CONSEIL NATIONAL DE RECHERCHES CANADA

DIVISION DES RECHERCHES EN BATIMENT

FISSURES, MOUVEMENTS ET JOINTS DANS LES BATIMENTS

Compte rendu du serninaire de science du batiment

de la Division des recherches en batiment.

Autornne 1972

Proces-verbal n° 2

de la Division des recherches en batiment

Ottawa, avril 1983

PREFACE

A son seminaire de science du batiment de l'automne 1972, laDivision des recherches en batiment abordait les "Fissures, mouvements,et joints dans les batiments". Ce seminaire s'est tenu une fois aCalgary et deux fois a Ottawa.

Les nombreuses demandes d'information sur Ie sujet nous ont incitesa publier un compte rendu des exposes de ces reunions. Lescommunications presentees dans ce rapport reprennent Ie texte des exposesaccompagnes de projections de diapositives avec quelques modificationsd'ordre redactionnel. Tous les exposes, sauf Ie resume de M.C. Baker,ont ete inclus, et deux, celui de J.K. Latta et celui de G.O. Handegord,ont ete remplaces par les Digests de la construction au Canada nO 171F etn° 155F car ces deux publications de la Division des recherches enbatiment presentent les memes informations sous une forme plus concise.

OttawaSeptembre 1976

C.B. CrawfordDirecteur DRB/CNR

TABLE DES MATIERES

- Introduction au probleme des fissures, des mouvementset des joints dans les batiments par M.C. Baker

- Rapports tension-deformation par N.B. Hutcheon

- Variations dimensionnelles dues a la temperaturepar J.K. Latta

Variations dimensionnelles dues a l'humiditepar G.O. Handegord

- Deformations dans les batiments - Flechespar W.G. Plewes

- Deformations dans les batiments - Mouvementsverticaux par W.G. Plewes

- Deformations dues aux mouvements desfondations par C.B. Crawford

- Tolerance aux mouvements par J.K. Latta

- Conception des joints d'etancheite par J.K. Latta

- Classification des joints par M.C. Baker

- CBD 155F Les mouvements des joints et le choix dumateriau de calfeutrement (1975) par G.O. Handegordet K.K. Karpati

- CBO 171F Les imprecisions dans laconstruction (1976) par J.K. Latta

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,INTRODUCTION AUX ~ROBLEMES DES FISSURES, DES MOUVEMENTS FoT DESJOINTS DANS LES BATlMENTS

par Maxwell C. Baker

Les batiments sont formes par l'assemblage d'elementsdisparates qu'il faut joindre entre eux. Les joints jouent un rolecomplexe: ils permettent au concepteur d'introduire une certainesouplesse, tant fonctionnelle qu'esthetique, dans l'agencement desmateriaux et des elements. lIs constituent aussi une coupure entredeux parties du batiment qui autorise une certaine liberte demouvement de l'ouvrage, prevenant ou limitant ainsi la fissurationdes materiaux.

Ce sont, en effet, les forces transmises par les liaisonsrigides entre elements adjacents qui, en s'opposant aux mouvements,suffisent a rompre les liaisons physiques et chimiques qui existententre les molecules et les atomes, et provoquent la fissuration desmateriaux. Les deformations et les variations dimensionnelles desmateriaux sont dues soit a des charges accidentelles ou prevues,soit a des changements physico-chimiques occasionnes par Iemilieu.

C'est une erreur de croire que les materiaux sont bons oumauvais, durables ou non, resistants ou non, comme s'il s'agissaitde qualites inherentes. La realite n'est ni aussi simple ni aussiabsolue. Les proprietes des materiaux sont relatives: leurdurabilite depend des conditions de service et leur resistancen'est jamais illimitee. Pour eviter la fissuration des materiaux,il faut donc s'assurer qu'ils ne sont pas soumis a des chargesexcessives.

Dans la nature, les materiaux se desagregent par suite desfissurations progressives que provoquent les reactions chimiques,physiques et biologiques. Avec Ie temps, les montagnes elles-memespeuvent etre reduites en poussiere. Le temps joue egalement unrole dans l'alteration des materiaux de construction qui conduitparfois a leur deterioration. Pour augmenter la vie utile desmateriaux, il faut donc essayer de ralentir les changements depropriete et empecher la fissuration en reduisant ou en dirigeantles forces qui leur sont appliquees. Le mouvement des materiaux nepeut etre empeche, mais son effet peut etre limite par laconception de joints et d'assemblages adequats. Lorsqu'on ne placepas les joints oa il faut, la nature se charge de nous indiquer,par des fissures, les endroits oa ils auraient do etre places.

Amoins d'un heureux hasard, il est peu probable qu'aucundesordre ne se manifeste dans un batiment qui a ete con~u sans

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souci de la nature des materiaux employes. Meme si Ie concepteurconnait bien les proprietes des materiaux, il peut mal prevoir lesforces auxquelles ils seront soumis une fois combines en elements.Vu la somme des connaissances disponibles sur les materiaux et, engeneral, sur les mecanismes responsables des desordres, et lesforces auxquelles les materiaux doivent resister, les degatsserieux semblent inexcusables. De legeres defaillances sontparfois jugees admissibles, lorsque Ie choix des materiaux estdicte par des imperatifs d'ordre economique ou autre.

Tout indique que les concepteurs comprennent souvent mal lesphenomenes de fissuration et de mouvement, si l'on en juge par Iemauvais etat de nombreux batiments peu apres leur constructionenduits et verre fissures, epaufrures des parements, defautd'etancheite des joints et meme, parfois, Ie descellement d'unmateriau.

II est evident qu'aucun architecte ou ingenieur ne con~oit

deliberement un batiment de maniere a ce que les materiaux sefissurent et se deteriorent immediatement apres la construction.Si, comme c'est trop souvent Ie cas, en depit des connaissancesmaintenant disponibles, des desordres importants se produisent, ilfaut sans doute les attribuer a l'incapacite du concepteur aprevoir Ie resultat de ses decisions, de son choix ou de sadisposition des materiaux, ou encore a la surveillance inadequatedes travaux.

Les fissures et les epaufrures des materiaux d'un batimentnuisent presque toujours a son aspect. De plus, les fissures dansles revetements exterieurs diminuent la protection contre lesintemperies et pe~ettent parfois a la pluie de penetrer et d'etreabsorbee par les materiaux, qui peuvent se desagreger sous l'effetdes cycles de gel et de degel. Ceci peut conduire a un graveaffaiblissement d'un element structural, si la deterioration sepoursuit par suite d'une exposition prolongee a l'humidite.

Mecanismes de fissuration

Les mecanismes qui provoquent la fissuration des materiauxsont en general lies aux deformations dues aux variations de teneuren eau et de temperature, a la flexion sous charge ou aux actionschimiques. Beaucoup de materiaux utilises couramment dans laconstruction de batiments ont une structu~e poreuse et peuvent parconsequent absorber I'eau plus ou moins facilement. La plupart desmateriaux se dilatent lorsqu'ils sont humides et se contractent ensechant. Certains materiaux tels que Ie beton, Ie mortier ou Ieplatre ont un retrait initial tres important lorsqu'ils sechent,qui va bien au-dela de toute deformation reversible. Enfin, unmateriau mouille ou seche sur une seule face peut gauchir.

Les variations de temperature peuvent aussi provoquer ladeformation des materiaux: Ie chauffage provoque la dilatation et

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1e refroidissement 1a contraction. Si 1es materiaux sont 1ibres dese deformer, i1 est facile de ca1cu1er 1a deformation pour toutchangement de temperature auque1 1e materiau risque d'etre expose.Si, au contraire, 1es materiaux ne sont pas 1ibres de se deformer,i1 faut un bon jugement al1ie a une experience considerable pourprevoir 1es contraintes ou 1es deformations susceptib1esd'apparattre. Une difference de temperature entre 1es deux facesd'un materiau peut provoquer son gauchissement.

Le f1echissement des elements ou des composants d'unestructure peut decou1er d'un tassement du sol, de 1a pression duvent ou de surcharges vertica1es. Ces f1eches seront transmisesaux elements qui forment l'enve10ppe du batiment parl'intermediaire des assemblages. Cette transmission des f1echespeut engendrer des contraintes dans 1es elements ou causer desdep1acements differentie1s.

Le retrait de cure, l'hydratation, 1a carbonatation ainsi que1a corrosion ou toute autre reaction chimique peuvent provoquer deschangements irreversib1es des dimensions des materiaux,eventue11ement nuisib1es aux elements ou a 1a structure.

Les fissures se produisent 10rsque 1es contraintes al'interieur du materiau depassent sa resistance. Les contraintesdans un element ou un materiau sont souvent dues aux liaisonsrigides avec d'autres elements ou materiaux. Lorsque 1afissuration se produit, i1 s'opere une redistribution descontraintes, et l'ouverture des fissures depend de 1a capacited'adaptation du nouveau systeme a supporter 1es charges. 11 estparfois possible d'empecher 1a fissuration en uti1isant un materiauqui puisse resister aux contraintes qui pourraient apparattre.

11 est ega1ement possible de restreindre l'ouverture desfissures dans un materiau peu resistant en tension grace a unmateriau ayant une resistance e1evee a 1a traction. C'est 1eprincipe applique dans 1a poutre en beton arme. Les fils ou 1esbarres d'acier utilises a cette fin n'empechent pas 1afissuration: i1s s'opposent aux deformations et, de ce fait,introduisent des contraintes dans 1e beton. Une fois que 1afissuration s'est produite, 1a contrainte de tension introduitedans 1e beton est transmise a l'armature qui tend a restreindrel'ouverture des fissures. Les fissures seront probab1ement tresetroites, mais en nombre considerable, reparties 1e long de 1apartie inferieure de 1a poutre.

Batiments traditionnels et batiments industria1ises

II Y a toujours eu des joints dans 1es batiments et lesbatiments industria1ises ne font pas exception. Dans 1es batimentstraditionnels, ou 1a mise en oeuvre est essentie11ement manue11e,1es elements sont petits et 1es joints nombreux ; c'est 1e cas, parexemp1e, des ma~onneries. On compte par consequent de nombreux

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joints par unite de longueur, mais une faible amplitude demouvement a chaque joint. C'est l'une des raisons pour laquelleles murs de ma~onnerie se comportent bien, a moins que lesconditions climatiques ne soient extremement severes.

Beaucoup de batiments modernes et de systemes industrialisessont realises avec de grands elements, ce qui reduit Ie nombre dejoints par unite de longueur, mais peut conduire a des mouvementsde joints plus importants. Les methodes de constructiontraditionnelles permettent aussi des ajustements au moment de lapose sur Ie chantier, alors que la construction utilisant de grandselements n'est rentable que si la coupe et l'ajustage sont eliminesdes processus de chantier. C'est pourquoi la question des jointset de leur performance est devenue un aspect essentiel etinevitable de l'etape de la conception.

S'il incombe au concepteur de tenir compte des facteursfondamentaux qui jouent dans l'ajustement et la jonction deselements d'un batiment, il doit evidemment etre capable de lesdeterminer. Ceci est plus vite dit que fait, puisque lesconnaissances particulieres aux mouvements et aux interactionsentre les divers types de mouvements dans les batiments sontlimitees et n'ont que recemment fait l'objet d'etudes par lesorganismes de recherche en batiment ou par d'autres organismes. IIexiste aussi dans les batiments certains defauts qui doivent etreetudies et definis.

11 peut y avoir une difference considerable entre lesdimensions ou la position prevues des elements et les resultatsconcrets. Cette difference provient d'imprecisions dans lafabrication, la mise en oeuvre ou la pose sur Ie chantier. Ce sontdes erre~rs humaines qui peuvent etre evitees, dans une certainemesure. De plus, la temperature et l'humidite provoquent desvariations dimensionnelles qui different selon les materiauxutilises. Bien qu'inevitables, ces variations peuvent etre prevueset maftrisees.

Emplacement des joints et exigences particulieres

L'emplacement des joints est dicte en partie par Ie cout et lafacilite d'execution. Pour les materiaux qui sont fabriques horschantier, la taille des elements risque d'etre determinee par leslimitations du transport. Sur Ie chantier, il est fort probableque ce soit la capacite de manutention qui determine la taille deselements, et elle depend du choix des entrepreneurs. Lorsque lamanutention doit etre effectuee par des ouvriers, les elementsdoivent etre suffisamment petits ou relativement legers. Les gruessont maintenant employees de fa~on universelle sur les chantierspour soulever des elements lourds et de grande taille. Meme si onne peut realiser tout un batiment ou tout un mur d'une seule piece,Ie concepteur peut aujourd'hui envisager de construire de larges

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pans de mur sans joint. Les joints qui se situent entre 1eselements peuvent etre des ignes par "joints de pose".

D'autres types de joints sont essentie1s dans 1es batimentsceux qui rea1isent 1a jonction entre deux materiaux ou deuxelements heterogenes. C'est 1e cas, par exemp1e, des ouverturespratiquees dans 1es murs: i1 faut prevoir un joint entre 1e verreet 1e chassis et un autre entre 1e chassis et 1e mur. De meme, i1faut des joints ~ 1a jonction des murs et du toit, des murs et desp1anchers, et des c1oisons au p1ancher et au p1afond. Lorsquel'enve1oppe du batiment est composee de p1usieurs materiaux, i1doit y avoir des joints ou des interfaces entre 1es materiaux, parexemp1e entre l'iso1ant et 1e mur de remp1issage.

Tous ces joints essentie1s doivent etre pris en considerationpar 1e concepteur. Les joints interieurs sont convenab1ementrealises par l'intermediaire de details architecturauxtraditionne1s comme 1es corniches de p1afond, 1es p1inthes ou 1escouvre-joints. Ces details de construction se sont reve1essatisfaisants sur 1e plan esthetique et 1~ ou leurs fonctions deseparation n'etaient pas tres importantes. On exige cependantbeaucoup plus des joints situes ~ l'exterieur de l'enve1oppe dubatiment.

On peut aborder l'emp1acement des joints de l'enve1oppeexterieure en faisant colncider 1es joints uti1es (necessaires pourque 1es composants soient d'une tai11e raisonnab1e) avec 1es jointsessentie1s qui surviennent aux changements de materiau. On peutainsi se retrouver avec des joints entre 1es fenetres et 1espanneaux de mur. 11 se peut que ce ne soit pas l'approche 1a pluslogique ; dans certains cas, i1 peut etre avantageux de fabriquerdes panneaux de mur avec fenetres et baies de portes integrees car1a jonction tres delicate entre ces elements est a10rs rea1iseedans des conditions plus ou moins idea1es, en usine. L'ecou1ementde l'eau de p1uie sur 1a fa~ade du batiment et sur 1es panneaux et1es joints doit faire l'objet d'une attention particu1i~re si onveut eviter 1es taches et 1a penetration de 1a p1uie.

L'enve1oppe exterieure (murs ou toit) doit agir comme uneseparation entre deux milieux, ce1ui qu'on veut maintenir al'interieur du batiment et ce1ui qui decou1e des conditions et duc1imat de 1a loca1ite. Pour separer deux milieux, l'enve1oppeexterieure doit repondre a certaines exigences de performance.

E11e doit contr61er 1e passage de l'air, de 1a vapeur d'eau etde 1a chaleur et assurer une protection contre 1e rayonnement, 1ebruit, 1e feu, 1es vermines, tout en demeurant resistante, durableet d'un aspect agreab1e. En plus, e11e doit etre economique. Lesjoints qui se situent entre 1es elements d'un mur exterieur doiventrepondre a certaines de ces exigences ou parfois toutes, se10n 1etype de projet.

JOI NT EN RECOUVREMENT

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PREFORMES D'ETANCHEITI JOINT ADEUX [TAGES

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Types de joints

11 existe tellement de types de joints dans les batimentstraditionnels et modernes qu'il est difficile de les classifierlogiquement. Aux fins de cette etude, toutefois, on peutdistinguer deux types principaux de joints par rapport aux elementsadjacents: les joints a protection mecanique et les jointsouverts. Les joints a protection mecanique comprennent les jointsentre deux elements qui s'embottent (planches a rainure etlanguette), dont les rives se chevauchent (bardeaux ou tuiles) ouqui se chevauchent et sont assembles mecaniquement (couvre-jointutilise en genie). (diapositive 1)

Lorsque les elements sont separes par un espace, on ne peutobtenir une continuite fonctionnelle qu'en remplissant l'espaceentre les flancs plats, rainures ou chanfreines avec un autremateriau (diapositive 2). Les elements qui s'emboltent requierentdes joints dont la geometrie doit etre precise et les dimensionsbien controlees, ce qui peut s'averer difficile a realiser avec ungrand nombre de materiaux et d'elements.

Les joints a recouvrement pour les revetements exterieurs etles toitures demeurent une solution tres ancienne qui a fait sespreuves et qui merite encore d'etre prise en consideration pour leselements importants et les constructions lourdes. Ce type de jointne requiert pas une grande precision dimensionnelle et, danscertains cas, n'exige aucun produit de colmatage. On peut prevoirun dispositif de fixation qui permet Ie mouvement de maniere a cequ'un element puisse glisser par rapport a l'autre au recouvrement.Enfin, les couvre-joints sont peu utilises dans la construction debatiments mais Ie sont frequemment en genie••• et pourraient etreplus largement utilises.

Tolerances

Pour que les joints ouverts soient efficaces, la largeur de laseparation entre les deux elements doit etre comprise entrecertaines limites. La limite inferieure est imposee par la largeurminimale de mastic qui puisse s'adapter aux mouvements prevus oupar la largeur minimale necessaire a l'insertion des preformesd'etancheite et des chicanes. Si on applique Ie mastic aupistolet, il existe une limite inferieure assez etroite a partir delaquelle une application n'est plus realisable et une limitesuperieure au-dela de laquelle Ie produit peut s'affaisser. Si laseparation des elements est trop grande, les preformes n'exercentpas une pression suffisante pour assurer l'etancheite et leschicanes peuvent ne pas s'embolter convenablement.

Deux facteurs sont en jeu: la largeur du joint necessairepour que Ie materiau du joint demeure efficace et la largeurnecessaire pour reprendre les inevitables defauts de fabr.ication etde construction. Le premier facteur est tres simple et depend

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JOINT A RECOUVREMENTAUCUNE DIMENSIONIMPORTANTE

Diapo 3

ARMOIRE SUR UN MURAUCUNE DIMENSIONI MPORTANTE

PANNEAU POSE ENTREDEUX AUTRES PANNEAUX2 DIMENSIONS IMPORTANTES

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ARMOIRE POSEE DANS UNRENFONCEMENT DE MUR2 DI MENS IONS I MPORTANTES

Diapo 3

Diapo 4

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principalement de la nature du materiau de jointoiement. II estdonc facile de determiner la largeur du joint et l'ampleur desmouvements que peut reprendre Ie materiau de jointoiement. Lemastic de vitrier par exemple peut resister a des deformations de±l pour cent ; les polysulfures resistent a des deformations del'ordre de ±25 pour cent.

II n'est pas si facile d'obtenir la bonne largeur de jointaucun composant ne peut etre fabrique economiquement selon lesdimensions exactes prevues et la mise en place d'un element defa~on precise exige un soin tout particulier. Une certaineimprecision est donc inevitable tant sur le plan de la fabricationque de la mise en place des composants. Si ces imprecisions nesont pas limitees, les problemes d'ajustement qui en decoulentpeuvent ralentir la construction, entraver l'interchangeabilite deselements et compromettre la resistance et la performance de tout Iemur, voire meme de tout Ie batiment.

II existe actuellement, dans la plupart des pays, tres peud'information sur les tolerances, peu d'entente sur des valeursappropriees, et il est plutot rare qu'elles soient specifieescorrectement. En general, les architectes pensent que lestolerances normales dans Ie domaine de la construction ne sont passatisfaisantes. Quant aux entrepreneurs, ils pensent que lesarchitectes comprennent mal les problemes de construction etexigent des niveaux de precision trop eleves, parfois impossibles aatteindre.

Les tolerances de dimension

Ceci nous amene donc a la question du besoin de precision et ala possibilite de l'eviter. Le concepteur doit examiner chaquedetail par rapport au nombre de contraintes dimensionnellesimposees et, par consequent, au besoin de precision dans lesdimensions. Si les contraintes dimensionnelles peuvent etrereduites, les difficultes d'ajustement en seront attenuees.

