Résistance au feu des cloisons en plaques de plâtre

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Solution constructive, 1997-01-01

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Résistance au feu des cloisons en plaques de plâtre

Sultan, M. A.; Lougheed, G. D.

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p a r M.A . S ulta n e t G.D. Loughe e d

On traite ici de l’importance de divers facteurs pour faire en sorte que les

cloisons des habitations multifamiliales aient le degré de résistance au feu qui est

prescrit. Cette information est tirée du compte rendu d’un vaste projet de

recherche réalisé par l’Institut de recherche en construction (IRC) du CNRC, en

collaboration avec le secteur privé

1

_.

S o l u t i o n c o n s t r u c t i v e n

o

₂

Des ch erch eu rs d e l’IRC on t vou lu d éterm in er com m en t d eu x typ es d e ch an gem en ts in flu en t su r l’in d ice d e tran s-m ission d u son (ITS) et l’in d ice d e résistan ce au feu (IRF) d e cloison s en p laqu es d e p lâtre, isolées ou n on . En p rem ier lieu , l’éd ition 1990 d u Cod e n ation al d u bâtim en t d u Can ad a CNB) a fait p asser d e 45 à 50 l’in d ice d e tran sm is-sion d u son en tre logem en ts; en secon d lieu , la n orm e régis-san t l’u tilisation d es p laqu es d e p lâtre n e com p orte p lu s d ’exigen ces con cern an t l’ép ais-seu r m assiqu e m in im ale d es p laqu es d e p lâtre.

On a testé d es cloison s com -p lètes, et n on -p as seu lem en t d es m atériau x, 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 la p erform an ce acou stiqu e et la ten u e au feu , car l’am élioration d e la p rem ière p eu t avoir d es effets n égatifs su r la secon d e, et vice-versa.

Lors d es essais d e résistan ce au feu , les cloi-son s on t été exp osées à la ch aleu r d an s u n fou r vertical alim en té au p rop an e. On a attribu é u n in d ice d e résistan ce au feu à ch aqu e cloison en fon ction d u d élai d e d éfaillan ce — stru ctu rale, p ar d ép assem en t d ’u n e tem p ératu re d on n ée, ou p ar p én étration d e flam m es ou d e gaz assez ch au d s p ou r en flam m er d e la bou rre d e coton2_.

I nflue nc e de s dive rs pa ra m è t re s

sur la ré sist a nc e a u fe u

(Voir en cad ré, p age 2.) Type de plaques de plâtre

Les p laqu es d e p lâtre à âm e en fibre d e verre assu ren t u n e m eilleu re résistan ce au feu qu e celles n e con ten an t p as ce m atériau . Cela s’explique ainsi : plus la plaque de plâtre est légère, plus elle a tendance à se fissurer, et p lu s elle p résen te d e fissu res, p lu s elle est su scep tible d e se d ésin tégrer lors d ’u n in cen d ie. La fibre d e verre con ten u e d an s l’âm e em p êch e la p laqu e d e p lâtre d e se d écom p oser. Lorsqu ’il y a p lu s d ’u n e ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre d e ch aqu e côté d e la cloison , la p résen ce d e fibre d e verre d an s l’âm e a m oin s d ’in flu en ce.

Dan s le cas d es cloison s p orteu ses m u n ies d e p laqu es d e p lâtre légères ord in aires, la présence de fibre de verre dans l’âme a augmenté d e 25 p . 100 l’in d ice d e résistan ce au feu d ’u n e cloison com p ortan t u n e seu le ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre (ép aisseu r m assiqu e d e 7,35 kg/ m2_{) su r ch aqu e côté, p ar rap p ort à u n e}

cloison d e m êm e typ e m ais san s fibre d e verre (ép aisseu r m assiqu e d e 7,27 kg/ m2_).

Epaisseur massique des plaques de plâtre La résistan ce au feu d es cloison s com p ortan t d es p laqu es d e p lâtre ord in aires au gm en te en p rop ortion d e l’ép aisseu r m assiqu e d e celles-ci.

Lors d es essais au xqu els on t été sou m is d es cloison s n on p orteu ses com p ortan t d eu x ép ais-seu rs d e p laqu es d e p lâtre ord in aires su r ch aqu e côté (2 x 2), celles d on t l’ép aisseu r m assiqu e était p lu s gran d e (7,82 kg/ m2_{, p ar rap p ort à}

7,35 kg/ m2_{) on t p erm is d ’obten ir u n d egré d e}

résistan ce au feu légèrem en t p lu s élevé.

