Toitures en terrasse

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Digeste de la construction au Canada, 1963-11

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Toitures en terrasse

Digeste de la Construction au Canada

Division des recherches en construction, Conseil national de

recherches Canada

CBD 24F

Toitures en terrasse

M. C. Baker

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 toiture est probablement l'élément le plus important des bâtiments. Elle doit protéger les bâtiments eux-mêmes et assurer le confort de leurs occupants ou la protection de biens de valeur tout en résistant aux intempéries les plus variées.

Le vieil adage "loin des yeux loin du coeur" convient souvent aux toitures. Quoique la plupart des autres parties des bâtiments fassent l'objet d'un certain entretien, la toiture est généralement négligée jusqu'au jour où la pénétration de l'eau donne le signal de difficultés à venir. Récemment, cependant, les toitures ont fait l'objet d'études plus intenses entreprises dans le but d'améliorer les plans et la construction des maisons.

Les architectes, les constructeurs et les fabricants de matériaux destinés à la couverture des toits connaissent généralement les précautions à prendre dans les plans et dans la construction pour avoir de bonnes toitures. Malgré la connaissance que l'on a des techniques et des problèmes il est arrivé trop souvent, au cours des récentes années que des toitures fassent défaut. Le but du présent digeste est d'indiquer les principaux facteurs dont il faut tenir compte dans l'établissement des plans et dans la construction des toitures en terrasse, étant entendu qu'il s'agit ici de toitures a couches de bitume recouvertes de graviers qu'on applique "à chaud" sur des toits plats ou presque plats. Des indications plus détaillées, concernant en particulier les problèmes auxquels donnent lieu les toitures en terrasse, seront données dans de prochains digestes.

Matériaux employés pour les toitures en terrasse

Une toiture en terrasse comprend plusieurs épaisseurs de carton bitumé liées à chaud sur place. Ces cartons sont appliqués de façon à couvrir comme il faut le plancher du toit et à sceller tous les angles formés par les surfaces saillantes afin qu'ils constituent une couche imperméable et flexible d'un seul tenant. Le principe des toits plats consiste à relever la couche bitumineuse pour former une bordure ou un couvre-joint sur les surfaces verticales de façon à obtenir une grande cuvette imperméable. Les seules orifices, dans cette cuvette, sont les entrées des canalisations d'évacuation des eaux.

Les "cartons bitumés" sont constitués par des fibres organiques ou inorganiques imprégnées et quelquefois recouvertes de bitume. Les plus utilisés sont constitués par de la pulpe de fibre de bois à laquelle on ajoute des vieux papiers et un petit pourcentage de chiffons. Des cartons à base de fibres inorganiques d'amiante ont également servi pendant de nombreuses années et plus récemment on a eu recours à des cartons à base de fibres de verre.

Le bitume est un terme générique décrivant les mélanges naturels de carbures d'hydrogène se présentant sous une forme visqueuse ou solide; dans l'industrie de la toiture le mot bitume signifie soit de l'asphalte soit du brai de goudron. A l'état solide ces matériaux se ressemblent mais leurs caractéristiques sont quelque peu différentes. La plupart de l'asphalte employé au Canada pour imprégner ou imperméabiliser les matériaux de couverture ou les toitures en terrasse provient de la distillation du pétrole suivie d'un certain raffinage lequel permet d'obtenir les propriétés que l'on désire. On trouve également des dépôts solides d'asphalte à l'état naturel dans certaines parties du monde. On obtient le brai de goudron en distillant des goudrons grossiers provenant de la carbonisation de la houille. La propriété qu'a le brai de goudron de couler à froid facilite le bouchage automatique des fissures mais elle empêche qu'on l'utilise sur des toits trop en pente. Sur les toits à faible pente on peut employer des asphaltes dont le point de fusion n'est pas élevé tandis que sur les toits à pente raide on peut employer des asphaltes dont le point de fusion est élevé. C'est pourquoi l'asphalte a davantage d'applications que le brai de goudron.