Considerons maintenant les contraintes dimensionnellesrelatives a la pose des elements. Dans les cas les plus simplescomme la pose d'une armoire sur un mur ou d'un assemblage arecouvrement, l'exactitude des dimensions n'est pas important(diapositive 3). Les dimensions revetent plus d'importance dans Iecas d'un element qui doit s'inserer entre deux autres elements oud'une armoire qui doit etre placee dans un renfoncement de mur(diapositive 4). Les dimensions de l'ouverture ou du renforcementet les dimensions de l'element ou de l'armoire deviennentimportantes au moins dans une direction, et exigent uneverification des tolerances. La pose d'une fenetre dans uneouverture de mur ou d'une armoire qui doit occuper tout unrenforcement exigent la verification des dimensions, etl'ajustement peut s'averer difficile. (diapositive 5)

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FENETRE POSEE DANS UN MUR4 DIMENS IONS IMPORTANTES

Diapo 5

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ARMOIRE POSEE DANS UNRENFONCEMENT DE MUR4 DIMENSIONS IMPORTANTES

1

ESCALIER PREFABRIQUEADAPTE A UNE CAGE D'ESCALIER

ENTRE DEUX ETAGES6 DIMENSIONS IMPORTANTES

Diapo 6

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Lorsqu'un element doit etre ajuste selon trois directionsdifferentes, comme c'est Ie cas pour un escalier prefabrique quidoit s'adapter a une ouverture de plancher et parvenir a egalitedes niveaux superieur et inferieur, Ie probleme devient tresdifficile et la pose exigera fort probablement des ajustements surIe chantier (diapositive 6). Ce genre d'ajustement selon troisdirections est tres frequent et il appartient au concepteur dereperer ces problemes. On peut redulre les contraintes enprevoyant des tolerances dans certaines directions.

Ce qui precede a permis de souligner les nombreux facteurs aprendre en consideration lorsqu'on con~oit un batiment pour dirigerles mouvements et reduire ou eliminer les fissures nuisibles. Laplupart des autres facteurs seront examines en detail dans lesautres exposes de ce proces-verbal. II s'agit essentiellement icide transmettre au concepteur Ie plus de connaissances possible surce sujet important de fa~on a ce qu'il puisse les appliquer a dessituations particulieres. Le concepteur est en effet celui quidoit prendre les decisions, notamment en ce qui concerne Ie choixet la combinaison des materiaux, et souvent il est Ie seul capablede juger de l'opportunite d'une solution. 11 est evident que s'llpeut eviter la deterioration et la fissuration des materiaux et deselements, il s'empressera de Ie faire.

+

TENSION

DEFORMATION L1NITAIRE,EN POUCEfPOUCE +

DEFORMATION DUE

A LA TENSION

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COMPRESSION

LA DEFORMATION UI\JITAIRE EST LA DEFORMATION LII\JEAIREPAR UNITE DE LONGUEUR CONSECUTIVE A UNE CONTRAINTEDON NEE.

LA CONTRAINTE EST LA FORCE EXERCEE PAR UNITE DESURFACE.

LE MODULE D1ELASTICITE EST LE RAPPORT CONTRAINTE­DEFORMATION UNITAIRE QUI CARACTERISE LA RESISTANCEAUX DEFORMATIONS DU MATERIAU.

Diapo 1

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DEFORMATION UN I TA I RE, EN POUCEI POUCE

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Diapo 1

Diapo 2

Diapo 3

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,RAPPORTS TENSION-DEFORMATION

par N.B. Hutcheon

Lorsqu'il se produit des changements de charge ou detemperature, tous les materiaux subissent de legeres variationsdimensionnelles. Certains materiaux se deforment sous l'effet desvariations de la teneur en humidite ; d'autres se dilatent ou secont~actent par suite des reactions physiques ou chimiques aUKagents exte~ieurs. Ainsi, chacun des composants, donc Ie batimenttout entier, change constamment de dimensions.

La question qui vient alors a l'esprit est la suivante :Comment peut-on savoir si ces changements de dimensions sontimportants? La reponse n'est pas toujours simple car il peut yavoir beaucoup d'effets differents. En general, Ie concepteur doits'assurer qu'il a tenu compte des variations dimensionnelles lesplus importantes, de fa~on a ce que Ie batiment puisse les tolerersans effet defavorable.

Pour pouvoir etablir une base d'evaluation quantitative desdeformations et des fissures, il faut s'interesser aux cont~aintes

et aux deformations limites et admissibles des materiaux. Latheorie de la resistance des materiaux repose largement surl'hypothese d'un materiau ideal obeissant a la loi de Hooke, selonlaquelle la deformation est proportionnelle a la charge. L'etudede la resistance des materiaux fait egalement intervenir lesnotions de contrainte et de deformation unitaires et celIe dumodule d'elasticite, defini comme la contrainte virtuelle capablede produire une deformation unitaire pour une unite de longueur dumateriau.

Les materiaux reels n'obeissent pas toujours a la loi deHooke, mais celle-ci s'applique a la plupart d'entre eux dans lesdomaines de contrainte de service habituels. La courbecaracteristique de l'acier moderne de construction apparalt sur ladiapositive 2. On peut remarquer que l'allongement moyen a larupture est d'environ 0,20 (c'est-a-dire 20% d'allongement).Lorsque la courbe contrainte-deformation unitaire (presentee iciseulement pour la traction) est dessinee de maniere a representerune deformation aussi importante, Ie domaine elastique se voit trescomprime. Sur l'echelle allongee de la diapositive 3, on voitmieux Ie domaine elastique: la deformation unitaire correspondanta la limite d'ecoulement d'un acier G40.12 est d'environ 0,0015,soit 0,15%. La grande capacite de l'acier a se deformer dans Iedomaine plastique avant la rupture lui permet de s'adapter a desconcentrations de contraintes et de resister aux chocs.

ACIER G 40.12 (ECOULEMENT RAPIDE)

ACIER A514 (ECOULEMENT GRADUEL)

0,020

DOMAINE DE DEFORMATION

AVEC ECROUISSAGE

0,0150,0100,005

DOMAINE PLASTIOUE

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ALLONGEMENT

Diapo 4

Diapo 4

Diapo 5

15

On voit c1airement sur 1a diapositive 2 qu'un acier A514, dontla limite d'ecoulement est de 100 000 lb/p02 , presente presque 1ememe allongement de rupture (c'est-a-dire 20%) que les aciers G40,dont la resistance est deux fois moins elevee. Dans les aciers aucarbone recuits, au fur et a mesure que la teneur en carbone et laresistance augmentent, l'allongement de rupture diminue: de telsaciers deviennent plus durs et plus resistants, et ont une ruptureparticuliere. Cependant, bien que la deformation unitaire al'ecoulement augmente suivant l'accroissement de la limiteconventionnelle de proportionnalite, la capacite d'adaptation a desconcentrations de contraintes par ecoulement plastique local et deresistance aux chocs diminue.

Les materiaux qui se deforment peu dans Ie domaine plastiquesont dits fragiles. lIs sont tres sensibles aux chocs et auxconcentrations de contraintes telles que celles produitesintentionnellement lorsqu'on coupe, par exemple, une vitre. Lebeton est moyennement fragile. II s'ecarte nettement de la Loi deHooke en general: sa courbe contrainte-deformation n'est paslineaire comme on peut 1e constater sur la diapositive 4 ou elle aete exageree. Le module d'elasticite du beton doit alors etredetermine approximativement en considerant la tangente (aT) ou lasecante (aD) aux courbes contrainte-deformation, selon Ie cas.

II est maintenant utile de comparer les caracteristiques dedivers materiaux couramment utilises en se reportant au tableau I.Les valeurs indiquees doivent etre considerees comme des valeursmoyennes ou typiques car il peut y avoir des ecarts importants pourn'importe quel materiau.

La limite d'ecoulement de l'acier doux correspond a unecontrainte de 30 000 lb/p02 , et on utilise des contraintes moinse1evees pour les calculs. L'allongement correspondant a la limited'ecoulement est de 0,001 ou 0,1%, soit un millieme ou environ unpouce pour cent pieds. L'allongement de rupture qu'on a pu voirsur les diapositives precedentes peut atteindre 200 f01s la valeurprecedente, soit 20% d'allongement. Cette propriete de l'acier, ladeformation plastique, est tres utile car elle permet laredistribution des contraintes et des charges, et fournit parconsequent une excellente protection contre la rupture soudaine.Cependant, comme on peut Ie constater, la deformation plastiqued'un element depend de nombreux facteurs et ne correspond donc pastoujours directement a celIe demontree par un essai de traction.

L'aluminium resiste a peu pres aux memes chargesd'exploitation que l'acier et peut aussi se deformer plastiquement,mais comme son module d'elasticite est Ie tiers de celui del'acier, i1 se deforme trois fois plus sous une meme charge. Cefacteur est important pour Ie calcul. Enfin, les caracteristiquesde resistance et d'allongement dependent de la composition et dutraitement du materiau et, tout comme l'acier, une resistance

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Diapo 5

17

accrue s'accompagne en general d'une diminution de l'allongement derupture.

TABLEAU I

Resistance et deformation des materiaux

MateriauModule

d'elasticite,en lb/ p02

Limite approximative enservice

Contrainte, Deformation,en lb/ p02 en %

Metaux ductiles usuels

Acier ordinaire 30 x 106 30 OOOT 0,10

Aluminium 10 x 106 30 OOOT 0,30

Materiaux fragiles usuels

Verre ordinaire 10 x 106 4 OOOT 0,04

Beton ordinaire 2,5 x 106 2 500C 0,10250T 0,01

Rrique 3 x 106 6 OOOC 0,20SOOT 0,016

Pierre calcaire dense 10 x 106 25 OOOC 0,25600T 0,006

Materiaux organiques divers

Polyester arme

Plastiques non armes

Sapin de DouglasCompression parallele

aux fibres

Compression perpendiculaireaux fibres

1 ,5 x 106

200 000 a3,0 x 106

1,5 x 106

15 OOOT

2 000 a10 000

4 000

650

1 ,0

0,25

Le verre, Ie beton, la brique et la pierre sont des materiauxrelativement fragiles. Le verre est exceptionnel a cause de sonextreme fragilite, mais il resiste bien a la tension, ce qui permet delui faire supporter des charges en tension, compression ou flexion.Le beton ordinaire a une limite de deformation en service d'environ0,1%. (Le heton se rompt en general lorsque la deformation est del'ordre de 0,4 a 0,8% en compression). Le beton, la brique et lapierre calcaire ont des resistances en tension qui ne depassent pas10% de leur resistance en compression: ces materiaux sont doncsujets a la fissuration lorsqu'ils sont sollicites en tension.

0:: .-:=» <C...... :!:::=» a::c)uoz ...... u..0>............. <CQ

TTTTTTT.LAllONGEMENT

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...........<CZ

u.zo

zo

0:: .-:=» <C...... ~:=» 0::OV)ozzu.0<c'UJ..... V)Q

A EN CHARGE

Diapo 6

B RETRAIT GENE

Diapo 6

Diapo 7

Diapo 8

19

Le mot "plastiques" designe un grand nombre de materiauxorganiques dont les proprietes. parfois tres differentes. peuventetre modifiees en changeant leur formule ou leur mode defabrication. lIs sont generalement caracterises par un faiblemodule d'elasticite et. par consequent. se deforment fortement sousles charges d'exploitation. Meme renforces de fibres de verret lespolyesters peuvent s'allonger de 1% a la charge admissible. alorsque l'acier et Ie beton ne depassent pas 0.1% d'allongement.

Le bois. qui est un produit naturel. a des caracteristiquesqui varient d'un arbre a un autre et d'une espece a une autre. Saresistance et son module d'elasticite varient selon la teneur eneau et d'autres facteurs. De plus. ses proprietes sont tresdifferentes selon qu'elles sont mesurees dans Ie sens des fibres ouperpendiculairement. La resistance et Ie module d'elasticitemesures dans Ie sens des fibres sont inherents aux fibres elles­memes. alors que les valeurs beaucoup plus faibles de la resistanceet du module mesures perpendiculairement aux fibres sont imputablesa l'ecrasement des cellules du bois. Les valeurs de la resistanceet du module d'elasticite peuvent etre de 5 a 20 fois plus eleveesparallelement aux fibres que perpendiculairement a celles-ci.

Les limites de deformation. dont on a parle au debut. peuventservir de base pour estimer les deformations dues a la temperature.a l'humidite et a d'autres facteurs qui seront etudies par lasuite. 11 faut toutefois souligner certaines complications.Lorsqu'un materiau qui n'est pas libre de se deformer subit unretrait par suite de son sechage ou de son refroidissement. descontraintes de tension et des deformations apparaissent comme si Iemateriau etait mis en charge progressivement. Si Ie processus sepoursuit assez longtemps. il peut se produire une rupture detension sous forme de fissures. Ainsi. au lieu d'une deformationqui modifierait ses dimensions comme sur la diapositive 6. Iemateriau subit un retrait tout en etant maintenu a sa longueurinitiale.

Les materiaux qui sont tres fragiles. c'est-a-dire qui cedenten traction sans deformation plastique. se conformeront etroitementaux previsions de rupture par fissuration sous l'effet d'une chargedeterminee experimentalement. Les materiaux qui accusent uneplasticite moderee sous des contraintes elevees presentent Ie memetype de rupture fragile. mais ceux qui. comme l'acier. sont tresductiles se deforment considerablement et laissent apparattre unretrecissement localise avant la rupture complete. Les resultatsdes essais de mise en tension des eprouvettes d'acier et de fontede la diapositive 7 sont presentes sur la diapositive 8. Leseprouvettes normales de fonte et d'acier presentent des sections deruptures fragile et ductile caracteristiques. Dans la barred'acier a entaille vive. la deformation plastique se produitseulement au fond de l'entaille. ce qui reduit nettementl'allongement total de rupture. La resistance est toutefois accrue

1100

1000

800

p=O,05"

(0)

Diapo 9

EPROUVETTE

COMME CI-DESSUSRID z: 1

z: 0,5z: 0, 1

ANGLE DROIT

FILET EN V

FILET NORMALISE U.S.

Diapo 10

COEFFICIENT DECONCENTRATIONDE CONTRAINTE

1,21, 62, 0

2,0

3,0

2,5

ZONE PRIMAIRE ZONE SECONDAIRE ZONE TERTIAIREDE FLUAGE DE FLUAGE DE FLUAGE

RUPTURE"""X

zol­e:(

~0:::ou..

'LLJo

TRANSITOIRE

VITESSE DE FLUAGE MINIMALE

DEFORMATION PLASTIQUE AU TEMPS ZERO

DEFOR MAT ION ELAS TI QU,E AU TE MPS ZER0

TEM PS

Diapo 11

Diapo 9

Diapo 10

Diapo 11

Diapo 12

21

puisqu'il n'y a qu'une faible reduction de section. Dne barred'acier entaillee exhibe donc une sorte de fausse fragilite.

Lorsqu'on observe attentivement les contraintes d'une piecechargee dont la section varie nettement, on remarque d'importantesconcentrations des contraintes. Comme on l'a vu, cetteconcentration de contraintes peut n'avoir qu'une faible influencesur la charge de rupture ou peut en fait l'augmenter, dans Ie casde l'acier, qui tolere d'importantes deformations plastiqueslocales. Par contre, l'allongement total de rupture peut etreconsiderablement reduit en comparaison d'une piece de sectionuniforme sur toute sa longueur. Les materiaux fragiles sont, quanta eux, beaucoup plus sensibles aux concentrations de contraintes,et la charge de rupture en traction est alors reduite dans laproportion des facteurs de concentration des contraintes.

Les materiaux ductiles ne sont pas necessairement influencespar les concentrations de contraintes sous charge permanente, maisces dernieres peuvent etre tres prejudiciables s'ils sont soumis ades cycles de contrainte repetes comme c'est Ie cas pour les piecesen rotation qui supportent des charges transversales. On peut voirsur la diapositive 10 quelques-uns des coefficients deconcentration des contraintes correspondant aux changements desection transversale d'une barre.

II existe un autre phenomene, lie au temps, qui compliquedavantage la prevision des allongements de rupture et en meme tempsles relations contrainte-deformation. La plupart des materiaux,lorsqu'ils sont fortement charges, continuent a se deformer meme sila charge reste constante. Cette deformation est fonction du tempset du niveau de contrainte. Lorsque la contrainte est suffisammentelevee, on assiste au fluage a vitesse croissante (tertiaire) quiconduit eventuellement a la rupture sans que la charge soitaugmentee. II est evident que Ie fluage peut se produire aussipendant un essai de mise en charge avec une machine. Sur ladiapositive 12, on peut voir les courbes contrainte-deformation detrois cylindres en beton soumis a des essais de compression avectrois vitesses de chargement differentes. La deformation derupture, comme c'est Ie cas ici pour Ie beton soumis a unesollicitation de compression, depend d'une maniere assez complexedes conditions de deformation. Le fluage est relativement faiblelorsque les contraintes sont peu elevees mais peut devenirimportant pour la majorite des materiaux soumis a des chargeselevees. Les deformations importantes qui peuvent resulter dufluage apres un certain temps peuvent justifier une reduction descharges d'exploitation afin de rester dans des limitesraisonnables.

On peut maintenant se demander si un materiau se rompt a causede la contrainte ou de la deformation. Comme la contrainte et ladeformation sont intimement liees, on peut utiliser la notion quinous convient Ie mieux. Si on peut identifier les charges et les

COURBES TYPIQUES CONTRAINTE-DEFORMATION

POUR DES EPROUVETTES DE BETON

0,003O. 002

VITESSE DE CHARGEMENT__--_~,--..NORMALISEE

16,7 Ib/po2/s

0, 001

.....\ .--.--._.."".

• ./ CHARGEMENT LENT 0,28 Ib/po2/s

}I• •~

'I / CHARGE CONSTANTEI .1/

~''/

IE ~1000r14

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UJ

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UJ~Z.....J::>«t::l::~::>t::l:: 0,800a.. Z

LLJ UJ

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«~~1-a::UJ

~> 0, 2'UJ ::>00

t::l::a..

'UJ

00,000

DEFORMATION UNITAIRE Dll BETON, EN POLICE PAR POLICE

Diapo 12

23

contraintes, eiles peuvent servir ~ pr~voir la rupture. Enr eva nche , lorsque la deformation Lmp os ee est le f ac t eu r c onnu , ilest plus facile de la comparer directement avec les deformationslimites du materiau. C'est certainement cette derniere approchequi est la plus appropriee pour les nombreux probl~mes que posentles joints et pour tous les cas oQ les fissures et les mouvementsentrent en jeu. Nous pouvons aussi estimer convenablement lescontraintes en comparant les deformations imposees avec ladeformation limite d'exploitation. Le phenomene du fluage, c'est­~-dire l' augmentation de la deformation avec Le temps s eu l.eme nt ,rendra toujours la determination precise du rapport contrainte­rleformation difficile, car il faut teni.r compte du temps et desconditions de mise en charge.

l.orsque les restrictions de mouvements ne sont pasprevisibles, il peut etre tres complique d'estimer l'amplituder(~elle de la deformation. S'1l n'existe aucune gene ~ ladilatation ou ~ la contraction d'un element provoquees par desfacteurs autres que la mise en charge, il n'y aura aucunecontrainte, done aucune deformation. l.es changements de dimensionspeuvent s'averer inacceptables pour d'autres raisons, mais ilsn'entralneront pas l'apparition de contraintes ou de deformations.Si au contraire l'element ne peut se deformer alors que lesconditions ambiantes changent, il sera maintenu a sa dimensionoriginale ; c'est-i-dire qu'il n'y aura pas de mouvement mesurable,bien que Ie materiau soit progressivement mis en charge et deforme.La deformation et la contrainte doivent toujours ~tre considereespar rapport au materiau nOll charge. Ainsi, la deformation qui seproduit lorsque la liberte de mouvement est restituee, permet dedeterminer l'etat de contrainte dans Ie materiau lorsqu'il n'estpas libre de se deformer, independamment du mouvement qui aurait puavoi r lieu.

