter l'étanchéité du panneau lui-même en peignant la face intérieure avec une peinture à haute consistance ou en la recouvrant de papier. Le problème consistant à réaliser une face intérieure étanche et acceptable pour la vue sera ainsi réduit aux joints.
Cet élément principal ayant maintenant été placé dans un milieu chaud et thermiquement stable, il est possible de l'intégrer dans le système d'ossature du bâtiment. Une discussion des méthodes permettant d'obtenir ce résultat excède le domaine de ce digeste. On peut cependant mentionner brièvement quelques-uns des systèmes utilisables. Dans les édifices à bureaux ou similaires, la stabilité latérale peut être obtenue à partir d'une gaine centrale d'ascenseur coulée sur place. Les panneaux de mur peuvent être stabilisés à partir de cette cage au moyen du plancher, qui peut être soit coulé sur place, soit préfabriqué. Dans le cas des édifices à appartements, la stabilité peut être obtenue à partir des murs intérieurs, qui peuvent être préfabriqués comme dans de nombreux types de bâtiments européens construits "sur
système." Les liaisons utilisant des moments entre éléments préfabriqués, plus difficiles à réaliser, sont cependant utilisées dans certains cas.
Le revêtement extérieur peut consister en panneaux minces préfabriqués, en béton de haute qualité, ne possédant peut-être qu'une connexion unique dépassant de leur face intérieure. Cette connexion, traversant l'isolant, sera noyée dans le béton du panneau principal du mur lorsque celui-ci sera coulé contre l'arrière de l'isolant. On éliminera ainsi toutes les poches d'air entre l'isolant et le panneau principal; aucun adhésif spécial ne sera donc nécessaire. Le fait d'assembler avant montage le recouvrement et le panneau principal diminue en outre le nombre des opérations nécessaires sur le lieu du travail.
Dans ces conditions, le panneau de recouvrement extérieur peut être pratiquement exempt de toutes craquelures sauf celles d'importance mineure; étant libre de se dilater et de se contracter, il ne subira aucune tension de nature à élargir ces dernières. On peut considérer le panneau comme parfaitement imperméable et n'appliquer qu'aux joints les dispositions spéciales interdisant la pénétration de la pluie. A cause de l'absence de contact étroit entre l'isolant et le dos grossièrement plat du panneau de façade, il existera toujours un peu d'espace permettant une égalisation des pressions et, si nécessaire, un drainage. Une autre disposition consiste à profiler le dos en harmonie avec la face extérieure.
Conclusion
Un digeste antérieur (CBD 93F) a décrit quelques-unes des difficultés observées sur des murs préfabriqués en béton et montré qu'on ne saurait raisonnablement espérer les vaincre à l'aide des conceptions et pratiques de construction classiques. Le présent digeste a exposé trois conditions dont l'observation permet d'éliminer les difficultés. En les prenant pour base, on a mis au point une nouvelle conception des plans de murs. Les panneaux préfabriqués en béton sont utilisés comme éléments intérieurs, l'isolant et le recouvrement étant appliqués à l'extérieur. Il est conseillé d'intégrer dans l'ossature du bâtiment les principaux panneaux préfabriqués.