Les cartons de couverture sont décrits comme étant asphaltiques ou goudronneux selon l'agent de saturation employé dans leur fabrication et ils sont utilisés avec de l'asphalte ou du goudron selon le cas pour réaliser une couverture imperméable. Les propriétés imperméables de la couverture dépendent de l'existence d'une couche bitumineuse ininterrompue. La fonction des cartons est de stabiliser le produit bitumineux employé, de l'empêcher de rompre ou de couler et en général de renforcer la couverture du toit. Les cartons simplement imprégnés de produit bitumineux absorbent l'eau et risquent d'être endommagés s'ils ne sont pas recouvert d'une couche bitumineuse imperméable.

Les matériaux de surface les plus utilisés sont le gravier et le laitier dont les dimensions vont de ¼ à 5/8e _{de pouce. D'autres matériaux appropriés pour les surfaces sont les éclats de}

marbre ou de briques, les roches volcaniques, la chaux ou l'amiante concassées. Les matériaux doivent être propres, durs, libres de toute poussière et de couleur claire. Ils forment un écran protecteur qui limite l'action destructive des rayons solaires sur les bitumes, qui empêche les cartons et les boiseries sous-jacentes de chauffer trop en été et qui constitue un poids empêchant les cartons bitumés de se soulever sous la poussée des vents. Il est important que les graviers soient d'une dimension telle qu'ils couvrent parfaitement la toiture. S'ils sont trop grands des vides peuvent se produire entre eux et s'ils sont trop petits ils peuvent être aisément délogés et emportés par le vent.

Spécifications pour les toitures en terrasse

Les trente dernières années ont vu s'accroître le nombre des bâtiments industriels et commerciaux d'un seul étage et en même temps de nouveaux types de toits plats ont fait leur apparition. Avant cette période les toits plats étaient en grande partie constitués par des dalles de béton ou des planchéiages. Les premières spécifications prévoyaient une couverture formée de cinq couches, à savoir un papier de recouvrement et deux épaisseurs de cartons secs cloués au planchéiage pour consolider la couverture et empêcher le bitume de couler dans les joints du bois, puis deux cartons bituminés, le dernier étant recouvert d'un bitume où s'incrustent des graviers de couleur pâle. Naturellement, le papier de recouvrement et les cartons secs ne sont pas appliqués lorsque ce type de couverture est appliqué à des dalles de béton coulées sur place. On se passe d'une épaisseur de carton mais une couche supplémentaire de bitume est nécessaire pour que la couverture reste bien en place. C'est la toiture en terrasse standard à quatre couches.

D'autres spécifications ont été établies pour répondre à diverses conditions. Les facteurs à considérer pour fixer une spécification sont (a) la pente; (b) le type de plancher du toit, qu'il s'agisse d'un élément unique ou d'éléments assemblés; (c) la possibilité de clouer sur le

planchéiage du toit; (d) la présence d'une garniture isolante et d'un coupe-vapeur; (e) la durabilité de la couverture.

Il est très important qu'une pente suffisante soit fournie pour éviter les mares d'eau qui restent après la pluie. L'attaque combinée de l'eau ou de la glace et du soleil sur la couverture est un danger bien plus grand que chaque élément seul et l'on croit que la détérioration est accélérée en conséquence. Les pentes de moins d'un quart de pouce par pied sont considérées comme insuffisantes car elles exigent un soin considérables dans la construction du plancher du toit et de la couverture si l'on veut éviter les mares d'eau. Le goudron et l'asphalte donnent satisfaction sur les pentes allant de ¼ à 1 pouce par pied. Sur les pentes moins accentuées où il y a un danger de mares d'eau le goudron est généralement considéré comme légèrement supérieur par suite des bonnes propriétés qu'il a de se sceller lui-même durant un long service et par suite de sa résistance à l'oxidation par l'air et aux effets de la lumière et de l'eau. Sur les planchers des toits ayant des pentes de 1 à 3 pouces par pied on doit utiliser des asphaltes ayant des points de fusion élevés. Ce n'est pas une bonne habitude par exemple d'employer des couvertures d'asphalte et de gravier sur des pentes supérieures à 3 pouces par pied parce que les éléments de surface ont tendance à glisser ou à être emportés par le vent. Les couvertures d'asphalte à surface uniforme ou celles à base d'asphalte minéralisé en surface sont considérées comme étant les meilleurs dans ce cas.