Jusqu'~ maintenant, les exemples ont ignore les difficultesd'imposer une gene totale de mouvement de maniere a provoquer larupture d'une pi~ce tendue. ~es exigences speciales prevues pourles extremites des eprouvettes lars des essais illustrentparfaitement ce cas. II existe toutefois un grand nombre de caspratiques dans les batiments oQ la disposition du materiau, d'unelement ou de la structure, produit une g~ne inherente et provoquedes efforts internes lorsque les contractions et les expansionsdues aux variations de temperature et d'humidite, ou i d'autreseffets, se produisent.

l.'examen des conditions d'encastrement devient tr~s importantlorsqu'on cherche a determiner a quel moment se produira la rupturedes pi~ces d'une structure exposee au feu. Vne ou deux poutres oucolonnes, fortement chauffees par suite d'un incendie localise,auront tendance i se dilater, mais cette dilatation peut ~tre g~nee

par Ie reste de 1a structure. Le reste de la structure peutreprendre une partie des efforts mais de fa~on tr~s limitee si lastructure est tres rigide par rapport a l'element expose au feu.

Diapo 13

25

D'un autre cote, la gene peut etre negligeable si Ie reste de lastructure se deforme librement. On constate donc que Le degre degene dans une situation donn~e d~pend de la libert~ de deformationentre les pieces encastrees et celles qui assurent l'encastrement.Si toutes les pieces ont la meme resistance, les deformationsseront pa r t agee s egalement.

Lorsque la contraction ou la dilatation libre est uniforme autravers d'un materiau, Ie changement total de dimensions n'entrainepas de deformation. Si, au contraire, Ie mouvement au travers dumateriau n'est pas uniforme, les parties qui se deforment Ie moinsgenent la deformation du reste du materiau et cree des contraintesqui, dans les cas extr~mes, conduisent i la fissuration. Ainsi,lorsqu'un materiau monolithique est soudainement expose au froid,il se refroidit et se contracte rapidement en surface. Plus il serefroidit rapidement, plus la deformation est importante. Cephenomene est l'un des principaux problemes auquel fait face Iefabrlcant de vitres qui doit recuire et refroidir lentement sonproduit. II profite cependant de La faible gene qu'offre Ie verrei demi fondu pour introduire des deformations initiales decompression i la surface du verre, grace au refroidissement rapide,pour obtenir un verre plus resistant.

Les materiaux comme Ie bois, dont les dimensions changentnettement avec la teneur en eau, sont soumis a des deformationsinternes tres importantes lorsqu'ils sechent. Le bois presente unecomplication s up pLeme n t a Lre qui tient i ce que Le retrait n'est pasIe meme dans les trois principales directions de l'arbre, c'est-a­dire, dans Ie sens des fibres, dans la direction perpendiculaireaux fibres et dans la direction tangente aux fibres. Le retraitest de l'ordre de 0,1, 5 et 7 pour cent, respectivement, quand Iebois vert seche completement. Meme si une bille de bois est secheelentement, elle se fissure presque toujours car Ie retrait Ie longde la circonference est beaucoup plus important que Ie retraitradial. La fissuration ne peut etre evitee que par Ie debitage desbilles de bois en pieces de bois de construction et par un sechagesoigne.

Lorsqu'on assemble deux materiaux dont les proprietes sontd Lf f ere ntes , ils peuvent mutuellement Lnt r odu-Lre 'des efforts et desdeformations si on impose un changement de charge, de temperatureou de teneur en e au , .Pa r exemple, les cartes et les photosencollees d'un seul cot~ de leur support en carton doivent etre"~quilibrees" par nne feuille semblable collee de l'autre cote sion veut eviter toute deformation.

Le contreplaqu~ est un cas encore plus complique, car lesplacages dont il est constitue reagissent differemment i l'humiditedans chacune des deux directions des fibres. Les materiaux quin'ont que deux plis gauchissent tellement qu'ils sontinutilisables. L'assemblage doit comporter un nombre impair depIts disposes sym~triquement dans Ie plan du contreplaque selon la

Diapo 14

Diapo 15

Diapo 16

27

direction des fibres. 11 peut se produire des fissures et desger~ures dans Ie placage des contrep1aques si on les utilise dansdes conditions d'humidite inferieures a celles de leur fabrication.Encore a propos du bois, les variations de teneur en eauquotidiennes, hebdomadaires et saisonnieres des parements en boispeuvent se traduire par des changements de dimension dans Ie sensperpendiculaire aUK fibres qui depassent 1%. De telles variationsse produisent dans toutes les maisons en rondins, et desdifficultes surgissent lorsque des elements en bois sont fixes auxrondins perpendiculairement aux fibres. Les rondins horizontauxs'ajustent au retrait, alors que les fissures des rondins verticauxne peuvent que s'ouvrir. Ces problemes se retrouvent dans lesplanches larges de parement si elles sont solidement clouees surleurs deux bords. Les Norvegiens ont une methode particuliere declouage des planches larges de parement, qui permet d'eviter cettefissuration. On peut voir l'application de cette methode declouage sur 1a diapositive 14: les planches larges ne sontclouees qu'au centre, alors que les lattes sont fixees au moyen declous obliques qui traversent les espaces entre les planches.

Ces probl~mes et bien d'autres se produisent avec Ie bois caril accuse un retrait et une ditatatlon relativement eleves dans Iesens perpendiculaire aux fibres selon les variations de la teneuren eau. Ce serait beaucoup moins pratique si de tels mouvements seproduisaient dans Ie sens des fibres ou Ie retrait est seulement de0,1% lorsque Ie bois vert est completement seche.

Les briques ne changent pratiquement pas de dimension lorsquela temperature ou l'humidite varient. Dans certains cas, lesbriques fabriquees a pa~tir de combinaisons particulieres demateriaux bruts et cuites a des temperatures speciales ont tendancea augmenter de volume dans des proportions de 1 a 2 pouces par100 pieds lineaires lorsqu'elles sout utilisees tout de suite apresleur cuisson. Bien que cette dilatation ne soit pas importante,n'etant que de 0,2%, elle provoque des efforts de compression quipeuveut mettre en jeu des forces importantes, difficiles acontenir, eontrairement au retrait qui est dissipe par des fissuressous l'effet de faibles contraintes de traction. Un ouvrage enbrique est relativement fragile et rigide. 11 peut done presenterdes fissures graves, par suite du tassement des fondations oud'autres mouvements importants du batiment. Les fissures sontsituees en general dans les joints de mortier car ils sont moinsresistants que la brique. Cependant, si on utilise un mortier plusresistant meme des briques de bonne qualite peuvent se fissurer.

Les ouvrages en blocs de beton sont tres rigides, comme lesma~onneries de briques, et sout par consequent tres sensibles auxmouvements des b~timents. La fissuration et les problemes demouvements dus au retrait de sechage ne sont generalement pasgraves si les blocs ne presentent pas un retrait superieur a 0,04%entre l'etat de saturation et l'etat sec. Les blocs faits avec desgranulats legers peuvent accuser un retrait de 0,08% et plus et

Diapo 17

Diapo 18

Diapo 19

29

presenter des prob1emes serLeux de fissuration a moins qu 'i1s nesoient utilises de fa~on a ce que l'on puisse contro1er leur teneuren eau apres 1a pose. Les ma~onneries rea1isees en briques debeton peuvent aussi se fissurer.

La pate de ciment durcie, qui n'est norma1ement uti1iseequ'avec certains granulats, presente un retrait important pouvantatteindre 0,4% 10rsque 1es variations d'humidite sont extr§mes ou acause de 1a carbonatation.. Les produits i base de ciment mousse,qui ont 1es memes proprietes de retrait que 1e ciment pur,presentent un retrait e1eve a moins que leur cure ait ete rea1iseea 1a vapeur dans un autoclave.

11 nous est particu1ierement utile de connaitre 1es va1eurs deretrait du beton puisqu'on cherche a determiner l'importance desmouvements des materiaux. En premier lieu, on peut remarquer que1e beton et l'acier presentent les memes 1imites de deformation enservice, soit 0,1%. Cette coincidence permet de 1es fairetravai11er ensemble sous forme de beton arme ou d'autrescombinaisons. Cependant, l'a110ngement limite en tension n'est quede 0,01%, en comparaison du 0,04% de retrait pour 1es blocs debeton cites precedemment et du 0,4% de retrait possible de 1a patede ciment.

La carbonatation de 1a chaux du ciment par 1e dioxyde decarbone de l'air provoque un retrait tres marque mais se produittres 1entement a partir de 1a surface, dans 1e cas d'un beton demasse vo1umique norma1e, et penetre a une vitesse de l'ordre de1 pouce par 50 ans. Le retrait de carbonatation a long terme desautres produits en beton evo1ue a une vitesse qui depend de lapermeabilite au dioxyde de carbone.

Le beton se dilate parfois a 1a suite de reactions chimiquesinhabitue11es entre Ie ciment et 1es granu1ats, ou ces dernierssubissent une augmentation de volume. On voit sur 1adiapositive 17 1e resu1tat d'une tel1e reaction ou interviennentles a1cal is dans I·e ciment et un genre particu1ier de granu1ats.Les resu1tats d'essais de 1aboratoire effectues avec diversesconcentrations d'a1ca1is sont presentes sur 1a diapositive 18. 11existe p1usieurs solutions pour eviter cet effete

L'effet caracteri&tique est une fissuration de 1a surfaceexposee, causee par 1a dilatation du materiau sous-jacent qui estreste humide. P1usieurs experiences portant sur ce cas ont reve1eune valeur limite de dilatation de 0,2% l partir de 1aque11e 1ebeton commence a se desintegrer par suite de cette croissancei nterLeure ,

On rencontre aussi des difficu1tes avec 1es revetements, 1escouches minces et 1es p1acages appliques ou co11es sur desp1anches, des panneaux ou divers p1ate1ages, car ces revetementsminces et adherents a 1a surface du support devront probablement

2 4 6 8 10

TEMPS, EN MOIS u MOIS • 28 JOURS)

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Diapo 18

31

suivre les mouvements d'un support relativement epais et resistant.La fissuration du subjectile entratne une deformation localiseerelativement importante qui risque de provoquer la fissuration durevetement au meme endroit t a moins que ce dernier soit hautementextensible ou suffisamment resistant pour rompre l'adherence dechaque cote de la fissure t de sorte que la longueur de materiaulibre de partager la deformation soit augmentee. Ces cas sontfrequents avec les couvertures de toit posees directement sur desdalles en beton et avec la peinture sur Ie bois situe al'exterieur. On doit se rendre compte qu'il faut que la limite dedeformation du revetement ou de la couverture soit tres elevee pourpouvoir dissimuler les fissures du support auquel ils adherentfortement sans se rompre.

Rappelons t en conclusion t quelques valeurs de referenceconcernant les deformations de fa~on a pouvoir juger del'importance des divers mouvements des materiaux. Une valeur deOt1% est un repere utile puisqu'elle correspond a la limiteadmissible pour beaucoup de materiaux de construction courants et tpartant t pour les constructions qui en sont constituees. Cettelimite fournit aussi une valeur approximative de la stabilitedimensionnelle des batiments. Toute deformation superieure a cettevaleur sera generalement a l'origine de desordres gravest et dansbien des caSt il peut se produire des fissures et d'autresdifficultes meme pour un retrait plus faible t puisque plusieursmateriaux courants sont fragiles ou peu resistants en tension.

Nous avons souligne les difficultes que presente Ie calcul oul'evaluation des deformations limites t au-dela desquelles il fauts'attendre a la defaillance ou a la mauvaise tenue en service dumateriau. On a vu que les materiaux fragiles t quoique leurcomportement soit par certains cotes previsible t sont sujets a desconcentrations de contraintes. Les materiaux ductiles peuvent sedeformer largement apres avoir atteint leur limite normaled'exploitationt ce qui ne signifie pas necessairement que l'elementou la structure ont une reserve similaire. Le fluage et les effetsdus a la fatigue compliquent les previsions. Tous ces facteursdoivent etre pris en consideration au moment de la conception sil'on veut obtenir Ie resultat escompte. C'est Ie defi t tropsouvent ignore t que Ie concepteur de batiment doit relever. Lanegligence de cet aspect de la construction a des consequences quivont de la simple contrariete au veritable sinistre.

Diapo 1

33

VARIATIONS DIMENSIONNELLES DUES ALA TEMPERATURE

par J.K. Latta

Un materiau laiss~ libre se dilate par suite d'une elevationde la temperature et se contracte s'il est refroidi. Gette loi dela physique est tellement el~mentaire que pour beaucoup saconnaissance semble innee. On oublie trop souvent, cependant, quecette variation dimensionnelle n'est possible que si Ie mat~riau

est laiss~ libre. Si la dilatation ou la contraction est genee, ilse creera une contrainte a l'int~rieur du mat~riau. Un gaz enfermedans un recipient solide reagira a un changement de temperature parun changement de pression. Une barre d'acier encastr~e a ses deuxextremites sera soumise a des contraintes de compression si on lachauffe, et bien qu'elle puisse r~sister a une forte compression,elle risque de flamber pour dissiper les contraintes.

Afin d'evaluer l'ampleur des problemes de variationsdimensionnelles imputables aux changements de temperatures, troisfacteurs doivent etre connus :

1. La reaction du materiau a un changement donne de temperature.

2. Les variations de temperature auxquelles il peut etre expose.

3. Le degre de libert~ du mat~riau vis a vis des changements dedimension provoques par les variations de temperature.

Le premier facteur est facile a d~terminer. Le changement delongueur d'un materiau (libre de se deformer) par suite d'unchangement de temperature d'un degre s'appelle Ie coefficient dedilatation thermique lineaire. Ges coefficients sont assez bienconnus et peuvent etre trouves dans les manuels de reference. Ondonne au tableau lIes valeurs moyennes des coefficients dedilatation thermique des materiaux utilises couramment dans lesbatiments, y compris de certains plastiques.

On peut cons tater qu'il existe un rapport de 7 a 1 entre Iebois et l'aluminium et de plus de 40 a 1 entre Ie bois et Iepolyethylene. La dilatation d'un materiau de 10 pieds de longueurconsecutive a une elevation de temperature de 100°F peut etrefacilement calcul~e. On trouvera les resultats de ce calcul a latroisieme colonne du tableau I. Ges valeurs sont egalementrepresentees sur la diapositive 1, sous forme de graphique.

BOISBRIQUE, MARBRE, PIERRE CALCAIRE

BETONAC IER

CUIVRE1-----1._ ALUMINIUM

POLYESTE R ARME1-----'-- MOUSSE DE POLYURETHANE

P.V.C. - MOUSSE DE POLYSTYRENE....-------a....;....~A. B. S. - MOUSSE D'UREE FORMALDEHYDE

POL YETHYLENEL-- ~~-

o

Diapo

0, 5 I, 0

35

TABLEAU I

Deformation, enpouces pour 10pieds et 100°F

Coefficients dedilatation par

Materiau of x 10-6--....;....--=-.:....-_-_----&--------Bois (dans Ie sens des fibres) 2Brique 3Marbre et pierre calcaire dense 3Beton de masse volumique normale 6Gres 7Acier 7Cuivre 10Aluminium 14Polyester arme 15Mousse de polyurethane 25P. V.C. 40Mousse de polystyrene (extrudee) 40Mousse d'uree-formol 50A.B.S. 50Polyethylene 85

0,0240,0360,0360,0720,0840,0840,1200,1680,1800,3000,4800,4800,6000,6001,020

Un poteau en bois de 10 pieds de long se dilaterait de0,024 pouce pour 100°F, ce qui, dans la plupart des applications,est negligeable. La similitude entre les valeurs de l'acier et dubeton, soit 0,08 pouce, est bien connue et constitue l'une desraisons pour lesquelles ces deux mat~riaux peuvent etre utilis~s

ensemble sous forme de beton arme. Une piece en aluminium d'unelongueur de 10 pieds se dilaterait deux fois plus, soit0,168 pouce, alors qu'un tuyau de polyethylene de meme longueur sedilaterait de plus d'un pouce. Ce tuyau se contracterait egalementde plus d'un pouce pour un refroidissement de 100°F. Donc, si vousavez l'intention d'installer des tuyaux en polyethylene pendantl'ete pour votre chalet, il faut prevoir Ie mouvement des tuyaux, adefaut de quoi les joints peuvent se d~sassembler durant l'hiver.Les revetements en vinyle a base de chlorure de polyvinyle doiventetre pos~s avec des joints sp~ciaux qui permettent des mouvementsde l'ordre de ! pouce pour les conditions d'exposition mentionnees,ou peuvent etre fixes solidement pour resister au mouvement.

On peut ~galement cons tater que tous les mat~riaux

traditionnels de construction des batiments (bois, brique, pierre,acier et beton) se dilatent et se contractent faiblement. Meme Iecuivre et l'aluminium que l'on considere comme tres dilatables sontrelativement stables par rapport a certains nouveaux materiauxplastiques. Cependant, la dilatation d'un materiau libre de sedeformer ne represente qu'un aspect du probleme: ce sont lesforces ou les contraintes provoquees par une deformation genee quisont importantes. Dans ce cas, on doit prendre note de la

- ACIER

ALUMINIUM

P.V.C .• POLYETHYLENE

oI

0,5I

1,0

DILATATION (LIBRE), EN POUCES

AC I ER• ALUMINIUM

P. V. C.

POLYETHYLENE

o 10 000 20 000

CONTRA I NTE, EN LBI P02

30 000

__________________ AC IER

ALUMINIUM

P.V.C.

POLYETHYLENEI I I I I I I

0 10 20 30 40 50 60 70

RES I STANCE MAXIMALE, EN %

Diapo 2

Diapo 2

37

deformation qui devrait se produire et tenir compte du moduled'elasticite du materiau en question.

Pour illustrer ce cas, choisissons quatre materiaux dont lescoefficients de dilatation sont differents ; par exemple, l'acier,1 'aluminium, Ie chlorure de polyvinyle et Ie polyethylene dont lesdeformations libres sont representees sur Ie diagramme du haut dela diapositive 2. Maintenant, si on considere un moduled'elasticite de 30 x 106 lb/po2 pour l'acier, la contrainteintroduite dans une piece d'acier encastree par suite d'unevariation de temperature de 100°F sera de 21 000 lb/po2 . Bien quel'aluminium se dilate deux fois plus que l'acier, son moduled'elasticite n'est que de 10 x 106 lb/po2 , soit un tiers de celuide l'acier, et la contrainte n'est donc que de 14 000 lb/po2 . Lechlorure de polyvinyle, avec un module de 0,2 x 106 lb/po2,developpera une contrainte de 1 700 lb/po2 et Ie polyethylene deseulement 380 lb/po2 car son module d'elasticite est de0,04 x 106 lb/po2 , soit 1/75 de celui de l'acier.

Si maintenant on compare ces contraintes a la resistancemaximale a la traction de chaque materiau, on constate que l'aciera atteint 50% de sa resistance maximale, 1 'aluminium, bien quemoins sollicite, a atteint 70% de sa resistance maximale, Iechlorure de polyvinyle 21% et Ie polyethylene seulement 16%, commeon peut Ie voir sur Ie diagramme du bas.

On remarque ainsi que, bien qu'il soit difficile de gener Iemouvement de l'acier a cause des efforts considerables que celaprovoque, il n'est pas trop difficile de maintenir en place lesrevetements en vinyle, malgre leur coefficient de dilatationrelativement eleve.

Mais cette approche est trop simple pour rendre compte d'unsujet aussi complexe. Le module d'elasticite de l'acier peut nepas varier beaucoup pour des changements de temperature de 100°F(bien qu'il puisse etre l'objet d'une rupture fragile a bassetemperature), mais celui du polyethylene varie considerablement.La contrainte dans Ie polyethylene peut donc etre tres superieure a380 lb/po2 . Par contre, Ie materiau subira un certain fluage acause de la mise en charge lente, cequi reduira la contrainte.Malheureusement, ce phenomene peut aussi reduire la resistance a larupture on semble donc tourner en ronde

En realite, toutes les valeurs des coefficients de dilatation,des modules d'elasticite, des contraintes developpees et desresistances a la rupture ne sont que des valeurs representatives, ­et la plupart des materiaux possedent une large plage de valeurs.On doit donc les considerer comme des valeurs pratiques pour jugerdes effets de la temperature sur les dimensions des materiaux. Cesvaleurs indiquent egalement l'importance du troisieme facteurnecessaire pour evaluer Ie probleme, a savoir, Ie degre de liberte

oo

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TEMPERATURE,EN of

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PL~TRE DE GYPSE DE 5/S"(ABASE DE SABLE)

BLOC DE BETON LEGER DE S"

MORTIER DE CIMENT DE '/4"

ISOLANT EN MOUSSEDEPLASTIOUE DE 2"

LAME D'AIR DE '"

BRIOUE DE PAREMENT DE 4"

Diapo 3

39

d'un materiau pour changer de dimension par suite d'une variationde temperature.