Résistance au feu des cloisons

en plaques de plâtre

Figure 1. Cloison en plaques de plâtre faisant l’objet d’essais dans le four vertical (alimenté au propane) de l’IRC

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Nombre et disposition des épaisseurs de plaques de plâtre

En p ortan t d e u n à d eu x le n om bre d ’ép aisseu rs d e ch aqu e côté, on am éliore la résistan ce au feu .

Cep en d an t, d an s le cas d ’u n e cloison p orteu se, la p ose asym étriqu e (1 x 2) n ’est p as p lu s avan tageu se qu e la d isp osition sym étriqu e (1 x 1), car il fau t su p p oser qu e le feu s’attaqu era d ’abord à la p aroi con stitu ée d ’u n e seu le ép aisseu r (d on c la p lu s faible)3_{. Par con séqu en t,}

l’in d ice d e résistan ce au feu d ’u n e cloison asym étriqu e (1 x 2) est com p arable à celu i d ’u n e cloison sym étriqu e (1 x 1). La d isp osition asym étriqu e p eu t aid er à obten ir u n ITS p lu s élevé m ais elle n e fait p as au gm en ter l’IRF.

Dan s le cas d es cloison s (en bois) p orteu ses com p ortan t u n isolan t en fibre d e verre d an s la

lam e d ’air et d es p rofilés sou p les, u n e cloison symétrique munie d’une double paroi de plaques de plâtre de 12,7 mm d’épaisseur (2 x 2) a donné un IRF 55 pour cent plus élevé qu’une cloison asymétrique (1 x 2).

Épaisseur des plaques de plâtre L’u tilisation d ’u n e p laqu e d e p lâtre p lu s ép aisse n e sem ble p as am éliorer l’IRF lorsqu ’il y a d es p rofilés sou p les su r le côté com p ortan t u n e seu le ép aisseu r.

Lors d es essais au xqu els on t été sou m ises d es cloison s asym étriqu es (1 x 2) p orteu ses com p ortan t u n isolan t en fibre d e verre d an s la lam e d ’air et d es p rofilés sou p les se trou van t d u côté m u n i d ’u n e seu le ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre (c.-à-d . d u côté exp osé au feu ), le fait Le p rojet con cern ait l’in flu en ce d es p aram ètres ci-d essou s su r la résistan ce au feu d e 22 cloison s.

Pose symétrique ou asymétrique des plaques de plâtre. On a étudié trois types de cloisons avec poteaux en bois ou en tôle d ’acier :

• p ose sym étriqu e (1 x 1) — u n e p aroi en p laqu es d e p lâtre su r le côté exp osé au feu et u n e au tre su r le côté n on exp osé

• p ose asym étriqu e (1 x 2) — u n e p aroi en p laqu es d e p lâtre su r le côté exp osé au feu et d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre su r le côté n on exp osé. Dan s tou s les essais en p ose asym étriqu e, la p aroi com p ortan t u n e seu le ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre était exp osée au feu , ce qu i est le p ire qu i p u isse arriver.

• p ose sym étriqu e (2 x 2) — d eu x ép aisseu rs d e p laqu es d e p lâtre su r ch aqu e côté.

Type, épaisseur massique et épaisseur des plaques de plâtre. On a évalué deux types de plaques de plâtre : • Le typ e X, qu i est u n n om gén ériqu e d ésign an t u n e p laqu e d e p lâtre d on t l’âm e assu re, grâce à sa form u

la-tion sp éciale, u n e résistan ce au feu p lu s gran d e qu e celle d e la p laqu e d e p lâtre ord in aire. L’IRC a testé d es p laqu es d e 12,7 et d e 15,9 m m d ’ép aisseu r.

• Le typ e ord in aire, d e 12,7 m m d ’ép aisseu r et ayan t u n e ép aisseu r m assiqu e d e : 7,82 kg/ m2_{san s fibre d e verre d an s l’âm e;}

7,35 kg/ m2_{avec fibre d e verre d an s l’âm e.}

(Cette p laqu e d e p lâtre légère a été fabriqu ée sp écialem en t p ou r ce p rojet.) 7,27 kg/ m2_{san s fibre d e verre d an s l’âm e.}

Les d eu x typ es étaien t con form es à la n orm e CAN/ CSA.A82.27-M91, qu i régit l’u tilisation et la m ise en oeu vre d es p laqu es d e p lâtre.

Pose de profilés souples. Un profilé souple est une longue bande d’acier mince en gradins; une section verticale est fixée au p oteau et l’au tre, à la p aroi d e p lâtre. La largeu r totale d u p rofilé est d ’en viron 25 m m . Les p rofilés sou p les on t été fixés h orizon talem en t su r le côté exp osé au feu ou su r l’au tre, à en traxe d e 400 m m et

p erp en d icu lairem en t au x p oteau x d e bois; les p laqu es d e p lâtre on t en su ite été fixées au x p rofilés sou p les. Ces p rofilés serven t à assu rer u n e d iscon tin u ité d e m an ière à ce qu e le son se tran sm ette m oin s facilem en t p ar la cloison .