La classification des toitures en terrasse ayant des problèmes semblables peut se faire comme suit: (a) bois, (b) acier, (c) béton coulé sur place, (d) matériaux coulés sur place comme le gypsum et la perlite, la vermiculite ou autres bétons légers, (e) éléments préfabriqués pouvant être cloués sur place, (f) éléments préfabriqués ne pouvant pas être cloués. Avec tous ces types de couvertures les points suivants doivent être pris en considération: 1. Le système de toiture considéré ici comme comprenant la couverture elle-même, la garniture isolante et le coupe-vapeur, s'il est utilisé sur le plancher du toit, doit être fixé à ce plancher au moyen de clous ou de ciment, avec du bitume pour empêcher le soulèvement par le vent. 2. Lorsque le plancher du toit comprend des éléments assemblés il faut empêcher le bitume de passer au travers des joints. 3. Des flexions exaggérées durant la construction et en période de service peuvent donner des tensions exaggérées et provoquer la rupture de la toiture. 4. La propriété d'absorption de l'humidité qu'a le plancher de la toiture exige une attention particulière étant donné que l'humidité emmagasinée dans la construction et que la vapeur humide accumulée par suite de cette humidité peut affecter la toiture. 5. Les surfaces du plancher de la toiture doivent être lisses sans aucune aspérité.

Pour qu'ils aient une meilleure résistance thermique la plupart des toits doivent être isolés. On dispose de tout un assortiment de matériaux d'isolation comme la fibre de bois, la fibre de verre, le liège, le verre mousse, le plastique, les matériaux légers coulés sur place. Avant de choisir le matériau qui convient il faut tenir compte des caractéristiques en matière de résistance, de stabilité et d'humidité ainsi que de la compatibilité des matériaux avec des produits adhésifs et de leurs possibilités de cloutage. L'humidité dans la garniture isolante provenant de la construction ou de la condensation de la vapeur d'eau petit avoir un effet très grave sur le système de la toiture.

L'inclusion d'un coupe-vapeur pour empêcher la pénétration de la vapeur d'eau dans la garniture isolante à partir de l'intérieur est nécessaire pour la plupart des types de bâtiments; il est particulièrement nécessaire pour les bâtiments ayant des humidités relatives moyennes ou élevées. Lorsqu'on se sert d'un coupe-vapeur il est essentiel d'avoir recours à une construction soignée pour éviter l'accumulation de l'humidité dans le système de la toiture. Le coupe-vapeur est généralement fixé au plancher du toit avec des adhésifs ou du bitume, la garniture isolante est fixée au coupe-vapeur et la couverture elle-même est fixée avec du bitume au-dessus de la garniture isolante. Il faut veiller à ce que les matériaux et les adhésifs soient compatibles. Il ne convient pas de placer des machines sur le toit. Si l'espace à l'intérieur d'un bâtiment ne suffit pas et s'il faut que des machines soient placées sur le toit il est extrêmement important qu'un type approprié de plateforme soit prévu pour ces machines. Les plateformes de ce genre doivent être soutenues par des colonnes rondes qui peuvent être plus aisément et plus

efficacement munies de couvre-joints que les colonnes en forme de H et elles doivent être suffisamment élevées au-dessus du toit pour permettre l'installation appropriée de la couverture. Lorsqu'il n'y a pas d'autre solution que de faire passer les charpentes au travers du toit ou lorsqu'il est nécessaire de placer des ancrages de fixation pour les machines installées sur le toit des blocs de brai de goudron constituent le meilleur moyen pour imperméabiliser la couverture là ou elle est transpersée quoique ceci implique une inspection et un entretien supplémentaires.