Le second facteur, la variation de temperature a laquelle Iemateriau peut etre expose, n'est pas aussi facile a determiner.

Un materiau situe entierement a l'interieur d'un batiment serala plupart du temps a la temperature ambiante de l'air. Comme ilest normal que la temperature des pieces d'un batiment ne fluctuepas trop, peut-etre de 20 ou 30°F entre l'hiver et l'ete, Iemateriau sera maintenu a une temperature plus ou moins constante.On ne doit pas, cependant, oublier les effets du rayonnement quipenetre par les fenetres et rechauffe les objets, notamment lesmeubles, mais aussi les planchers et les cloisons. Ce stockagetemporaire d'energie dans les meubles et la structure peut s'avererutile pour reduire de 20 a 40% la demande de pointe enrefroidissement, mais ce sujet deborde du cadre de cette etude. Cequi nous interesse ici, c'est que la temperature d'une dalle deplancher, par exemple, sera superieure a celIe de l'air de lapiece. On ne peut pas dire quelle sera exactement cette elevationde temperature, mais avec un mur exterieur compose essentiellementde vitres, il est peu probable que la temperature d'une dalle deplancher en beton de 6 pouces d'epaisseur so it superieure a latemperature de la piece de plus de 10°F ; on peut considerer uneelevation de temperature de 5°F comme une valeur plus normale. Latemperature d'un materiau situe entierement a l'interieur d'unbatiment peut donc etre connue assez precisement une fois que laconstruction du batiment est achevee. On doit cependant sesouvenir que tout batiment doit etre construit et que pendant cetteconstruction Ie materiau en question peut tres bien etre expose ades temperatures de 20 a 30°F sous zero.

Un materiau entierement situe a l'exterieur d'un batiment,comme un mur de jardin, suivra approximativement les fluctuationsde temperature de l'air exterieur mais sera aussi grandementinfluence par Ie rayonnement solaire. Le materiau utilise pourconstruire un toit ou un mur exterieur sera expose a un regime detemperature intermediaire. Comme la plupart des joints dont ons'occupe se situent sur les murs exterieurs et Ie toit qui formentl'enveloppe exterieure du batiment, nous devons essayer de definirce regime de temperature.

L'un des buts de la construction d'un batiment est demaintenir une temperature interieure differente de la temperatureexterieure. Cette difference de temperature fait apparattre ungradient thermique a travers les elements de l'enveloppe. Si onpose quelques hypotheses simplificatrices, on peut calculerfacilement Ie gradient thermique a travers un element. II n'estpas necessaire d'insister sur cette methode car je pense qu'elleest bien connue. On se souviendra qu'il s'agit de repartir ladifference totale de temperature entre les divers composants del'element de mur en fonction de leurs resistances thermiques

RAYONNEMENT DE COURTELONGUEUR D'ONDE

RAYONNEMENT DE GRANDELONGUEUR D'ONDE

CONDUCTION

ELEMENTS DE L'EQUILIBRE THERMIQUE AUNIVEAU D'UNE SURFACE OPAQUE

Diapo 4

Diapo 4

41

respectives. On se souviendra figalement que la mfithode suppose unficoulement normal de la chaleur, ce qui signifie que lestempfiratures extfirieure et intfirieure sont constantes et que toutela chaleur qui penetre a l'interieur du mur ressort de l'autrecotfi. II n'y a donc pas de chaleur stockfie dans Ie mur ouretransmise par Ie mur. On suppose figalement que la chaleur suitdes chemins paralleles et qu'elle n'a pas tendance a se dfiplacerlateralement dans Ie plan du mur. De plus, on utilise uneconductance de surface combinfie en supposant que les transmissionsde chaleur par radiation et par convection sont proportionnelles ala meme difffirence de temperature.

Malheureusement, la rfialite est moins simple et ne donne pasIe meme rfisultat pour Ie gradient thermique. La methoded'estimation constitue cependant un meilleur point de dfipart qu'unesimple devinette. Voyons maintenant ce que l'on peut faire pouramfiliorer la mfithode.

Observons l'effet de la radiation et de l'utilisation d'uneconductance de surface combinee pour les transmissions de chaleurpar radiation et convection. Une telle hypothese est satisfaisantepour une lame d'air situee a l'interieur du mur, mais sur unesurface libre la temperature de l'air ambiant peut etre tresdifferente de la tempfirature des objets qui fichangent de l'finergieavec la surface par radiation. Par exemple, la surface exterieured'un mur ou d'un toit re~oit beaucoup d'finergie du soleil et ceciest tout a fait indfipendant de la difffirence de temperature quiexiste entre la surface et l'air.

La radiation solaire qui atteint la surface d'un batiment estsoit rfiflechie, soit absorbee par cette surface qui s'fichauffe.Pour obtenir l'fiquilibre thermique, il faut que la quantitfi totalede chaleur qui arrive sur la surface soit fiquilibree par unequantite fiquivalente qui s'fichappe: la chaleur peut ~'fichapper

dans les couches sous-jacentes par conduction, ou dans l'air parconvection ou encore par rayonnement de grande longueur d'onde. Latemperature de la surface variera donc jusqu'a ce que la somme deces trois types de transmission de chaleur soit figale a la quantitfide chaleur qui arrive sur la surface. On peut tenir compte de ceteffet en adoptant une temperature fictive de l'air extfirieurappelee temperature soleil-air, de sorte que l'fichange de chaleurpar convection de la surface vers l'air a cette tempfirature soit lameme que celIe qui resulte a la fois de la convection et de laradiation. On peut alors calculer la transmission de chaleur et latemperature de surface en utilisant la temperature soleil-air etune conductance de surface combinfie pour la convection et laradiation de grande longueur d'onde.

Malheureusement, les valeurs de temperature soleil-air pourles latitudes canadiennes ne semblent etre indiquees nulle part.Une valeur moyenne peut etre calculfie sans trop de difficultfi enutilisant l'irradiation solaire journaliere totale. 1

TEMPERATURES EXTREMES DE LASURFACE DES TOITS

(1) ISOLATION SOUS LA SURFACE

(2) BETON SOUS LA SURFACE

Diapo 5

Diapo 5

43

Le probleme est encore plus complique car il faut tenir comptede l' inertie thermique du rnur ou du toit. On reconnaitgeneralement que la surface d'un mur epais en ma~onnerie nes'echauffe pas autant par une journee d'ete ensoleillee que lacouche exterieure d'un mur-rideau leger, dans des conditionsd'exposition identiques.

Lorsque Ie rayonnement incident sur un mur ou sur un toitchange soudainement, comme lorsqu'un nuage s'ecarte du soleil, latemperature soleil-air augmente brusquement, mais il faut uncertain temps pour que la surface exposee atteigne son nouvelequilibre. Le temps necessaire pour parvenir a cet equilibredepend de la valeur de la conductance de la surface et de lacapacite thermique du mur ou du toit: les murs legers atteignentl'equilibre en moins d'une heure, les murs lourds exigent parfoisplus d'une journee.

On voit donc qu'une determination precise de la temperature desurface externe qui tient compte de la radiation solaire et de lacapacite thermique peut etre assez longue. Heureusement, il n'estpas necessaire de determiner cette valeur pour les besoins d'unprojet normal et pour les toits plats, on peut obtenir une bonneapproximation a l'aide des formules simples qui suivent.

Pour un materiau de faible capacite thermique, tel qu'unisolant situe immediatement sous la surface du toit, la temperaturemaximale s'obtient en ajoutant 100 fois Ie coefficient d'absorptionsolaire "a" a la temperature de l'air "tA". La temperatureminimale par une nuit sans nuage est d'environ 20°F de moins que latemperature de l'air, quelque soit la couleur du toit. Lorsqu'il ya un support de capacite thermique elevee, comme Ie beton, sous lasurface du toit, la plage des temperatures extremes est plusetroite avec un maximum egal a la temperature de l'air plus 75a etun minimum de 10°F de moins que la temperature de l'air.

Dans Ie tableau II on donne les valeurs de cal cuI recommandeesdu coefficient d'absorption solaire "a" pour quelques couleurstypes et divers materiaux alteres par l'atmosphere. Ces valeurspeuvent se modifier avec Ie changement de couleur provenant del'accumulation de poussieres. On doit aussi reconnaitre quelorsqu'un mur de couleur claire reflechit une partie du rayonnementsolaire sur un toit, Ie rayonnement incident est augmente. Pourtenir compte de cet effet, les constantes des formules precedentespour les temperatures maximales doivent etre majorees de 30%, soitt A + 130a et t A + 100a.

44

TABLEAU II

Valeurs recommandees pour Iecoefficient d'absorption solaire, a

Couleur de la surface

NoirGris fonceGris clairBlanc

Materiaux de rev~tement metalliques

Cuivre - terni- patine

AluminiumFer galvanise

a

0,950,800,650,45

0,800,650,600,90

Tous les toits plats, sauf ceux qui sont exposes aurayonnement reflechi d'un mur voisin, re~oivent une irradiationmaximale Ie 21 juin a midi. D'autre part, les murs re~oivent uneirradiation maximale a differentes heures de la journee et adiverses epoques de l'annee selon leur orientation.

Sur la lune, ou il n'y a pas d'atmosphere, une surfaceverticale dirigee vers Ie soleil recevrait une irradiation maximaledes que Ie soleil s'eleve au-dessus de l'horizon lunaire. Surterre, les rayons du soleil doivent traverser une telle epaisseurd'atmosphere lorsque Ie soleil se leve a l'horizon que la radiationre~ue sur une surface verticale est tres reduite. En realite, cessurfaces verticales ne re~oivent une irradiation maximale quelorsque Ie soleil se situe a 25 ou 30 degres au-dessus del'horizon. Lorsque l'angle d'incidence augmente, chaque pied carrede rayonnement solaire, quoique plus intense, est reparti sur uneplus grande surface de mur vertical et une plus grande partie enest reflechie.

Les murs orientes au sud sont l'objet de la plus importanteirradiation annuelle, mais ils ne re~oivent pas leur irradiationmaximale en ete car, lorsque Ie soleil est directement en face dumur, il est trop haut sur l'horizon pour permettre une irradiationmaximale.

45

TABLEAU III

Elevation maximale de temperature a la surfaced 'un mur vertical due au rayonnement solaire

(Ottawa, Ie 21 juillet)

Heures Orientation du mur(Cadran solaire) N NE E SE S SO 0 NO N

6 13 46 51 26 4 4 4 4 137 10 55 71 46 7 7 7 7 108 10 48 1m 58 12 9. 9 9 109 11 31 66 62 23 10 10 10 11

10 12 16 50 59 35 12 112 12 1211 12 13 27 49

~16 12 12 12

12 12 13 14 33 43 33 14 13 1213 12 12 12 16 43 49 27 13 1214 12 12 12 12 35 59 50 16 1215 11 10 10 10 23 62 66 31 1116 10 9 9 9 12 58 1m 48 1017 10 7 7 7 7 46 71 55 1018 13 4 4 4 4 26 51 46 13

Le tableau III donne l'elevation de temperature maximale parrapport A la temperature ambiante de l'air pour differentesorientations d'un mur a Ottawa Ie 21 juillet, alors que lestemperatures de l'air sont proches de leur maximum. Ces valeursont ete calculees en supposant que tous les facteurs contribuent aune elevation maximale de la temperature du mur par rapport A celIede l'air ambient. C'est-A-dire qu'on suppose qu'il n'y a pas denuages ni de vent, que l'atmosphere est claire, que la surface dumur est noire (a = 0,94) et que Ie mur est leger et bien isole. Unmur de couleur pale pourrait reduire de moitie l'elevation detemperature en effet, a = 0,45 pour un mur blanc plut6t que0,94. Pour les murs massifs en beton ou en ma~onnerie les valeursseront plus faibles a cause de la conduction dans les murs et deleur capacite thermique elev~e.

On peut constater que la temperature d'un mur oriente au sudpeut s'elever de 43°F par rapport a la temperature de l'air tandisqu'un mur oriente a l'est ou a l'ouest peut augmenter de 74°F.Ceci est dfi au fait que les murs orientes a l'est ou a l'ouest fontface au soleil Ie matin ou l'apres-midi lorsque ,Ie soleil est aenviron 30 degres au-dessus de l'horizon. Un mur oriente a l'estre~oit une irradiation solaire maximale vers 8 h, et un mur orienteA l'ouest vers 16 h. L'irradiation solaire des murs orientes versl'est ou l'ouest reste elevee du mois d'avril au mois deseptembre.

46

Les variations de temperature des surfaces orientees a l'estet a l'ouest peuvent etre importantes: par exemple, l'ete a8 h, il peut y avoir 65 degres de difference entre la temperaturede surface d'un mur oriente a l'est et celIe d'un mur oriente al'ouest. La meme difference se retrouve, cette fois inversee, a16 h. Les plus hautes temperatures de surface seront celles du muroriente a l'ouest car les temperatures de l'air ambiant atteignentleur maximum dans l'apr~s-midi.

On doit remarquer qu'au Canada meme les murs orientes au nordre~oivent un rayonnement solaire direct tat dans la matinee et Iesoir en ete. La quantite de radiation reste cependant faible.Elle est toutefois suffisante a Ottawa pour elever la temperatured'un mur oriente au nord de 13 degres par rapport a celIe de l'airambiant. 11 peut parattre surprenant qu'il y ait encore uneelevation de temperature de 12 degres a midi alors qu'aucunrayonnement solaire n'atteint Ie mur. Cette augmentation detemperature est imputable au rayonnement diffus, refl~chi sur Iemur a partir des particules dans l'air. L'elevation de temperatureserait encore plus considerable si un batiment situ~ au nord decelui-ci avait nne fa~ade de couleur claire ou largement vitree quipuisse reflechir une quantite importante du rayonnement solaire surIe mur nord.

Pendant l'hiver Ie soleil est beaucoup plus bas sur l'horizona midi et c'est a ce moment qu'une fa~ade orientee au sud re~oit uneclairement solaire maximal. AOttawa, si toutes les conditionssont reunies, l'augmentation de temperature peut atteindre87 degres au-dessus de la temperature ambiante de l'air, a midi,par une journee ensoleillee de 1a fin du mois de janvier commel'indique Ie tableau IV. Les differences de temperature entre lesfa~ades d'un batiment peuvent etre importantes. Dans Ie caspr~cedent, on constate une difference de 81 degres entre la surfacedu mur oriente au sud et les surfaces des trois autres murs. Memeavec une temperature ambiante de -20 degres, la surface des mursorientes au sud-est, au sud et au sud-ouest peut atteindre destemperatures superieures au point de congelation.

Essayons maintenant de voir quelles temperatures maximales onpeut obtenir avec ces informations, en supposant que la temperaturemaximale de l'air a un endroit donne est de 87°F. Sachant quel'augmentation de temperature pour un mur oriente a l'ouest est de74°F, on obtient pour ce mur une temperature de 161°F. De meme, enutilisant la formule approximative t4 + 100a pour la surface d'untoit sur isolant et un coefficient d absorption de radiationsolaire de 0,94 (toit noir), on obtient 181°F. Si Ie toit faitl'objet d'un rayonnement r~flechi, cette valeur peut etre augmenteejusqu'a 210°F.

Diapo 6et 7

47

TABLEAU IV

Elevation maximale de temperature J la surfaced'un mur vertical due au rayonnement solaire

(Ottawa, Le 21 janvier)

Heures Orientation du mur(Cadran solaire) N NE E SE S SO 0 NO N

8 1 1 22 26 15 1 1 1 19 3 3 46 68 50 4 3 3 3

10 4 4 39 78 70 18 4 4 411 6 6 19 74 82 41 6 6 612 6 6 6 61 [@ 61 6 6 613 6 6 6 41 82 74 19 6 614 4 4 4 18 70 78 39 4 415 3 3 3 4 50 68 46 3 316 1 1 1 1 15 26 22 1 1

II est evident, d'apres ce qui precede, que les gradients detemperature calcules sur la base d'un simple transfert de chaleurentre les temperatures ambiantes interieure et exterieure auraientete errones, du moins en ce qui concerne Ie revetement exterieur.Les gradients doivent etre modifies pour tenir compte des effets durayonnement solaire tel qu'illustre sur les diapositives 6 et 7.

On voit egalement qu'une elevation de temperature de 87°F enjanvier, sur un mur oriente vers Ie sud, est moins importante pourevaluer les variations de longueur maximales dues aux changementsde temperature que les chiffres du mois de juillet. On ne doittoutefois pas l'ignorer car, J cette epoque de l'annee, d'autresmateriaux voisins peuvent etre tres froids et provoquer unimportant mouvement differentiel.

Le cas peut se presenter autour d'une fenetre lorsque Iecentre de la vitre est chauffe a la fois par Ie rayonnement solaireet par les pertes de chaleur du batiment en hiver. Si on emploiedes fenetres i double vitrage, la vitre exterieure a pour fouctiond'empecher la chaleur de sortir. Si ce dispositif fonctionne, lavitre interieure doit etre plus chaude qu'une vitre simple. Surles bords de la vitre il peut toutefois y avoir des chemins deforte conductivite ou la chaleur peut s'echapper assez rapidement,ayant pour effet de refroidir les bords de la vitre. II y auradonc apparition de contraintes dans la vitre puisque les bordsfroids auront tendance J se contracter par rapport au centre.Comme il existe des faiblesses dans la vitre et une augmentation decontrainte pres des bords, il est possible qu'elle se brise J caused'une tension trop elevee.

TEMPERATURE, EN of

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(...0.; .t:>o 0

PL.\TRE DE GYPSE DE 5/8"(ABASE DE SABLE)

BLOCS DE BETON LEGER DE 8"

LAME D'AIR DE 1"

BRIQUE DE PAREMENT DE 4"

(...0.; .t:>o 0o

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49

Une tel1e rupture est presque inevitable si on utilise unevitre absorbante comme vitre interieure, une des raisons pour1esque11es d'ai11eurs on ne l'uti1ise pas a cet endroit. Parfois,une disposition choisie pour d'autres raisons conduit au memeresu1tat: citons l'exemp1e d'une personne qui desirait reduirel'eb10uissement du solei1 en co11ant une pe11icu1e de p1astique surla fenetre du cote sud de sa maison. Ma1heureusement, cettepersonne n'avait pas assez de p1astique pour recouvrir toute 1avitre et a 1aisse une bordure de 4 pouces sans pe11icu1e dep1astique au sommet de 1a fenetre. Au point de vue del'eb10uissement, cette lacune n'avait pas une grande importance,mais au point de vue de l'absorption de 1a chaleur et descontraintes thermiques 1e resu1tat fut fatal: 1a vitre s'estbrisee.

On peut se rendre compte ainsi que 1e second facteur dont 1aconnaissance est necessaire pour estimer 1es variations dedimension qui se produisent 10rsqu'i1 y a une variation detemperature, c'est-a-dire 1e changement de temperature, n'est pasfacile a obtenir. Apr~s avoir examine 1a situation 1e mieuxpossible et apres avoir suivi 1es methodes qui ont ete decrites, ondoit bien admettre que 1a valeur que l'on obtient ne peut etrerigoureusement exacte. Dans certains cas, lorsqu'on a besoin d'unevaleur extreme, i1 peut etre prudent d'ajouter 10 ou 20° a cettevaleur comme facteur de securite. Dans d'autres cas, il peut yavoir d'autres facteurs qui compensent 1es effets des variations de1a temperature et qui rendent cette precauti?n inutile.

Le troisieme facteur, parmi 1es trois choisis au depart, est1e degre de 1iberte du materiau vis-a-vis des changements dedimension. Ce troisi~me facteur est encore plus diffici1e adeterminer que 1e changement de temperature. Si 1e materiau esttota1ement libre, i1 pourra se di1ater ou se contracter sans subirde dommages et sans endommager 1es materiaux voisins. Cettesituation n'existe que tr~s rarement dans 1a pratique, si e11eexiste, et exige qu'on prenne des dispositio~s specia1es pour yarriver. ~1eme un tapis sur 1e p1ancher n'est pas tout a fait 1ibrede changer de dimension a cause de son frottement sur 1e sol ; 1esmateriallx de construction qui forment l'enve10ppe et 1a structuresont fixes beaucoup plus solidement.