Type d’isolant. Les isolants qui ont été utilisés étaient en fibre de verre, en fibre de roche ou en fibre cellu losiqu e.

Type et configuration des poteaux. Les poteaux de bois employés étaient porteurs ou non, tandis que tous les p oteau x en tôle d ’acier étaien t n on p orteu rs. Dan s le cas d es p oteau x d e bois, il y avait soit u n e seu le ran gée, soit d eu x, les p oteau x étan t alors d écalés ou vis-à-vis. On a u tilisé u n e lisse sim p le d an s le cas d es cloison s com p ortan t u n e seu le ran gée d e p oteau x ou d es p oteau x d écalés, alors qu e les cloison s avec p oteau x en vis-à-vis étaien t d otées d e d eu x lisses.

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3 1 épaisseur de chaque côté 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 400 mm 1 épaisseur 89 mm a) b) c) d) 2 épaisseurs

• une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre

• poteaux de 38 x 89 mm

• avec ou sans absorbant phonique • une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 2 épaisseurs 1 épaisseur de chaque côté 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 400 mm 1 épaisseur 102 mm a) b) c) d)

• poteaux de 38 x 89 mm

• avec ou sans absorbant phonique • profilés souples d’un côté

• une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 1 épaisseur de chaque côté 400 mm 140 mm a) b) c)

• deux rangées de poteaux de 38 x 89 mm décalées et fixées à une lisse commune de 38 x 140 mm

• avec ou sans absorbant phonique • une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 153 mm 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 1 épaisseur de chaque côté 400 mm a) b) c)

• deux rangées de poteaux de 38 x 89 mm décalées et fixées à une lisse commune de 38 x 140 mm

• avec ou sans absorbant phonique • profilés souples

• une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 1 épaisseur de chaque côté 400 mm 203 mm c) a) b)

• deux rangées de poteaux de 38 x 89 mm fixées à deux lisses de 38 x 89 mm distancées de 25 mm

• avec ou sans absorbant phonique • une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 1 épaisseur de chaque côté 600 mm 64 mm a) b) c)

• poteaux non porteurs de 31 x 64 mm • avec ou sans absorbant phonique • une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre 1 épaisseur de chaque côté 600 mm 2 épaisseurs 1 épaisseur 2 épaisseurs de chaque côté 92 mm a) b) c)

• poteaux d’acier de 31 x 92 mm • avec ou sans absorbant phonique • une ou deux épaisseurs de plaques de plâtre

Une seule rangée de poteaux de bois

Une seule rangée de poteaux de bois et profilés souples

Rangées de poteaux décalées

Rangées de poteaux décalées et profilés souples

Deux rangées de poteaux de bois

Poteaux d’acier non porteurs (64 mm)

Poteaux d’acier non porteurs (92 mm)

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d ’u tiliser d es p laqu es d e p lâtre typ e X d e 15,9 au lieu d e 12,7 m m d ’ép aisseu r n ’a p as eu p ou r effet d ’am éliorer l’in d ice d e résistan ce au feu . Cela était su rtou t attribu able à l’in flam m ation d es p oteau x d e bois p rovoqu ée p ar la p én étra-tion d es gaz ch au d s p ar les join ts d ’abou t d e la p aroi d e p lâtre, qu i n ’étaien t p as p rotégés. L’esp ace en tre les p oteau x et la p aroi d e p lâtre, créé p ar la p ose d es p rofilés sou p les, a p erm is au x flam m es et au x gaz ch au d s d e s’y p rop ager ap rès être en trés d an s la lam e d ’air.

Lorsqu’il n’y a pas de profilés souples, on peut faire passer l’indice de résistance au feu de la même cloison de 25 à 40 minutes en utilisant des plaques de plâtre type X de 15,9 au lieu de 12,7 mm d’épaisseur.

Pose de profilés souples

Dan s certain s cas, les p rofilés sou p les p eu ven t aid er à au gm en ter la résistan ce au feu d ’u n e cloison ; cep en d an t, celle-ci p eu t être réd u ite con sid érablem en t si les p rofilés son t p lacés d u côté com p ortan t u n e seu le ép aisseu r.