La nécessité des joints d'expansion pour les toitures dépend de la dimension et du type des bâtiments. On admet généralement que pour tous les longs bâtiments un joint d'expansion doit être placé à chaque raccordement de la partie principale d'un bâtiment avec une aile et sur la partie principale pour toutes longueurs excédant 150 pieds. Pour avoir une efficacité maximum tout bâtiment doit être délibérément séparé en sections au moyen de joints d'expansion depuis les fondations jusqu'au toit en passant par les murs. Si l'on considère la toiture elle-même il est souhaitable d'installer un joint d'expansion à chaque changement de direction du longeron ou du toit.

Application

Du fait que les cartons saturés absorbent l'humidité assez facilement la couche de fond pour les planchers de toits permettant le cloutage doit être un carton apprêté. Durant la construction la plupart des planchers de toits sont susceptibles de garder l'humidité des pluies de la nuit, de la gelée ou de la rosée ou ils peuvent contenir une certaine humidité due à un séchage incomplet après la prise. L'emploi de cartons apprêtés est une bonne défense contre les rides susceptibles de se produire dans la couverture. Dans le cas des planchers de toits en bois le carton apprêté est cloué sur eux au lieu du papier de recouvrement et des cartons secs normalement employés et trois couches de carton sont placées avec du bitume pour compléter la couverture elle-même. Tous les matériaux d'absorption y compris les cartons saturés destinés à servir dans les toitures devraient être emmagasinés dans un abri et protégés contre les intempéries aussitôt qu'ils sont placés sur le toit. Les sautes du temps, la nécessité de placer des couvertures par tous les temps et la quantité croissante des travaux d'hiver font qu'on a de plus en plus besoin de protéger les toitures qu'on installe tout comme on protège les autres parties des bâtiments.

Une insuffisance de matériaux bitumineux a donné lieu à de nombreux problèmes en matière de toitures. Une pellicule uniforme solide de bitume entre des couches de cartons est essentielle et pour y parvenir il faut approximativement 25 livres de goudron par carré (superficie de toit de 100 pieds carrés) ou 20 livres d'asphalte. La dernière couche de bitume doit être considérablement plus épaisse car elle doit fournir une protection suffisante pour les couches sous-jacentes et elle doit permettre la mise en place des graviers à la surface. Cette couche ne devrait pas peser moins de 75 livres par carré de goudron ou de 60 livres par carré dans le cas de l'asphalte.

Il est nécessaire de placer deux couches de surface sur les toitures dont la pente est plus faible. On y parvient en plaçant environ 200 livres de gravier sur la surface pour 50 livres de bitume en répétant l'opération par la suite avec 300 livres de gravier pour 75 livres de bitume. Cela donne une protection supplémentaire contre l'eau stagnante, la neige fondante et la glace. La deuxième couche peut être placée une fois que tous les autres travaux auront été terminés sur le toit et elle donne l'occasion de vérifier qu'aucun dommage ne s'est produit durant la construction.

Si on chauffe trop le bitume durant l'application on peut détruire complètement les excellentes qualités d'imperméabilisation que le contrôle de qualité tend à assurer au moment de la fabrication. La gamme des températures pour le goudron va de 325 à 375°F; en aucun cas la température ne doit dépasser 400°F. La gamme correspondante pour l'asphalte va de 400 à 430°F avec une limite absolue à 450°F. Aux températures inférieures à la température minimum l'application est plus difficile et la cimentation est moins bonne. Aux températures supérieures à la température maximum les matériaux perdent des huiles valables par

distillation et il ne se forme qu'une fine pellicule lors de l'application qui ne suffit pas pour la cimentation.

Une adhérence convenable et complète entre les couches est essentielle si l'on veut éviter les boursouflures dues à de l'air ou à de la vapeur enfermés. Pour obtenir cette adhérence on peut appliquer le bitume à la température voulue en balayant vers le bas sans délai tout en évitant les rides et les plis dans les cartons durant l'application.