Si on assemble deux materiaux ayant des coefficients dedilatation differents, on obtient l'effet bien connu d'une bi1ame.L'incurvation d'une bi1ame peut etre uti1isee dans 1es thermostatsou 1es grille-pain, auque1 cas l'effet est utile. Par contre, ondoit si possible eviter cet effet dans 1es elements d'un batiment.

Ma1heureusement, ce n'est pas toujours possible et parfois un teleffet peut etre introduit 10rsqu'on cherche a resoudre d'autresprob1emes. Lorsqu'i1 existe une difference de temperature entreles deux faces d'un materiau, une des faces a tendance a se di1aterplus que l'autre, ce qui cree des contraintes dans 1e materiau.L'introduction d'un iso1ant au milieu d'un element composite

50

produira une telle difference de temperature et, par consequent,risque d'entralner le gauchissement ou la rupture de l'element.Les panneaux sandwich prefabriques en beton presentent cetinconvenient si les deux couches de beton sont assembleesrigidement. La solution consiste, dans ce cas, a prevoir desfixations rigides d'un cote seulement et des assemblages souplesailleurs. Un joint thermique dans un chassis metallique de fenetreaura Le meme effet et I' on devra soit gene r I.e flambage du .chas s I sou permettre Ie mouvement differentiel des deux parties.

Les problemes que posent les changements de dimension descomposants d'un batiment par suite des variations de temperaturesont difficiles a resoudre de fa~on exacte. Parfois, les effortsdeployes pour resoudre un probleme thermique aggraveront un autreprobleme. Comme c'est souvent Ie cas pour les batiments, lasolution finale est un compromis obtenu non par des calculs exactsmais par une bonne comprehension des consequences resultant desdiverses decisions prises au moment de la conception.

Reference

1) Stephenson, D.G. "Tables of solar altitude, azimuth, intensityand heat gain factors foe latitude from 43 to 55 degrees north."National Research Council Canada, Division of Building Research,Technical Paper No. 243. Ottawa, April 1967, CNRC 9528.

Diapo 1

51

,VARIATIONS DIMENSIONNELLES DUES A L'HUMIDITE

par G.O. Handegord

Les mat~riaux de construction se dilatent et se contractent, ldes degres divers, sous l'effet des changements de temperature.L'humidite provoque une reaction analogue dans beaucoup d'entreeux: les materiaux se dilatent en absorbant l'eau et secontractent en sechant. Ces mouvements sont generalementreversibles, comme les deformations thermiques, sauf pour desmat~riaux comme Ie beton, les mortiers et les enduits. Pour cesderniers, Ie retrait initial qui se produit au moment du sechage oude la cure peut etre plus important que les deformationsreversibles ulterieures. L'humidite peut aussi agir sur d'autresproprietes physiques ou reactions chimiques, causant parfois desdeformations inhabituelles dans les materiaux tels que la corrosiondes metaux ou les reactions d'expansion des betons et des mortiers.

Les changements de dimension provoques par Ie mouillage ou Iesechage resultent de l'interaction entre les molecules d'eau et lessurfaces des materiaux. Ce phenomene depend a la fois de laconcentration des molecules d'eau et de l'aire des surfacesexposees. Plus la concentration des molecules d'eau del'atmosphere au contact de la surface est grande, ou plusl'humidite relative de l'atmosphere est elevee, plus la quantited'eau absorbee par la surface est grande. Plus Ie materiaupresente une surface importante a l'environnement exterieur, plusil est absorbant.

Les materiaux non poreux tels que les metaux, les plastiques,Ie verre, les bittUnes et certaines pierres de construction sontformes par Ie refroidissement ou la solidification d'un corps enfusion. lIs n'ont pas de pores et d'interstices interieurs, et,par consequent, n'offrent que leur surface externe au contact del'eau et de la vapeur d'eau: l'eau n'est absorbee qu'en quantiteinfime et aucun changement de dimension n'est observe lorsque lesconditions d'humidite changent.

Par contre, les materiaux poreux sont formes de particules oude cellules espacees par des vides internes initialement remplis deliquides ou de gaz et offrent de larges surfaces internes relieesentre elles et aux faces exterieures.

Un materiau non poreux dont Ie volume est de 1 p03 a unesurface de 6 p02. Le meme volume de platre a une surface de 42 pi2et Ie meme volume de pate de ciment, une surface de 4 200 pi2•

LiJ'··

..~. .~~~..~.......

~~<>lj)Diapo 1

NON POREUX

PLATRE

pATE DE CIMENT

SURFACE

6 POUCES CARRES

42 PIEDS CARRES

4200 PIEDS CARRES

Diapo 2

Diapo 3

53

Done, les materiaux poreux presentent de grandes surfacesinternes qui peuvent absorber l'eau contenue dans l'atmosphere.Pour un materiau donne, la quantite absorbee dependra de laconcentration de vapeur d'eau dans l'atmosphere. Cetteconcentration peut etre exprimee de fa~on commode par l'humiditerelative, en se souvenant que l'humidite relative est aussi unefonction de la temperature.

La teneur en eau d'un materiau poreux est done fonction del'humidite relative a laquelle ses surfaces sont exposees :lorsque l'humidite relative augmente, les pores et les capillairesles plus petits commencent a se remplir d'eau, suivis par les plusgros capillaires jusqu'a ce que, pour 100 % d'humidite relative,tous les pores et tous les capillaires soient pleins d'eau.

L'allure des courbes representant la relation entre l'humiditerelative et la teneur en eau differe selon la porosite desmateriaux: les courbes pour Ie bois, Ie beton et la brique ensont des exemples. On remarquera, d'une part, que les courbes nesont pas lineaires et, d'autre part, que la courbe d'absorption etla courbe de desorption ne coincident pas sur toute la longueur.II y a deux explications: premierement, pour Ie bois et Ie cimenthydrate, Ie materiau lui-meme subit des changements a cause desinteractions chimiques avec l'eau. Ces interactions sontaccompagnees par une grande variation des dimensions.Deuxiemement, Ie remplissage ou l'evacuation des capillaires ne seproduit pas a la meme humidite relative lors de l'absorption ou dela desorption; quelques capillaires res tent partiellement remplislorsque l'humidite relative diminue nettement au cours de ladesorption. Les materiaux poreux peuvent aussi absorber de l'eaudirectement par capillarite. L'ampleur de ce phenomene depend dunombre de capillaires entre les pores du materiau et de leurtaille.

Le phenomene de capillarite peut etre illustre en pla~ant dansun bac d'eau coloree deux plaques de verre tenues ensemble sur unbord et separees de l'autre par un leger espace. La OU l'espaceentre les plaques de verre est tres etroit, l'eau est attiree etmaintenue a une hauteur beaucoup plus considerable.

Le comportement du bois illustre bien la relation entrel'humidite et les materiaux poreux. Le bois a l'etat naturel a unetres forte teneur en eau, superieur a 100 % de son poids sec.Aussitot que Ie bois est coupe, sa teneur en eau diminue sil'humidite relative ambiante est inferieure a 100 %. Les cavitesdes cellules perdent leur humidite en premier, et une perte depoids se produit, bien qu'il n'y ait pas de changement de dimensionjusqu'a une teneur en eau d'environ 25 a 30 %, appelee Ie point desaturation des fibres. Si Ie bois est seche- en-dessous de cette,limite, Ie retrait se manifeste en proportion a peu pres egale a lareduction de la teneur en eau en-dessous du point de saturation desfibres. Ce retrait peut varier de 1,7 a 6,7 % dans la direction

c::::::lI.LJZI.LJI-

o

A - BOISB - BETONC - BRIQUE

20 40 60 80

HUMIDITE RELATIVE, EN %

100

Diapo 2

. M ,., Wl5ATURE(0) xxxxxxxx-- tI I

,•. "",......(b) XXXXX

""" III •DESORPTION

(c)~

(d)~ SEC~

(e)~~

ADSORPTION

(f) ~x~xx:4

(g) xxxxxxxx SATURE

Di apo 3

55

normale aux fibres et de 3,7 a 10 % tangentiellement aux fibres.Dans Ie sens des fihres du bois, il est plus faible: 0,1 a 0,3 %au total.

La connaissance des caracteristiques exceptionnelles du boisen matiere de retrait differentiel a ete d'une grande importancedans Ie perfectionnement des techniques de constructiontraditionnelle. Dans les ossatures legeres en bois, les piecessont utilisees dans la direction la plus stable, c'est-a-dire dansIe sens des fibres, et un minimum d'elements, comme les lisses oules appuis, sont places perpendiculairement a la direction desfibres. Les elements de construction simples a recouvrement commeles bardeaux ou les bardages de bois, permettent aux mouvementsengendres par les changements d'humidite de se produire sans queleur fonction en soit pour autant reduite et, de plus, dissimulentles mouvements. Les planches etroites des parquets permettent ladistribution du retrait entre un grand nombre de joints, ce quirend Ie retrait moins visible, et permet de reduire lesirregularites de surface .dues au bombement et aux autres effets dugauchissement.

Les materiaux en bois traite tels que Ie papier, les panneauxen fibres de bois, les panneaux de copeaux et Ie contre-plaque nepresentent pas les memes proprietes de variation de dimension selonl'orientation des fibres. Lorsque les fibres du bois sontdisposees d'une fa~on plus ou moins aleatoire dans Ie plan dupanneau fini, les proprietes dans les directions principalesdeviennent plus egales, et les coefficients de dilatation ou decontraction prennent des valeurs intermediaires entre la valeurselon la direction des fibres et la valeur perpendiculairement auxfibres. Dans les contre-plaques, Ie croisement delibere des fibresdes differents plis empeche les mouvements dans une directionparticuliere. Les changements de dimension des contre-plaques etde la plupart des panneaux de fibres de bois et de copeaux entrel'etat sec et l'etat humide sont compris entre 0,25 et 0,50 %, a lafois en largeur et en longueur. Leg changements d'epaisseurpeuvent etre plus importants, proches de ceux qui existent al'origine dans la direction perpendiculaire aux fibres.

Les changements de dimension dus aux variations de teneur eneau du bois, meme pour les contre-plaques, sont plus irnportants quepour la plupart des autres materiaux de construction, bien quecertains sols argileux puissent avoir un retrait volumique del'ordre de 10 % entre les etats sature et sec.

On peut trouver facilement les valeurs approximatives deschangements de dimension entre les etats sec et sature de laplupart des materiaux de construction courants. Pour Ie bois, dansla direction tangente aux fibres, Ie changement de dimension seraapproximativement de 7 % ; dans la direction radiale de 5 % et dansla direction des fibres de seulement 0,1 %. Les gres peuventpresenter des changements de dimension de 0,07 %. Les variations

Diapo 4

Diapo 5

57

d€ la teneur en eau du beton peuvent causer des deformations del'ordre de 0,01 a 0,08 % pour les betons des granulats legers etd'environ 0,04 % pour les blocs de beton de masse volumiquenormale, si la variation de la teneur en eau est extreme. Avec lesbriques, on peut observer des changements de dimension de 0,007 %tandis que pour Ie marbre, la pierre calcaire dense, et quelquespolyesters armes, les changements restent inferieurs a 0,001 %.

Pour les materiaux situes a l'interieur des batiments, leschangements extremes de l'etat sec a l'etat sature sont peufrequents. De plus, il est tres rare que les materiaux deconstruction des batiments chauffes normalement soient totalementsecs, car l'humidite relative ambiante n'atteint jamais °%. Lasaturation complete d'un materiau qui etait sec ou partiellementsec ne risque pas de se produire, sauf dans des conditions tresinhabituelles. Par contre, des etats proches de la saturationpeuvent exister lorsque les materiaux des revetements exterieursdes batiments sont trempes par la pluie ou par la condensation.

Ilexiste un cas particulier pour les materiaux qui sontsatures lorsqu'ils sont mis en place, comme les betons, lesmortiers et les platres. Ces materiaux peuvent presenter desdifficultes au debut, par suite du retrait irreversible qui seproduit pendant la cure, oil une partie de l'eauest combineechimiquement ou enlevee d'une fa~on ou d'une autre au point oil ellene peut etre recouvree par simple addition d'eau ou par expositiona une forte humidite.

Cette chappe en beton a ete coulee au-dessus d'une dalle debeton plus ancienne avec un soin tout particulier pour assurer laliaison entre les deux couches. Le retrait de la chappe parrapport a la dalle stable et l'adherence entre la dalle et lachappe ont provoque la fissuration de la chappe la oil ladeformation admissible a la traction a ete depassee. Legauchissement de la chappe provient de la restriction de mouvementa la partie inferieure due aux liaisons, et du retrait differentielentre Ie dessus et Ie dessous de la chappe resultant du gradientd'humidite. En posant une feuille de glissement entre les deuxdalles, et en prenant des mesures pour eviter Ie sechage de lasurface de la chappe pendant sa cure, on aurait pu reduire Iegauchissement et permettre Ie libre retrait de la chappeindependamment de son support, de fa~on a ce que les fissures deretrait ne se produisent qu'en peripherie.

L'eau s'echappe d'un materiau par diffusion de vapeur ou parecoulement de liquide. Les mecanismes exacts peuvent etre trescomplexes car ils dependent du reseau de pores et d'intersticesainsi que des caracteristiques chimiques et physiques de leurssurfaces. Si Ie transfert d'humidite se fait par diffusion devapeur, les forces qui entrent en jeu proviennent de la differencede pression de vapeur entre l'interieur du materiau etl'atmosphere. Si Ie transfert d'humidite se fait par ecoulement

58

d'eau, qu'on appelle souvent ecoulement capillaire, les forces quientrent en jeu proviennent de la difference de teneur en eau.

L'absorption ou la desorption d'eau par des materiaux poreuxcree toujours un gradient de teneur en eau. Si le materiau estepais et si l'eau se retire rapidement de sa surface, les gradientsde teneur en eau peuvent etre importants. Puisque les changementsde dimension correspondent aux changements de teneur en eau, cesgradients d'humidite peuvent introduire des gradients decontraintes et entratner la fissuration ou le gauchissement dumateriau. Le sechage et le retrait de la surface du beton peuventproduire des contraintes de tension superieures a la resistance dumateriau: la deformation unitaire ainsi produite peut etre del'ordre de 0,02 a 0,08 %. Le module d'elasticite du beton estd'environ 2,5 x 106 lb/po2 et sa resistance'a la traction estd'environ 250 lb/po2 . La deformation maximale en tension est alorsseulement de 0,01 %, c'est-a-dire tres inferieure a celle duretrait de surface.

Une situation analogue peut se produire lorsqu'un materiau secde grande porosite, presentant une forte dilatation a l'humidite,est partiellement mouille. Lorsqu'on immerge une tranche d'un telmateriau, sa surface exterieure se dilate alors que sa structureinterne encore seche s'oppose a cette dilatation. Si le materiauavait ete humidifie graduellement et uniformement par diffusion devapeur plutot que d'avoir ete expose a un gradient d'humidite aussimarque, il n'y aurait pas eu de fissure.

~es changements irreversibles de dimension des materiaux ontune caracteristique particulierement saillante: on peut supposerqu'ils ne se produiront qu'une fois seulement. En ce sens, cesmouvements sont facilement previsibles et on peut prevoir destolerances appropriees sans avoir a se referer aux conditionsd'exposition futures. Au contraire, dans le cas de mouvements denature reversible, on doit considerer le milieu auquel le materiausera expose, ce qui rend la prevision plus difficile.

En service, les materiaux sont exposes a des conditionsd'humidite tres variables, allant du contact direct avec l'eaujusqu'a l'exposition a de faibles niveaux d'humidite relative. Lateneur en eau de ces materiaux peut etre prevue si les conditionsd'expositions sont connues et sont maintenues au meme niveaupendant une periode assez longue pour que l'equilibre puisses'etablir. C'est rarement le cas a l'interieur des batiments, etce n'est jamais le cas a l'exterieur.

L'environnement interieur des batiments habites estrelativement constant en ce qui concerne la temperature, surtout siles batiments sont climatises durant l'ete. Le niveau d'humiditerelative a l'interieur des batiments depend toutefois de latemperature et de l'humidite relative de l'air exterieur q~i

penetre par ventilation naturelle ou mecanique. Dans les cas

59

extremes, lorsqu'il n'y a ni humidification ni deshumidification,Ie taux de vapeur d'eau a l'interieur du batiment tend a egalercelui de l'exterieur.

Si l'on prend Ottawa pour exemple, la pression de vapeurmoyenne mensuelle du mois de janvier correspond a une temperaturedu point de rosee de 3°F et, pour l'ete, Ie point de rosee extrememensuel est en moyenne de 70°F. Dans un batiment bien ventile etchauffe mais qui n'est pas humidifie ou deshumidifie, l'humiditerelative a l'interieur peut varier de 6 % a presque 100 % entrel'hiver et l'ete. L'humidification en hiver permettra d'elever Iedegre hygrometrique seulement jusqu'a la limite imposee par Ierisque de condensation sur les fenetres, c'est-a-dire a 30-40 %.L'importance de la deshumidification en ete dependra dans unegrande mesure du coat du fonctionnement de la climatisation. Lesreductions d'humidite relative en-dessous de 70 % peuvent ne pasetre justiftables ou necessaires au confort.

L'humidite relative a l'interieur d'un batiment climatise peutainsi fluctuer entre 30 % et 70 % d'hiver en ete. II est parconsequent difficile d'appliquer la regIe souvent prescrite selonlaquelle il faut choisir des materiaux avec une teneur en eauspecifique compatible aux valeurs anticipees pendant leurutilisation. L'humidite relative, et par consequent la teneur eneau du materiau, changent avec Ie temps dans presque tous lesbatiments, meme pour les materiaux qui se trouvent entierement al'interieur d'un espace climatise.

La situation est encore plus compliquee pour les materiaux quiconstituent l'enveloppe exterieure du batiment: les murs, lesfenetres, Ie toit, et les planchers. Ces derniers seront nonseulement sujets a un gradient de vapeur d'eau qui peut s'inverseravec Ie temps, mais aussi a des differences de temperature quis'inversent periodiquement. Puisque l'humidite relative depend deIa temperature, elle peut varier en n'importe quel point al'interieur de l'enveloppe, d'une valeur tres faible pour la faceexterieure exposee a une temperature elevee due au rayonnementsolaire jusqu'a une valeur de 100 % a basse temperature. Lemouillage des surfaces exterieures par la pluie ou des aut reselements par la condensation devient possible lorsque Ie gradientde temperature s'inverse d'hiver en ete.

En plus de ces complications, 11 y a l'effet primordial desfluctuations rapides et Ientes d'ou decoulent un dephasage desvariations de teneur en eau et des changements de dimensions dansles materiaux adjacents, en plus de gradients d'humidite marques autravers de materiaux particuliers.

Bien que la determination precise de la teneur en eau desmateriaux en service soit difficile, voire impossible, la plageselon laquelle leur teneur en eau varie peut etre delimitee dans la

60

plupart des cas, ce qui fournit une donnee utile pour laconception.

Puisque les elements de l'espace interieur d'un batiment etceux de l'enveloppe exterieure situes du cote interieur del'isolation sont maintenus a une temperature a peu pres constante,leur teneur en eau a tendance a fluctuer lentement a l'interieur dela plage de valeurs de l'humidite relative de l'espace occupe :ils ne sont generalement pas trempes par l'eau sous forme liquide,sauf dans des locaux tres particuliers.

Des variations exceptionnelles de temperature et partant , deteneur en eau, peuvent se produire a proximite des appareils dechauffage ou de refroidissement ou aux endroits exposes aurayonnement solaire ou au rayonnement provenant d'autres sources detemperatures elevees.

On peut s'attendre a ce que les materiaux qui sont situes al'exterieur de la couche d'isolation thermique de l'enveloppe aientdes teneurs en eau correspondant a toute la plage de fluctuation,depuis une humidite relative tres faible jusqu'a une humiditerelative tres elev€e, jusqu'au mouillage da a la condensation, a lapluie ou a la neige fondue.