Dan s le cas d es cloison s p orteu ses en p ose asym étriqu e (1 x 2) com p ortan t u n isolan t en fibre d e roch e et d es p rofilés sou p les, la cloison d on t les p rofilés étaien t d u côté m u n i d ’u n e d ou ble ép aisseu r a d on n é u n in d ice d e résis-tan ce au feu 11 p ou r cen t p lu s élevé qu ’u n e cloison d e m êm e typ e m ais d on t les p rofilés sou p les se trou vaien t su r le côté d oté d ’u n e seu le ép aisseu r (c.-à-d . le côté exp osé au feu ). Type et mode de pose de l’isolant

La p ose d ’isolan t en fibre d e roch e d an s la lam e d ’air d ’u n e cloison con tribu e d e m an ière im p ortan te à sa résistan ce au feu . Pou r au gm en ter celle-ci le p lu s p ossible, il fau t bien serrer l’isolan t en tre les p oteau x.

Dan s les cas où l’isolan t en fibre d e roch e a été p osé d e cette m an ière, d an s d es cloison s n on p orteu ses, l’indice de résistance au feu a augmenté d e 60 p ou r cen t (100 m in u tes) p ar rap p ort au résu ltat obten u (60 m in u tes) avec u n isolan t m al aju sté.

Dan s le cas d es cloison s n on p orteu ses à p oteau x d ’acier en p ose asym étriqu e (1 x 2), la p résen ce d e fibre d e verre ou d e cellu lose (p u lvérisée sou s form e liqu id e) n ’a p as eu d ’in flu en ce su r l’in d ice d e résistan ce au feu .

Type de poteau

Dan s le cas d es cloison s n on p orteu ses com -p ortan t d eu x é-p aisseu rs d e -p laqu es d e -p lâtre su r ch aqu e côté (2 x 2), les cloison s m u n ies d e p oteau x d e bois n ’on t d on n é u n in d ice d e résistan ce au feu qu e légèrem en t p lu s élevé qu e celles d on t l’ossatu re était en p oteau x d ’acier. Par con séqu en t, le typ e d e p oteau u tilisé d an s ce cas n ’a p as beau cou p d ’im p ortan ce.

Les cloison s com p ortan t u n e ép aisseu r d e p laqu es d e p lâtre su r ch aqu e côté n ’on t p as été testées, car elles n e satisfaisaien t p as au x critères con cern an t la tran sm ission d u son . Configuration des poteaux

Il n ’est p as p articu lièrem en t avan tageu x, au p oin t d e vu e ten u e au feu , d ’u tiliser d eu x ran gées d e p oteau x d écalées ou en vis-à-vis au lieu d ’u n e seu le ran gée, bien qu e cela p u isse am éliorer la p erform an ce acou stiqu e.

Ré pe rc ussions sur l’indust rie

Su ite à ce p rojet et à celu i d u Laboratoire d ’acou stiqu e d e l’IRC, qu i p ortait su r l’ITS d es cloison s, les in d ices d e résistan ce au feu et d e tran sm ission d u son d es cloison s, qu i figu ren t à la p artie 9 d e l’éd ition 1995, on t été révisés. Alors qu e l’éd ition 1990 d u cod e con ten ait 17 cloison s accep tées, celle d e 1995 en ren ferm e p lu s d e 160.

M.A . S ulta n, Ph.D., et G.D. Loughe e d , Ph.D., son t agen ts d e rech erch e su p érieu rs au

Laboratoire n ation al d e l’in cen d ie, qu i fait p artie d e 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.

1. Le p rojet a été fin an cé p ar u n con sortiu m form é en tre au tres d e la Société can ad ien n e d ’h yp oth èqu es et d e logem en t, d e l’In stitu t can ad ien d e la tôle d ’acier p ou r le bâtim en t, d e l’Association can ad ien n e d es fabrican ts d ’isolan t d e cellu lose, d e Forin tek Can ad a Corp ., d es Fabrican ts d e p rod u its d e gyp se d u Can ad a, d e l’IRC, d ’Ow en s Corn in g Fiberglas Can ad a In c. et d e Roxu l In c.

2. Com m e le CNB in d iqu e le d egré d e résistan ce au feu et le m od e d e con stru ction exigés d an s le cas d ’u n assem blage se trou van t d an s u n u sage et u n en d roit d on n és, et com m e il n e com p orte p as d ’in d ices d e résistance au feu correspondant à moins de 45 minutes, les cloison s ayan t cet in d ice on t été con sid érées com m e n e satisfaisan t p as au x exigen ces.

3. Cep en d an t, d an s le cas d ’u n e cloison n on p orteu se, la d isp osition 1 x 2 assu re u n e m eilleu re résistan ce au feu qu e la d isp osition 1 x 1.

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Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Jan vier 1997