On doit prêter une attention particulière aux interruptions provoquées dans la surface des toits par les parapets, les appentis, les aérateurs, les tuyaux, les cheminées, etc., tous ces éléments étant indiqués en détail sur les plans et leurs spécifications étant données. Les coudes nécessaires dans les cartons pour faciliter les couvre-joints d'étanchéité doivent être soutenus avec des solins. Les couvre-joints d'étanchéité doivent dépasser d'un minimum de 8 pouces au-dessus du niveau du plancher de toit et doivent être protégés au bord supérieur par des contre couvre-joints métalliques. Étant donné qu'il y a danger de rupture par suite de mouvements entre les surfaces verticales et horizontales les couvre-joints de base ne doivent pas être directement fixés aux surfaces verticales comme les parapets. Si une planche de 8 pouces de large est placée derrière le solin qui entre en contact avec la surface verticale mais qui n'y est pas fixé, le couvre-joint de base peut être cloué et cimenté à la planche. Le bord supérieur de la planche et le couvre-joint de base peuvent être couverts par le contre couvre-joint fixé au mur. Il faut placer des couvre-joints sur le haut des murs de maçonnerie qui dépassent le toit et il faut en fixer le détail avec soin afin de les faire coincider avec les contre couvre-joints. Si de tels couvre-joints ne sont pas placés l'eau peut pénétrer sous le contre couvre-joint et sous la toiture elle-même. Des drains traversant la toiture devraient être fournis avec des joints d'expansion directement sous le niveau du toit étant donné qu'ils sont exposés aux températures intérieures aussi bien qu'extérieures. Il est essentiel de fournir des spécifications adéquates en ce qui concerne la plomberie dans les toitures.

Durabilité

Il est généralement admis que les toitures en terrasse bien construites peuvent résister durant de nombreuses années et leur résistance peut être augmentée considérablement grâce à un entretien adéquat. Lorsque les toitures se détériorent prématurément cela est généralement dû à un mauvais emploi des matériaux ou à un manque de soin dans les études ou dans les travaux. Si des mesures ne sont pas prises pour remédier au rétrécissement dû au séchage, aux changements thermiques de la construction et aux déflexions dues à la viscosité il petit se produire une tension exaggérée de la couverture qui risque de se fendre ou de se déchirer. L'eau emprisonnée sous les cartons durant la construction ou une condensation excessive peuvent provoquer des défauts qui risquent de détériorer rapidement la toiture avant même qu'elle ait à souffrir des intempéries elles-mêmes.

Face aux intempéries l'asphalte et le goudron sont assujétis à un lent processus d'oxidation. Ce processus est accéléré par la chaleur et la lumière qui proviennent du soleil et, une partie des produits d'oxidation est soluble dans l'eau. L'effet à long terme de l'exposition au soleil et aux éléments est une disparition graduelle du bitume à la surface et éventuellement un craquelage et un piquage. Lorsque l'humidité pénètre jusqu'aux fibres des cartons la détérioration peut avoir lieu rapidement. Il y a aussi une perte de flexibilité lors de l'exposition aux intempéries et la couverture peut devenir cassante. En marchant sur de vieux feutres ridés ou coupés on risque de provoquer des fissures où l'eau pourra s'infiltrer. L'inspection et la réparation régulière des couvertures ou même la rénovation complète des surfaces peuvent néanmoins mettre fréquemment un terme à la détérioration des toitures et leur donner de nombreuses années de survie.

Conclusion

La construction de bonnes toitures en terrasse n'est possible que si des critères élevés sont maintenus dans les études et dans les travaux de construction. Au stade des études il faut prêter une attention particulière au milieu physique, aux rapports du bâtiment et du toit, aux matériaux et à la façon dont ils vont les uns avec les autres, et il faut s'occuper de tous les

détails des plans. La construction exige une connaissance parfaite des techniques appropriées qu'on doit rigoureusement respecter et qui comprennent la protection des matériaux entreposés, la construction des planchers de toiture durant la saison sèche, l'application du bitume aux températures appropriées, et le collage parfait des cartons. Toute négligence à l'égard de n'importe lequel des facteurs ci-dessus peut faire du tort aux autres facteurs étant donné que tous ces facteurs contribuent à la réussite des toitures en terrasse.