Pour les materiaux de l'enveloppe du batiment, notamment ceuxsitues du cote exterieur de l'isolant, la meilleure hypoth~se pourles changements de dimension dus a l'humidite consiste a admettrequ'ils passeront de l'etat sec a l'etat sature au cours de l'anneeet qu'ils fluctueront quotidiennement entre ces limites.Deuxiemement, Ie choix et la disposition de ces materiaux devraientpermettre de minimiser la condensation ou Ie mouillage par lapluie: on evite ainsi les gradients d'humidite prononces dans Iemateriau. Les limites extremes, l'etat sec et l'etat sature,peuvent etre choisies comme parametres au moment de la conception.

Les coefficients de changements de dimension correspondant auxetats sec et sature peuvent etre utilises pour prevoir lesmouvements maximaux auxquels on peut s'attendre. On peut alors lesmodifier en tenant compte des mouvements simultanes de dilatationou de contraction et des aut res mouvements previsibles au moment del'elaboration des details de conception du projet. Dans beaucoupde cas les changements dimensionnels dus aux variations d'humiditepeuvent constituer une cause principale de desordres et doiventtoujours etre pris en consideration, au moins qualitativement, lorsde la conception.

: :I:I I II I~------------I--+L.;------- -------

1/ 1/

COMP 1

4~l COMP COMP COMP

TENS TENS

CONTRA I NTES

TENS TENS

DEFORMATIONS

Diapo 1

Diapo 1

Diapo 2

63

DEFORMATIONS DANS LES BATIMENTS - FLECHES

par W.G. Plewes

Les exposes sur les caracteristiques des materiaux montrentclairement que les batiments ne sont pas des objets inertes. lIsfl~chissent, se tordent, se contractent et se dilatent dans toutesLes directlons sous l'influence des charges et du milieu. Danscertains projets de batiment, il est necessaire de prevoir Ie plusprecisement possible les mouvements des elements dus aux chargesverticales et laterales, a la temperature et au fluage pour obtenirun bon comportement en service, et pour que les deplacementsdifferentiels de l'ossature et des revetements ne presentent pas deproblemes. Comme les mouvements sont complexes, il est plus facilede les considerer un par un. Cette etude porte sur Ieflechissement des pieces d'ossature travaillant en flexion.

La flexion d'une piece chargee provient du fait qu'onintroduit dans un materiau des contraintes et des deformations decompression d'un c6t~ (raccourcissement) et de tension de l'autre(allongement). (diapositive 1). Si on considere une petitetranche de la piece, de largeur ~x, Ie raccourcissement d'une faceet l'allongement de l'autre provoquent la cambrure de cettetranche, et l'addition de ces cambrures correspond a la cambruretotale de la piece. Le deplacement maximal qui en resulte estappele la fleche.

II s'agit la d'une description tres simplifiee d'un phenomenebien connu ; la fleche imputable aux surcharges est courammentprise en consideration dans les calculs. Ce qu'on oublie parfois,c'est qu'une fleche similaire peut etre provoquee par desvariations de temp~rature ou d'humidite, par Ie fluage, par toutphenomene, en fait, susceptible de modifier inegalement ou dans desdirections contraires la longueur de deux faces opposees d'unepiece. Ces effets peuvent venir s'ajouter a la fleche due auxsurcharges, et constituent souvent la source de problemesinattendus s' ils sont negliges.

Problemes dus aux fleches

Le flechissement des poutres, des solives et des dalles est untype de mouvement facile a reconnaltre sur place puisqu'il estsouvent visible et parfois meme perceptible (diapositive 2). Quela fleche soit suffisamment grande pour etre per~ue ou non, lesproblemes qui en resultent sont souvent nuisibles et exigent desreparations immediates. Nous allons traiter de certains de cesproblemes et toucher certains aspects du flechissement qui sontparfois oublies au moment de la conception.

SURCHARGE

FLECHE, ~S____Jr ~

[---------- -- t -- ----------]L

POUTRE S I M PLE

SURCHARGE

---~c ~C

.L__~ t lf -1--.-------__-_~c-----/ r--------f

L

POUTRE CONTINUE

FLECH I SSEMENT D'UNE DALLE

FLECHISSEMENT DE PIECES DE BATIMENT

Diapo 2

65

Recemment, j' ai e f f e c t ue un .sondage parmi des Lngenfeurs-:

consei1s et d'autres professionne1s pour connaltre l'importance desprob1emes de f1echissement dans 1es structures en beton. Peu decorrespondants avaient de nombreux cas a rapporter, mais tous enavaient au moins un ou deux. D'apres 1es resu1tats de ce sondage,i1 etait evident que, lorsque des prob1emes surgissent, i1s sontsusceptib1es d'etre importants et d'entratner des mesurescorrectives onereuses. Le tableau I ne decrit que 6 des 21 casrapportes, mais i1s suffisent a i11ustrer notre propos.

TABLEAU I

Exemp1es de f1echissement dans divers batiments

Cas

1

2

Type destructure

Bureau

Salle dec1asse

Type deconstruction

P1ancher-da11eTravees de

20' x 25'Epaisseur 8"

Da11e nervuree

F1eche/).

2" aucentre

(L/135)

2t - 3"

Consequences

Murs hors d'ap1ombPortes hors­d'equerre

Dep1aceme nt desmeubles

Demenagement desoccupants

Fissuration desc1oisons

3 Inconnu

4 Batiment abureaux

5 I Auvent d' unebouche demetro

6 Hopita1

Da11e nervureede 14"

Portee 60'

P1ancher-da11eTravees de

25' x 25'Epaisseur "t"

inconnue

Da11e en porte­,.a-fauxEpaisseur

moyennet = 5tPortee 11'

DaIle nervuree

5 - 6"(L/120)

>4"(L/75)

3"(L/44)

?

C1oisons et chassisde porte deformes

Visible au ca1agedes comptoirs

Aspect gache

L'eau de nettoyages'ecoule vers 1ecentre de 1a da11e

l3"

r- - - ..:- - - - - - -

.. : : ~

C- - -" - - - - -~

I II

Diapo 3

------

7"

FLECHE D'lIN AUVENT

Diapo 4

Diapo 3et 4

67

Si tous les batiments faisaient l'objet d'un tel sondage,la liste serait probablement interminable.

11 est interessant de noter que trois differentes sources ontindique que les fleches excessives etaient courantes dans lesannees 1950. Ces fleches excessives sont sans doute attribuablesau fait que, pendant la decennie, les portees plus longues, lescontraintes plus elevees, Ie calcul a la resistance maximale, lesplanchers-dalles et la prefabrication des elements en beton ontcontribue a l'apparition d'ossatures beaucoup plus souples.Depuis, les exigences des codes ont ete renforcees et lesconcepteurs eux-m~mes se sont rendu compte que les fleches exigentplus d'attention maintenant que par Ie passe.

Consequences des fleches excessives

Une liste complete des consequences des fleches excessivesserait longue: Mayer et Rusch (1), par exemple, citent20 consequences du flechissement, parmi lesquelles certaines sontmineures ou rares. Les plus importantes et les plus frequentessont

- l'aspect disgracieux et la mauvaise tenue en service- la fissuration des murs et des cloisons- les vibrations- les repercussions sur la structure

Aspects et fonction

La fleche devient particulierement desagreable lorsqu'elle estsuffisamment importante pour ~tre vue. On eprouve alors parfoisdes craintes quant a la securite du batiment. Bien qu'une flecheexcessive puisse trahir une faiblesse qu'il ne faut pas ignorer,les essais ont souvent prouve que Ie batiment peut ~tre en realitetres resistant. En d'autres mots, resistance et souplesse ne sontpas synonymes: on voit sur les diapositives 3 et 4 quelques casde fleche accentuee qui, apres expertise, n'ont revele aucunefaiblesse reelle.

II est evident que si les meubles et les classeurs penchent,la chose devient intolerable et cela ne necessite aucun autrecommentaire!

Fissuration des murs et des cloisons

Parmi les consequences habitue lIes d'une fleche excessive,citons: la fissuration des murs et des cloisons, l'ouverture desfissures au bas des plinthes, l'ecrasement des coins des cloisonset Ie blocageodes portes. Dans l'etude de Mayer et Rusch, citeeprecedemment, 106 des 259 cas de flechissement rapportes avaientcause de tels dommages. Les murs et les cloisons rigides ont

PLANCHER INFERIEUR

PlANCHER SUPERIEUR *---___ A __ ------f------

,T ///////LL/////

/LSURCHARGE DU PLANCHER

SUPERIEUR

\\!---

---------- fj -----------T--

Diapo 5

~~.~... -:-.~'~': :::::~SURCHARGE DE NE IGE .

CARREAUX ECRASESII II

PLAFOND SUSPENDU

FISSURATION/DU PLATRE

FISSURATION D'UNE CLOISON

Diapo 6

--- --------- ---- I ,

I

.....-::•

FISSUR~TION D'U~ SUPPORT EN,MA~ONNERIE

DUE A LA DIFFERENCE DES FLECHES DEDEUX PORTEES I NEGALES

Diapo 7

Diapo 5

Diapo 6

Diapo 7

Diapo 8

Diapo 9

Diapo 10

69

tendance a se vouter au-dessus des supports qui flechissent jusqu'ace que la fissuration se produise. La nature et l'emplacement desfissures dependent dans une large mesure de la position desouvertures. Une dalle de plancher qui flechit (diapositive 5) peutmettre en charge un mur ou une cloison et provoquer indirectementune fissure de flexion pres du centre, ou des fissures diagonalesde tension sous l'effet du cisaillement, ou meme les deux a lafois.

Les divers effets du flechissement sur les murs et lescloisons sont illustres par les diapositives 6 a 10.

Sur cette diapositive, la cloison de carreaux a et~ monteejusqu'a ce qu'elle soit en contact avec la semelle inferieurede la poutre d'acier, et elle doit resister au flechissementde celle-ci.

On a observe un grand nombre de cas ou les fleches differentesde portees inegales ont provoque une rotation des sommets desmurs de support intermediaires en ma~onnerie, entra!nant lafissuration d'une ou deux assises a leur sommet.

Les panneaux architecturaux prefabriques, fixes a l'exterieurd'une ossature en beton par deux attaches, ont tendance as'ecarter l'un de l'autre a la base a cause du flechissementde la poutre de rive. Mais ce phenomene ne peut se produireen realit~ car Ie deplacement des panneaux serait entrave parles panneaux des baies adjacentes, et par des fixations dansIe bas. Cette entrave au mouvement introduirait descontraintes dans les panneaux et pourrait en provoquer lafissuration. La poutre de rive ne pourrait flechirnormalement, ce qui rendrait invisible toute souplesseexcessive. Un point d'attache unique am~liorerait lasituation sauf si les cales d'appui sont laissees en place.Les fissures d'au moins un des batiments semblaient etre decette nature.

La diapositive 9 est un exemple ou la flech~ des planchers enporte-a-faux qui supportent les murs en ma~onnerie n'a pas eteprise en consideration. Le mur de chaque etage est incline,ce qui donne l'effet d'une fa~ade en dents de scie. Lesrepercussions de la fleche des planchers en porte-a-fauxauraient ete beaucoup plus attenuees si Ie mur exterieur avaitete prolong~ jusqu'aux fondations au lieu d'etre en retrait auniveau du sol.

Un autre phenomene est illustre sur la diapositive 10. Leflechissement des portiques en acier sous la charge de neigeprovoque une ouverture des angles du portique. Les consolesen acier attachees a ces angles ont tendance a pousser sur lesmurs exterieurs en ma~onnerie. La rotation des attaches du

POUTRE DE RIVE

(a)

A

POUTREDE RIVEFLECHIE JEU

r Ie)

\ FORCE DERETENUE

POUTREDE RIVEFLECHIE

(d)

x

(e)

Diapo 8

r\II\c-_---,,-=-I----

RiCCOL~

5'-10"

LONGUEUR DUPORTE-A-FAUX

FLECHE

5 "Ya MAX. ---i /I,-I~I-..:L.:.,~""':"":"'-;""':"""''''':''';'''''--'--'-'''''''':'''':'----:'''':'~~---=-,~--=-';''':'''''-'-i

~\HAUT DU MUR I

INCLINE VERS IL'EXTERIEUR

Diapo 9

Diapo 11

Diapo 12

Diapo 13

71

dessus affaiblissent les dernieres assises de briques, ce quientralne leur separation frequente.

Fissuration des plafonds en platre

La fleche des planchers et des toits peut aussi provoquer lafissuration des plafonds, notamment des plafonds en platre ou enplaques de platre. Le risque d'une fissuration est encore pluseleve si le platre est applique directement sous la dalle duplancher ou sous les solives. On peut admettre une plus grandefleche si le plafond est suspendu ou pose sur des fourrures.Heureusement, comme c'est tres souvent le cas, les fissures dansles plafonds sont moins frequentes que dans les cloisons. Lesmate~iaux utilises sous forme de petits elements, comme lespanneaux acoustiques, s'adaptent a des fleches plus accentueespu~sque leurs nombreux joints absorbent une partie de ladeformation.

On a vu des cas, particulierement dans la constructionresidentielle, ou deux solives de differentes portees et, partant,de fleches inegales, provoquaient entre elles une fissuration duplafond (diapositive 11). Ce mecanisme peut aussi se produire pourles fermes de toit lorsque certaines d'entre elles ne peuventflechir a cause de la presence de cloisons (diapositive 12). Dansun cas inhabituel (diapositive 13), des dalles prefabriquees de20 pieds en beton leger etaient supportees d'un c8te par le murexterieur en briques et de l'autre par le mur du couloir. Le seulrevetement de plafond consistait en une couche de platre appliqueedirectement sous les dalles. La chaleur, durant les journeesd'ete, provoquait la cambrure des dalles, creant un espace de t depouce entre le plafond et les cloisons. Cet espace s'ouvrait et sefermait selon un cycle journalier. Il s'agit la d'un cas de flechereversible da a la variation du gradient thermique dans l'epaisseurdes dalles. Une moulure speciale, permettant le glissement, a etenecessaire pour masquer ces ouvertures cycliques.

Vibrations

On reconnatt tres vtte un plancher trop elastique ou qui vibreexcessivement lorsque des machines fonctionnent. Dans une certainemesure, les charges de calcul sont prevues de maniere a assurer unerigidite des planchers suffisante et maintenir les effetsdynamiques dans des limites acceptables pour une activite normale.Les regles traditionnelles concernant l'elancement et les limitesdes tableaux des manuels de conception sont au'tant de mesuresdestinees a prevenir ces effets dynamiques. En cas de doute, leconcepteur augmentait souvent arbitrairement la hauteur de la piecepour la rendre plus rigide. Aujourd'hui, sur le marche de laconstruction, un pouce d'epaisseur supplementaire pour des dallesprefabriquees ou deux pouces de plus sur la hauteur des solivespeuvent avoir d'importantes repercussions economiques. La question

DIRECTION DELA FLECHESOUS CHARGE

~~

MA~ONNER IE--..../

r CONSOLES

~U EN AC IER

"'-PORTIQUEEN ACIER

roo' .1

FLECHISSEMENT DIUI\I PORTIQUE

Diapo 10

LES SOLIVES OULES DALLES DELA TRAVE£ L2FLECHIRONT PLUSQUE CELLES DELA TRAVEE Ll

FISSURATION PROBABLEff

LI L2

FLECHE DIFFERENTIELLE

Diapo 11

FERMESLIBRES DESE DEFORMER

FISSURATION PROBABLE/,~r-. l.--~NT -. VR

FERMES DONTLE FLECHISSEMEEST EMPECHE PAUNE CLOISON

FLECHE DIFFERENTIELLE

Diapo 12

Diapo 14

Diapo 15

73

merite donc qu'on s'y attarde t les regles approximativestraditionnelles n'etant plus satisfaisantes.

Malheureusement t Ie flechissement simple ne constitue qu'unepetite partie des relations qui existent entre Ia frequence propre tl'amplitude des vibrations et les caracteristiques d'amortissementd'un systeme. D'autre part t ce qu'on appelle des vibrationsinacceptables depend aussi t dans une large mesure t de l'usage dubatiment et des reactions subjectives des occupants car Ie niveaude tolerance varie considerablement d'un individu a l'autre.

11 existe une vaste litterature sur l'elasticite et lesvibrations dans les batiments .... mais elle ne donne aucune regIepratique facile a utiliser. A ma connaissance t il existe au moinstrois organismes de recherche qui travaillent it l'elaboration deteIIes recommandations pratiques de conception. Citons t pourI'instant t Ie seul result at digne de mention: it savoir que lessolives de plancher en bois dont Ia fleche est inferieure a Iaportee divisee par 345 (L/345) semblent acceptables it la majoritedes gens en ce qui concerne les vibrations dues aux activitesnormales des occupants. Cette limite ne peut toutefois s'appliquera d'autres materiaux comme les solives en acier ou les dalles'debeton.

En cas de doute ou dans des situations de conception delicatescomme celles qui existent pour les batiments industriels ou leslabo~atoirest il est plus prudent d'effectuer une etude speciale oude consulter un expert.

Repercussions sur la structure

La fleche des panneaux prefabriques de to it cree parfois desdepressions ou l'eau peut s'accumuler. Cette accumulation d'eau nepeut que contribuer a la deterioration et meme a la rupture de latoiture. On a signale des cas ou l'eau accumulee dans ladepression due a la fleche d'elements souples de tres grande porteea provoque l'effondrement de la toiture. Ces cas semblent etreplus repandus dans les regions du Sud. Au Canada t les toits sontrelativement rigides a cause des surcharges importantes de neigeprises en compte dans les calculs et lorsque les toits accumulentde grandes quantites d'eau t il s'agit probablement du mauvaisfonctionnement des avaloirs.

Un autre genre de probleme dont Ie concepteur doit tenircompte consiste en Ie decalage du point d'application de la chargequi est a l'origine de l'excentricite de la charge sur les murs enma~onnerie. (diapositive 14).

Recemment t Ie ACI Journal (2) rapportait un probleme similaire(diapositive 15) qui a provoque la rupture du support de rive d'unedalle de beton et qui est caracteristique des consequences duflechissement sur la structure.

CLOISON

DALLES PREFABRIQUEESDU TO IT

CONTRE-FLECHE DUE AU GRADIENTDE TEMPERATURE

Diapo 13

MUR ENMA~ONNERIE

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HYPOTHESE COURANTE

MOMENT D'ENCASTREMENT

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B

EFFET SUR LA MA~ONNERIE DE LA ROTATION DEL1EXTREMITE D'UN ELEMENT DE PLANCHER OU DE

TOIT DUE AU FLECHISSEMENT

Diapo 14

75

Calcul de la fleche

Puisqu'on vient de parler des effets de la fleche sur lastructure, c'est peut-etre Ie moment de parler brievement du calculde la fleche.

Les formules qui permettent de calculer la flexion desmateriaux elastiques homogenes sont bien connues ; l'estimation dela fleche des pieces en acier ne presente donc aucune difficulte.On peut, dans la plupart des cas, prevoir les fleches avecprecision bien qu'il soit parfois difficile d'estimer Ie degred'encastrement des extremites ou des rives de la piece.

Pour Ie beton arme, la situation est quelque peu differente.La surcharge et la charge permanente d'une poutre ou d'une dalle enbeton arme provoquent une fleche elastique initiale et la naissancede contraintes dans Ie beton. Cette fleche peut etre prevue maismoins facilement que pour l'acier a cause des fissures quiapparaissent sur la face tendue de la poutre ou de la dalle et qui,de ce fait, compliquent nettement l'analyse du mecanisme deflechissement.

Tout effort permanent provoque Ie fluage du beton, c'est-a­dire que les deformations initiales causees par les chargespermanentes continuent a augmenter, et la fleche s'accentue avec Ietemps. Le beton subit aussi un retrait et si la piece ne contientdes armatures que sur une face, son retrait sera gene tandis quel'autre face sera plus ou moins libre de se contracter.

Le retrait et Ie fluage du beton ont pour effet d'augmenter lafleche initiale de 2 a 5 fois, selon Ie cas. L'augmentation reelledepend d'un certain nombre de facteurs tels que la composition etl'affaissement du beton et l'humidite relative ambiante. La valeurextreme citee precedemment n'est donc que tres rarement atteinte.En moyenne, l'augmentation de la fleche est de l'ordre de 2t a 3.

Heurensement, il Y a 20 ou 30 ans, les structures en betonarme etaient plus robustes et relativement plus rigidesqu'aujourd'hui a cause des valeurs peu elevees des contraintesadmissibles et des habitudes de construction. Je dis heureusement,car la plupart des connaissances sur Ie retrait et Ie fluage dubeton se sont developpees seulement a partir de 1950. De plus, cen'est que depuis les cinq dernieres annees que des methodesprecises d'estimation du flechissement du beton arme, tenant comptedes variations eventuelles des proprietes du materiau et du milieu,ont ete elaborees. (Pour en savoir plus sur ce sujet, consultezles rapports du Coroite 435 de I'ACI (3) et des articles recents deBranson, documents que l'on peut trouver dans I'ACI Journal).

Quand on y pense, il n'est pas surprenant que Ie bois deconstruction soit sujet au fluage lorsqu'il est charge. 11 estetonnant qu'il existe un manque d'information utile a la conception

DAll£ SUSPENDUE

SUPPORT FRACTURE

DAllE~

EXCENTRICrTE ACCIDENTELLE ET CONCENTRATIONDE CHARGES A L'ORIGINE DE LA FRACTURE DU

SUPPORT DE RIVE

Diapo 15

77

sur ce sujet. Quelques etudes ont montre qu'en ce qui concerne Iebois de construction ordinaire, la fleche elastique double avec Ietemps. Dne fa~on pratique, recommandee par certaines autorites, detenir compte de ce phenomene, consiste a doubler, dans les calculs,les charges permanentes et a leur ajouter les surcharges de courteduree de maniere a obtenir une charge majoree totale qui sert aucalcul de la fleche. Bien que cette methode soit approximative,elle n'en constitue pas moins une approche raisonnable pour tenircompte de la fleche imputable au fluage des elements deconstruction en bois lorsque la fleche est importante.

Fleches admissibles

On do it donc prevoir les fleches, mais il est tout aussiimportant de savoir quelles fleches sont admissibles. La reponsedepend heaucoup du projet. Seul Ie concepteur peut affirmer si,avec les materiaux utilises pour les murs, les plafonds et lescloisons, une fleche eventuelle de t de pouce, par exemple, pour20 pieds de portee sera satisfaisante. D'autre part, celadependra des materiaux, du nombre d'ouvertures, des details commeles jonctions ainsi que des consequences de la fleche, notammentl'ouverture de fissure qui nuirait a l'etancheite ou l'apparitionde fortes contraintes dans les assemblages de panneaux.

II serait utile d'avoir certaines directives generales aappliquer, particulierement en ce qui concerne les limites quipermettraient d'eviter d'endommager les finitions interieures.Malheureusement, il n'existe que tres peu d'information a ce sujetet ces quelques informations concernent surtout les revetements enplatre et la ma~onnerie. Comme ces materiaux sont parmi les plusrigides et donc les plus fragiles, ils peuvent servir de referencepour juger des caracteristiques d'autres materiaux.

Aspect

11 existe des cas oa la fleche des pieces de la structure d'unbatiment ne presente pas d'inconvenient, par exemple lorsque lespieces ne sont pas reliees directement a des materiaux qui risquentd'etre endommages. L'aspect peut alors etre Ie seul criterenecessaire. La documentation technique semble indiquer qu'unefleche imposee par des surcharges occasionnelles egale ouinferieure a 1/180 de la portee (L/180) est satisfaisante dans cecas. Cette fleche vient, bien sur, s'ajouter a la fleche imputablea la charge permanente, toujours presentee Pour les structureslegeres en acier, les fleches sous charge permanente peuvent etrefaibles ou meme attenuees par des contre-fleches, auquel cas unefleche de L/180 peut etre suffisante. Par contre, si la chargepermanente et les surcharges sont du meme ordre de grandeur, lafleche totale serait de L/90, ce qui conduirait a une flecheprobablement genante, de plus d'un pouce pour 10 pieds de portee.Avec Ie beton arme ou Ie bois de construction, la fleche totaleserait de L/60 ou plus, ce qui serait vraiment excessif!

A

LIAISON RIGIDE

LIAISONSOUPLE

B

RIGIDITE DES LIAISONS DU PLATRE

Diapo 16

Diapo 16

79

11 semble donc evident que cette reg1e n'est pas suffisammentadequate pour une application genera1e. Quant au rapport duComite 435 de l'ACT, i1 ne donne aucune recommandation sur 1afleche apparente et 1aisse 1e concepteur libre de son choix.D'autres etudes pretendent qu'une f1eche tota1e vers 1e bas deL/300 ou plus risque de nuire a l'aspect. Cette derniere directivesemble etre beaucoup plus realiste.

Fissuration des p1afonds

Deja vers 1820, 1e celebre ingenieur Tredgo1d avait pense alimiter la f1eche des planchers i une fraction de leur port~e poureviter 1a fissuration des p1afonds. Son critere etait une f1echelimite de L/480 sous une charge concentr~e de 750 lb. Un peu plustard, l'usage en Amerique a ete d'adopter une f1eche limite deL/360 sous une charge uniformement repartie et, bien qu'entierementfondee sur une opinion, cette limite est demeuree partout en usage.Tres peu d'essais ont ete rea1is~s pour confirmer 1a va1idit~ de cecritere.

Une serie d'essais a ete entreprise par 1a "U.S. Housing andHome Finance Agency" (4). On a demontre a10rs que, si 1esrevetements de p1atre au les plaques de p1atre etaient solidementfixes aux solives par de 1a colle, la fissuration se produisaitpour une fleche de L/1000 a cause de l'effet de poutre en Tinversee (diapositive 16). Si, se10n l'usage courant, le 1attis(en p1atre, metal ou bois) etait directement c10ue aux solives, 1afissuration se produisait pour une fleche d'environ L/720.Neanmoins, on a montre que si 1es revetements de p1atre etaientfixes aux solives par l'intermediaire de fourrures ou etaientsuspendus, une f1eche de L/360 est un critere plus raisonnable.

On doit prendre des precautions particulieres 10rsqu'unepoutre est paral1e1e et i proximite d'un element plus rigide commeun mur. Dans certains cas, des fissures peuvent apparattre sousl'effet de tres faib1es fleches •.

Pour resumer, en tenant compte de l'experience et desresu1tats d'essai, i1 semble que 1e critere traditionnel d'unef1eche limite de L/360 est raisonnab1e, pourvu que 1e revetement dep1atre ne soit pas fixe trop rigidement. Pour 1es revetements deplafond autres que 1e p1atre, i1 n'existe pas de renseignementsprecis mais on doit toutefois s'assurer que leur fixation n'est pastrop rigide, a moins qu'i1 existe de nombreux joints ou que desprecautions particu1ieres soient prises.

Fissuration des murs

Bien que le critere L/360 semble i peu pres satisfaisant pour1es revetements de p1afond, il est insuffisant pour eviter 1afissuration des murs et des c10isons. Encore une fois, 1es donnees

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ESSAI DU PLATRE DE MILLAR

Diapo 17

FISSURATIONAL

(). = 1 000

Diapo 17

81

~ ce sujet sont limit~es et ne portent que sur un petit nombre demateriaux.

Au cours d'une ser1e d'essais de petites plaques de platre(diapositive 17), Millar a constate que Ie platre se fissurelorsqu'il est soumis a des efforts lat~raux dont les distorsionsdues au cisaillement atteignent 1/1000. Pour une poutre, celacorrespond a une fleche d'environ L/500.

D'autres ~tudes portant sur un grand nombre de batiments sontparvenues aux memes r~sultats en ce qui concerne les fissures desma~onneries en brique, les fissures de flexion, les fissures decisaillement, les fissures au niveau des plafonds, les fissur~s auniveau des plinthes, les effets des ouvertures ainsi que d'autresdeteriorations.

Bien que les renseignements, encore une fois, ne concernentque Ie platre et la ma~onnerie, et sauf si la fleche est absorbeepar des mat~riaux de finition tres souples ou par de nombreuxjoints, il semble recommendable d'utiliser une fleche maximale deL/500 pour ~viter les ennuis.

Comment ~viter les problemes imputables au fl~chissement

Pour conclure, nous allons rappeler les points essentiels quidoivent etre observ~s pour eviter tout probleme da aufl~chissement.

D'abord, on ne doit pas se fier aveugl~ment aux reglestraditionnelles. Par exemple, les textes et les normesrecommandent souvent que la haut~ur d'une poutrelle d'aciercorresponde Au moins au 1/2~ de la portee. Les tableaux desmanuels de calcul indiquent souvent "la port~e ou la charge a partirdesquelles la fleche d~passe L/360, ou d'autres criteres. Cesregles sont tres utiles pour les avant-projets. Elles permettentd'~viter de longs et fastidieux calculs de fleches dans chaque cas.En outre, on peut dire qu'elles sont Ie reflet de l'exp~rience

accumulee pendant de nombreuses annees. On doit toutefois sesouvenir que l'exp~rience courante correspond a des conditionsmoyennes et qu'en general la plupart des batiments ne sont passollicit~s au maximum de leur surcharge de calcul th~orique.

Le deuxieme point, qui est une cons~quence du premier,concerne la fleche dans les batiments ou les parties de batiments,ou la surcharge de calcul (ou une grande part de celle-ci) estquasi permanente. Ce cas se presente au droit des cloisons, presdes machines et dans les pieces fortement charg~es comme cellescontenant des classeurs, des livres ou des "fournitures. Lespoutres de rive appartiennent a cette cat~gorie et peuvent parconsequent poser des problemes, specialement lorsqu'il y a degrandes ouvertures en-dessous. Dans ces cas particuliers, Ie

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SI LES FLECHESSONT IMPORTANTESIL PEUT Y AVOIRFISSURATION

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ECRASEMENT/

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LA CLOISON PEUTETRE LOURDEMENTCHARGEE ET PEUTS'ECRASER OUFLAMBER

EFFET D'UNE FLECHE DIFFERENTIELLE SUR DESCLOISONS NON PORTEUSES

Diapo 18

Diapo 18

83

concepteur doit se demander si, par exemple, une fleche egale aL/360 de la portee sera satisfaisante.

Ce commentaire a propos des charges permanentes s'appliqueLndepe ndamrne nt elu rna t er I au et devient t res important lorsqu' onutilise le beton arme. 11 ne fait aucun doute qu'il existedavant age de problemes imputables a la fleche causes par lanegligence des effets du fluage et du retrait que par toute autrecause. Les fleches dues au fluage proviennent des chargespermanentes, y compris le seul poids propre d'une piece. Leretrait a lieu independamment des charges. Avec de grandesportees, une fleche initiale de t pouce peut facilement atteindreIt pouce apres deux ou trois ans. Lorsqu'une grande partie de lasurcharge de calcul est imposee, les resultats d'un fluage et d'nnretrait non prevus peuvent etre genants, meme pour les petitesportees.

Le fait de considerer les effets du fluage et du retrait neconduit pas toujours a changer radicalement la conception originaledu projet. Dans les cas importants, les effets peuvent etrelimites par une analyse detaillee des proprietes des constituantset du dosage de fa~on a attenuer ces effets. Souvent, une flecheexcessivepeut etre corrigee radicalement par la mise en placerl'armatures de compression. Les pieces de faible hauteur ont unefleche plus accentuee a cause du fluage et du retrait, ces derniersetant d'autant plus importants que l'humidite relative ambiante estfaible. C'est pour cette raison qu'en Californie on evite lesproblemes en retardant suffisamment l'installation des cloisonsjusqu'a ce qu'une partie de la fleche des planchers due au fluageet au retrait se sait manifestee. Cette valeur de la fleche estnetermillee par des rne sur e s ,

Des problemes peuvent surgir meme en presence de fleches peuirnportantes ; il est done preferable de ne pas fixer les materiauxde finition ou de revetement trop rigidement a l'ossature, a moinsque les materiaux soient suffisamment resistants pour supporter lescharges ou suffisamment souples pour s'ajuster a la deformation.11 n'est done pas surprenant que les cloisons qu'on eleve jusqu'ala face inferieure des planchers occasionnent quelques problemes!

Theoriquement, il serait possible de construire des cloisonsavec des joints de glissement sur les quatre bords, ce quipermettrait a l'ossature de se deformer sans qu'il y aittransmission de charge. Dans ~ne certaine mesure, c'est ce qui sepasse avec les cloisons mobiles de bureau. D'un autre cote, iln'est pas courant de laisser des ouvertures au sommet des cloisonsa o~sature de bois ou de metal ou meme des cloisons en ma~onnerie.

II semble que ces assemblages soient satisfaisants puisque lesplanchers superieur et inferieur d'un etage flechissent a peu presidentiquement, et de ce fait, tout risque de flambage est minimise(diapositive 18). En fait, il peut y avoir suffisamment de jeu ausommet d'une cloison non porteuse pour permettre une difference de

84

fleche entre les planchers super1eur et inferieur. Cependant, sicette difference est importante, toute cloison tres ajustee seramise en charge a cause de la fleche. C'est peut-etre la raisonpour laquelle on commence d'habitude a construire les cloisons enma~onnerie a partir du deuxieme etage, les cloisons du premieretant mises en place les dernieres. De cette fa~on, si toutefoisla rigidite des planchers est suffisante, les cloisons des etagessuperieurs auront absorbe une petite part des efforts de flexion etde deformation laterale sans qu'il se soit produit de dommagesimportants. Ainsi, lorsqu'on installera les cloisons du premieretage, la fleche residuelle de la dalle de plancher du deuxiemeet~ge sera deja reduite. Cette technique de construction estvalable pour les constructions normales mais on peut s'attendre ades problemes frequents si les planchers sont trop souples ou si Iefluage et Ie retrait sont tres importants.

(On trouvera d'autres remarques au sujet des revetementsexterieurs dans l'expose de W.G. Plewes intitule "Deformations dansles batiments - Mouvements verticaux".)

Conclusion

Le but de mon expose n'etait pas de donner l'alarme au sujetdes fleches ou d'essayer de changer des details de construction quisemblent satisfaisants, mais d'attirer l'attention sur certainsproblemes et, dans certains cas, d'en decouvrir les causes.J'espere simplement vous avoir avertis des risques qui decoulent decertaines decisions conceptuelles afin que vous puissiez, al'avenir, les eviter.

References

1) Mayer, H. and Rusch, H., Building Damage Caused by Deflection ofReinforced Concrete Building Components, Deutscher Ausschuss furStahlbeton, Heft 193, Berlin 1967, National Research CouncilTechnical Trans13tion TT1412.

2' Geer, Elihu, Unusual Failure of Joint in Prestressed Flat Slab,Jour. ACI, Feb. 1972, pp. 93-95.

3) Deflections of Reinforced Concrete Flexural Members, Report ofACI Committee 435, ACI Manual of Concrete Practice 1970,Part 2.

4) Deflection Characteristics of Residential Wood-Joist FloorSystems, Housing Research Paper No. 301, April 1954, Housing andHome Finance Agency, Division of Housing Research, Washington,D.C.

Diapo 1

Oiapo 2

85

DEFORMATIONS DANS LES BATIMENTS - Mouvements verticaux

par W.G. P1ewes

Les mouvements dans 1es batiments peuvent aussi etre provoquespar 1a dilatation et la contraction, dans 1e sens vertical, del'ossature et du revetement exterieur sous l'effet des charges etdu c1imat. Ces mouvements peuvent avoir diverses consequences surIe batiment ; on etudiera d'abord leurs effets sur 1es batimentsdont l'ossature supporte un rev@tement de brique, de carreaux, deblocs ou de pier.re.

Considerons une baie exterieure d'un batiment comprise entre1es poteaux et les poutres de rives inferieure et superieure d'uneossature en acier et supposons qu'un panneau de briques remplitcomp1etement l'ouverture (diapositive 1). Les poteaux sontsollicites par la charge permanente des p1anchers et des murs desetages superieurs et se raccourcissent. On sait, par contre, que1a nouvelle ma~onnerie fait l'objet d'une dilatation irreversiblepour atteindre un equi1ibre hygrometrique avec 1e milieu ambiant.Cette dilatation peut etre tres variable, mais on admetgenera1ement une valeur de 0,02 % en l'absence de donneesprecises.

En realite, 1es conditions sont tr~s variables d'un batiment il'autre ; mais, si on suppose que 1e panneau de 1a diapositive 1,situe a un etage inferieur d'un batiment e1eve dont 1es baiesmesurent 18 pieds, a une hauteur de 10 pieds, 1e raccourcissementdes poteaux sera d'environ 1,32 pouce et la dilatation de lama~onnerie en brique sera 1/32 de pouce. La contraction et ladilatation differentie11es dues a 1a temperature viennent siajoutera ces deformations, mais l'amp1itude correspondante est beaucoupplus faible. Par consequent, a moins qu'on ait 1aisse un espaced'au moins 1/16 pouce entre Ie dessus de la ma~onnerie et la poutresuperieure, 1a ma~onnerie sera toujours en compression. Quelquesca1culs supp1ementaires nous montreraient que 1a ma~onnerie enbrique, que11e que soit son epaisseur, peut etre amenee a supporter50 a 100 % de 1a charge nominale des poteaux.

Le cas precedent etant simplifie, considerons maintenant cequi pourrait se passer, en rea1ite, dans 1es constructionscourantes (diapositive 2). En effectuant les ca1cu1s pour des mursp1eins de 8 pouces et 12 pouces, dont 1a paroi exterieure reposesur des cornieres, on trouve que, meme sans ecart entre 1ama~onnerie et l'acier, les contraintes dans 1a ma~onnerie seraientrelativement faib1es: normalement de 100 1b/p02 a 500 1b/p02, cequi est inferieur aux contraintes admissibles de 1a p1upart desma~onneries en brique. Les contraintes 1es plus e1evees se situent

OSSATURED'ACIER

\PANNEAU ENMA~ONNER I E

Diapo 1

Diapo 2

Diapo 3

Diapo 4et I)

87

1a ou 1es ouvertures des fenetres reduisent la section transversaledu mur de 84 %. Cette remarque s'app1ique ega1ement aux mursc r eux,

Lorsque 1a construction conslste en un mur de blocs de betonavec parement de briques, 1a situation est differente: en plusdes mouvements de l'ossature et des briques rnentionnesprecedemment, 1es blocs de beton subissent un retrait. En moyenne,ce dernier est d'environ 0,04 pouce par etage, ce qui est superieura 1a valeur du raccourcissement e1astique des poteaux. Parconsequent, toute 1a charge sera reprise par 1e parement debriques. Theoriquement, ce1a pourrait conduire a des contraintesdepassant 700 1b/ p0 2 1a ou 1a section de 1a paroi est reduite (parexemp1e 10rsqu'i1 y a des fenetres de grandes dimensions). Bienqu'e1evee, cette contrainte n'entratnerait norma1ement pas 1arupture du mu r.

Le role des cornie res presente un interet particu1ier: oncroit en general qu'e11es supportent 1a paroi exterieure. Enrea1ite, e11es servent tout autant a comprimer 1a ma~onnerie. Eneffet, considerons un batiment modeste de six etages, avec des murscreux dont 1a paroi exterieure s'e1eve sur toute 1a hauteur, sanscornieres (diapositive 3). Dans certaines conditions, Ieraccourcissement des poteaux et 1a dilatation de 1a brique peuventse cumu1er, creant ainsi un dep1acement re1atif, au sommet de 1aparoi, de 1/8 a 3/4 pouce, se10n l'amp1itude de 1a dilatation desbriques. Ce dep1acement pourrait deformer, arracher ou meme rompreles attaches du mur au sommet de l'ossature. De plus, 1es solinset Ie couronnement des parapets seraient deformes, et 1esboutisses, s'i1 y en a, seraient presque certainement fissurees.De toute evidence, cette technique de construction do it etreemployee avec precaution.

Certaines autorites recommandent que tout 1e mur reposeindependamment sur 1a fondation. On utilise a10rs des attachesspecia1es qui permettent une 1iberte tota1e de mouvement dans 1esdirections vertica1e et horizonta1e. On peut voir sur 1esdiapositives 4 et I) un exemp1e de fixation du mur a une ossatured'acier. D'apres Copeland (1), plus d'informations sontnecessaires sur 1a resistance de te11es attaches. En principe, 1ama~onnerie autoportante est probab1ement une bonne methode deconstruction. Toutefois, on ne peut app1iquer la finition sur 1emur interieur sans prendre des dispositions pour permettre Iemouvement relatif entre 1e mur et l'ossature.

Bien que tout cela semble p1utot theorique, j'ai souventdetecte, a 1a suite de nombreuses observations de batimentsaossature d'acier, de petites fissures et epaufrures qui reve1entl'existence de contraintes de compression dans 1a brique et lapierre. De te1s cas se presentent parfois 10rsque 1a base de 1aparoi exterieure repose sur un debord en pierre, ou quand 1a

ANCRAGE DU MUR AUX POUTRES D'ACIER

CO UPE

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ANCRAGESOUPLEDE 114"

CORN I ERESOUDEE ALA POUTRE

PLA N

Diapo 4

SIX[TAGES

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COU PE

ANCRAGE SOUPLE DE 1/4"

SOUDURE A8"ENTREAXES

ATTACHE DU MUR - .............GOUJON D'ANCRAGE

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AU POTEAU)1;:;::;:J;~;==:::::::::;1

PLAN

D i op 0 3

ANCRAGE DU MUR AUX POUTRES D'ACIER

Diapo 5

89

ma~onnerie de brique vient s'abouter co~tre une ma~onnerie plusrigide en pierre.

En general, et bien qu'il soit impossible, dans certains cas,d'eviter la naissance de contraintes de compression dues auxdefo~mations relatives, celles-ci ne semblent pas a l'origine dedesordres graves. En fait, un faible niveau de contraintes peutcontribuer au resserrement de 1a ma~onnerie. Dans les ossatures enacier, deux facteurs tendent a limiter l'intensite des contraintes.

Premierement, on a suppose dans les calculs que les panneauxde ma~onnerie ont ete construits sans laisser de jeu entre lama~onnerie et l'ossature d'acier. En realite, a cause de la posedifficile de la derniere assise, il est tres probable qu'il y aitun jeu. Deuxiemement, dans la plupart des bitiments a ossatured'acier, la charge permanente exercee par les planchers etl'ossature a deja provoque un certain raccourcissement des poteauxavant la pose de la ma~onnerie. Ces deux facteurs contribuent areduire les contraintes dans Ie mur en de~a de celles prevues parsimple calcul, parfois meme jusqu'a zero.

On a recemment observe un cas typique d'epaufrures dans lama~onnerie d'un batiment de 22 etages a ossature d'acier. Lama~onnerie etait supportee passablement a l'ecart de l'ossatured'acier par des plaques. Les epaufrures de la brique et du Mortieravaient ete provoquees par la concentration des contraintes decompression dans Ie mortier de jointoiement, a l'extremite desplaques de support.

La situation est quelque peu differente pour les parements dema~onnerie supportes par une ossature en beton. En premier lieu,le raccourcissement des poteaux da au retrait et au fluage du betonest environ 2t fois plus grand que Ie raccourcissement elastique.De plus, ce raccourcissement s'etend sur une periode de deux atrois ans, apres que la ma~onnerie a ete construite. II est parconsequent plus probable que Ie parement de ma~onnerie soit mis encharge.

Les ca1cu1s relatifs a 1a transmission des charges des poteauxde beton a 1a ma~onnerie sont moins exacts que pour l'acier car iln'existe pas de theorie verifiee. Comme le fluage d'un poteaudepend des contraintes dans Ie beton, 1a vitesse de f1uage diminueau fur et a mesure que Ie poteau est decharge. La description duphenomene exige une fonction exponentielle. On a pu en effectuerune etude approximative en adaptant 1a theorie de Dischinger sur latransmission des charges du beton a l'acier.

Ceci a permis de faire des ca1cu1s approximatifs pour unestructure type avec des travees de 18 pieds sur 18 pieds et despoteaux de forte section (18 pouces x 18 pouces) a faib1epourcentage d'armature d'acier. Dans 1a p1upart des cas, lesresultats ont et6 les memes que pour 1es ossatures d'acier. En

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DETAIL DE L1ANCRAGECOULISSANT

ANCRAGE RES ISTANT AUX EFFORTS DE CISAILLEMENTDUS AU VENT ET PERMETTANT UN LIBRE

DEPLACEMENT VERTICAL

Diapo 6

Diapo 6

91

general, 50 a lOO % de la charge des poteaux peut etre transfereeaux murs en ma~onnerie. Avec des murs pleins en brique, lescontraintes dans les murs sont faibles: il n'y a done pas lieu decraindre des effets nuisibles.

Dans Ie cas de murs e~ blocs de beton avec parement en briqueou en pierre, les charges semb+ent aussi se reporter sur Ieparement. Les contraintes dans Ie parement peuvent varier de200 lb/p02 a bien au-dela de 1 000 lb/p02 . Ces contraintes eleveesne provoquent pas toujours la rupture du mur, mais l'inegalite desjoints de mortier peut provoquer Ie voilement de la fa~ade.

D'autre part, un support inapproprie au pied du rour peut provoquerle detachement du parement par cisaillement. Copeland affirme queIe cas s'est deja presentee 11 recommande done que toute lama~onnerie du revetement exterieur soit autoportante et liee al'ossature de beton par des attaches souples.

Certaines autorites recommandent qu'un mastic compressiblesoit place tout Ie long du joint, entre la poutre ou la dalle debeton et la ma~onnerie, de fa~on a eviter la mise en charge decette derniere (diapositive 6). Envisageant les conditions lesplus defavorables, un organisme suggere d'utiliser un masticsusceptible de se comprimer de 3/8 de pouce. On remarquera, parcontre, la liaison speciale necessaire pour permettre lesdeplacements relatifs verticaux entre Le mur et le plancher e t

resister, en meme temps, aux forces laterales.

Pour les ossatures en beton, les documents techniques fontsouvent allusion au detachement des parements en brique, en pierreou en ceramique da aux efforts de cisaillement introduits par lescontraintes de compression dans les murs. Ala Division desrecherches en batiment, nous avons observe plusieurs cas ou leraccourcissement des poteaux de beton a provoque des epaufrures ouIe voilement des fa~ades. Pour illustrer la realite de cephenomene, nous allons presenter trois des cas les plus graves,choisis parmi nos dossiers :

Cas 1

11 s'agit d'un batiment de quatre etages a ossature de betonarme et revetement e~ carreaux de ceramique d'un pouce d'epaisseur.La moitle du batiment avait 30 ans, tandis que l'autre moitieconsistait en une annexe vieille d'un an.

Ce ne fut done pas sans inquietude qu'on constata, apresseulement un an, que l'aspect de la nouvelle section etait deparepar des epaufrures et des eclats aux joints horizontaux. Diversestheories furent avancees afin d'expliquer Ie phenomene, mais fautede conclusion, Ie probleme fut soumis a la Division des recherchesen batiment. Ala suite d'une etude detaillee, on a cons tate quele revetement exterieur etait raye sur sa face interieure et quel'espace entre ce dernier et les poteaux etait completement rempli

FACE DU POTEAU EN BETON

RAYURES

PAREMENT EN CERAM IQUE

EMAil

LI T DE MORTIER MOU.tU'll-"~~

118" A 3116" - . ';'ro-......:.........;...;.,,1lI'ooi1l

MORTIER DE \.·r ... /:JOINTOIEMENT DUR ,,'

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llGNE DE RUPTURE

DES EClATSCOUllSDE MORTIER

JOINT DE CISAllLEMENT

Diapo 7

p1 x 1 x 2 1/2""EPROUVETTE CHARGEE SUR TOUTE LA LARGEURCHARGE DE RUPTURE 6 800 Ib/po2

L1GNE DERUPTURE

p

1 x 1 x 2 1/2"EPROUVETTECHARG~ESURLEQUARTDELA LARGEURCHARGE DE RUPTURE 2 200 Ib/po2

1 x 1 x 2 1/2"EPROUVETTE CHARGEE SUR LA DEMI-LARGEURCHARGE DE RUPTURE 4 000 Ib/ po2

~= y;L1GNE DERUPTURE

t ,"4" ~

- L1GNE DERUPTURE

Pp

FIGURE 5

ESSAIS DESTINES ADEMONTRER LA REDUCTION DE LA CHARGEDE RUPTURE DE LA cERAMIQUE EN FONCTION DE LA LARGEURD"APPLICATION DE LA CHARGE

Diapo 8

Diapo 7

Diapo 8

93

de mortier (diapositive 7). De plus, la face des poteaux et Ierempllssage comportaient des joints de cisaillement.

Des calculs ont ensuite demontre que, si les poteauxraccourclssaient par suite du fluage et du retrait du beton, cettedeformation serait reprise par Ie placage de ceramique. A partird'hypotheses raisonnables quant aux coefficients de fluage et deretrait et selon la quantite d'armature des poteaux, on a concluque Le r e vet ernent; e xt er Leu r pourralt etre soumis a des contraintesde l'ordre de 3 000 lb/ po2 .

Pour mettre ce resultat en evidence, on a colle dese xt e ns omet r e s a effet photo-e l as t tque pres de certains joints, eton a coupe Ie mortier a la scie pour mesurer Ie relachement decontrainte: les appareils de mesure ont revele que la contraintedans Ie revetement de ceramique etait en fait de l'ordre de3 100 lb/po2 ou davantage.

Ceci ne constituait pas une explication suffisante desepaufrures car des essais en laboratoire avaient demontre que Iemateriau de ceramique avait une resistance a la compression de6 000 lb/po2 . Loutefois, on avait rernarque, lors du decoupage desjoints de mortier, que Ie quart-de-pouce exterieur du joint demo r t Le r etait e xt r emement du r alors que les trois quarts restantetaient tres mous. D'autres essais de laboratoire (diapositive 8)ont montre que l'epaufrure du bord de la ceramique se produisait aune contrainte moyenne de 2 200 lb/ po2 lorsque la charge etaitappliquee sur une largeur de t de pouce pres de la rive. 11 etaitdonc evident que l'epaufrure de la ceramique provenait de deuxcauses :

(a) Ie revetement exterieur etait trop rigidement lie al'ossature pour permettre Ie retrait et Ie fluage dubeton sans que des contraintes apparaissent ;

(b) Ie mortier de jointoiement etalt beaucoup trop dur parrapport au mortier de l'assise. Des mortiers deresistances comparables auraient permis une repartitionplus uniforme des contraintes sur la largeur du joint etles epaufrures ne se seraient probablement pasproduites.

Meme sans epaufrures, une contrainte aussi elevee que3 000 lb/po2 dans le.revetement exterieur n'est pas souhaitable carune partie de la paroi exterieure peut flamber vers l'exterieur.II serait plus logique de placer des joints souples a desintervalles reguliers de maniere a relacher les contraintes.

Au moment de cette etude, les documents techniques traitant dufluage et du retrait du beton etaient rares ; l'identification dumecanisme fut donc consideree a la fois comme instructif et dignede mention. Depuis, la Division des recherches en batiment a

PAREMENT DE PIERRE CALCAIRESUPPORTEE PAR DES CORNIERESA CHAQUE ETAGE AU-DESSUSDU PREMIER

DALLES DE GRANITE DE411 D'EPAISSEUR

........ ''''L..- CAR REA UX

Diapo 9

PAREMENTEN BRIQUE

PLAQUEDE 3116"D'EPAISSEUR

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BLOC DE BETON DE 8 11

MUR EN BETON

~ ... s;..

SUPPORT D'UN PAREMENT EN BRIQUE

Diapo 10

Oiapo 9

Diapo 10

95

observ~ de nomhreux cas similaires, avec parfois quelquesvariantes.

Cas II

11 s'agit d'un bitiment dont la fa~ade en granite du premieretage laissait apparattre un renflement de 3/4 de pouce. Un matin,Ie renflement avait de nouveau brusquement augmente de 1t depouce , La diaposit Lve 9 montre Le mecanisme en jeu: Leraccourcissement de l'ossature en beton avait ete transmis auparement de pierre calcaire des etages superieurs parl'intermediaire des cornieres d'appui. Comme la pierre calcairereposait directement sur Ie granite, cette surcharge fut reporteesur ce dernier ou la pression et l'inegalite de support des jointsde mortier ont provoque l'instabilite de la fa~ade et, partant, sonrenflement. La dilatation du granite expose au soleil du matin futla goutte d'eau qui fit deborder Ie vase! Ce desordre aurait eteprobablement evite s1. une corniere de support avait ete placee au­dessus du granite et un joint souple en-dessous.

Cas III

Un troisieme effet du raccourcissement de l'ossature est misen evidence dans ce cas ou une grande partie de la fa~ade en briqued'un immeuble d'appartements s'est detachee de l'ossature en betonet du mur de remplissage en blocs de beton. Cette fois, Ie retraitet Ie fluage du remplissage avaient cree des contraintesdifferentielles entralnant la rupture de toutes les boutisses deliaison. Le cas etait encore aggrave par l'absence totale decornieres et par Ie surplomb du parement de brique au-dela de lafondation, ou une mince plaque de metal de 3/16 de pouce supportaittoute la paroi. Beaucoup d'autres cas furent etudies ou lesproblemes'etaient attribuables au raccourcissement de l'ossature,notamment :

1. Ie renflement des bandes de pierre dans les murs en brique, acause des efforts de compression provenant du raccourcissementde l'ossature ;

2. la concentration de contraintes Ii ou la brique rencontre lesangles de ma~onnerie en pierres plus rigide, provoquant ainsides ecrasements ;

3. Ie raccourcissement de l'ossature entrave par Ie parement depierres disposees en dents de scie au contact des briques (lafissuration des briques resulte alors de leur impossibilite desuivre la deformatIon verticale) ;

4. Ie renflement des panneaux de fa~ade en beton i cause decontraintes verticales et de l'inegalite des surfaces d'appuientre les panneaux ;

0,043

T PLAGE OE,--- MOUVEMENTS DUSI A LA HMPERATURE

to,015

I AVANT LE REfRAIf

I--l-l 0,073

RACCOURCISSEMENTELASTIQUEDES POTEAUX

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MOUVEMENT 1'-=- ~-----_DU JOINT I

JOINT:rTI

JU I Nr

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L'OUVERIURE DES JOINTS ENTRE LES PANNEAUX DEFA~ADE PERMEfIENT AUX PANNEAUX r r Al 'OSSATURE DE SE DEPLACER LIBREMENT

PANNEAUX DE aEToN FIXES A UNE OSSATURE D'AC IER

Diapo 11 piapQ 12

APRES LE

'":::>RACCOURCISSEMENT

~ ELASflQUEDES POHAUX

REfRAIfDES PANNEAUX

PANNEAUX DE BETON FIXES A UNE OSSATURt D'ACIER

Diapo 13

o·150

00120

TI PLAGE Of~- MOUVEMfNTS DUSI A LA HMPERATUREIII

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MOUVEMENT 0 L...-~----1>--------­OU JOINT

IlACl;9WlCI5~f.M£NT

EVtSHQVEO£S POAAUX

MOlJVIM£NIS IYI'I(HHS i)'UN RIVErEMENTU'AIUMINIUM SUR OSSATUIH U'ACllR

o ia p.D 14

Diapo 11

Diapo 12e t 13

Diapo 14

Diapo 15

97

5. l'eclatement ne la couche externe de poteaux en beton a causede contraintes verticales (probablement le crepi)."

Panneaux en beton fixes a une ossature d'acier

Les panneaux architecturaux en beton fixes rigidement auxossatures d'acier subissent de fortes contraintes a cause duraccourcissement de la structu~et du retrait des panneaux en betonet des changements de temperature. La conception des fixations estdelicate: il est conseille de fixer les panneaux verticalement aune eKtremite seulement et t a l'autre extremite t de prevoir unsysteme de fix.qtion resistant aux forces normales au mur tout enpermettant les deplacements verticaux par rapport a l'ossature(diapositive 11).

On doit prevoir des joints entre les panneaux pour permettreles mouvements et eviter que les panneaux se genent mutuellement.Bien qu'il faille determiner l'ampleur de ces mouvements danschaque cas particulier t on a prist pour les besoins de cet expose tdes valeurs estimees correspondant a un batiment de 10 etages. Ona suppose que les conditions ambiantes et les proprietes desmateriaux ont des valeurs moyennes t c'est-a-dire qu'ellesn'atteignent pas des valeurs extremes. La combinaison des diversmouvements est representee sur les diapositives 12 et 13.

Au debut t les mouvements d'ouverture et de fermeture desjoints dus aux cycles de temperature peuvent avoir une amplitude apeu pres egale. Une fois Ie retrait du panneau en beton termine(apres quelques annees)t tout mouvement des joints se fera plutotdans Ie sens d& l'ouverture par rapport a l'espacement du debut.On de vr a , Le cas echeant t modifier cette a f f i rrnat Lon s L 'l e spanneaux sont installes avec des temperatures beaucoup plus eleveesou beaucoup plus basses que les 70°F supposes ici.

Panneaux metalliques minces

De la meme fa~ont on doit prevoir Ie mouvement des panneauxmetalliques minces ne serait-ce que pour eviter qu'ils se voilentlorsqu'ils sont fixes rigidement a l'ossature. Pour Ie confirmer trappelons qu'une feuille de metal de 10 pieds laisse apparaltre unrenflement d'un pouce pour un deplacement relatif de ses extremitesde seulement 0tOI pouce.

La diapositive 14 montre I' ouverture et la f e rmet.u re maximalesprevues d'un joint entre des panneaux d'aluminium hauts d'un etage tfixes a l'ossature d'acier. Pour des panneaux d'acier t lesmouvements dus a la temperature seraient deux fois moindre.

Panneaux en aluminium ou en beton sur ossature en beton

Les diapositives 15 et 16 illustrent l'ouverture et lafermeture maximales des joints de panneaux d'aluminium ou de beton

~I

• 0,015

II10,073

0,017

TII•II1

0,133

'"l..

0,043 0,043

T PLAGE DES T~~OUVEMEN~S DUS~ ~I/" A LA TEMPERATURE "l

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MOUVEME NT r Io0o-;=--------4-----------------+------­DU JOINT r

RACCOURCISSEMENTELAS T1QUEDES POTEAUX

RACCOURC ISSEMENT.ELASTIQUE DO AUFLUAGE ET AURETRAIT DU BETON

RETRAIT DESPANNEAUXDE BETON

MOUVEMENTS TYPIQUES D'UN JOINT HORIZONTAL ENTRE DESPANNEAUX DE BETON SUR OSSATURE EN BETON

Diapo 15

IIII

0,07IIIIIIII

.l..

0,205

0,125 PLAGE DES MOUVEMENTSi/DUS ALA TEMPERATURE

: 0:;)065I TII II I

0,146

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rMOUVEMENT 0 t-==----------'-----n-~----+-----

DU JOINT 1u.Je:::::::>I­u.J

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RACCOURCISSEMENT RACCOURCISSEMENTELASTIQUE DES POTEAUX DO AUDES POTEAUX FLUAGE ET AU

RETRAIT DU BETON

MOUVEMENTS TYPIQUES D'UN REVETEMENTD'ALUMINIUM SUR OSSATURE D'ACIER

Diapo 16

Diapo 17

Diapo 18

99

fixes a une ossature en beton. Dans ce cas, le fluage et Ieretrait des piliers en beton ont tendance a refermer les joints.

GeneraliU~s

Rappelons encore une fois que les valeurs indiquees sur lesdiapositives 14, 15 et 16 sont des estimations; elles nes'appliquent pas a toutes les configurations ou a tous lesmat~riaux d'un batiment, ni ~ toutes les conditions ambiantes. Lernouvement des joints doit etre calcule selon les conditionsambiantes qui correspondent a la structure reelle. Mis a partcette reserve, il est clair que les mouvements, bien que faibles envaleur absolue (de 0,1 a 0,25 pouce) , n'en demeurent pas mo t nsimportants par rapport a la tatlle des joints ordinatres, etdolvent etre pris en consideration lors du choix de la largeur desjoints. Si on utilise des produits de colmatage, lescaracteristiques de ces produits et la largeur des joints doiventetre compatibles avec les mouvements prevus.

DEFORMATIONS VERTICALES DANS- LES IMMEUBLES DE GRANDE HAUTEUR

II faut inclure dans cette etude une technique recente deconstruction des batiments dans laquelle la prise en considerationdes deformations verticales, au moment de la conception, est tresimportante. Dans la derniere decennie, ~ quelques annees pres, ona vu apparaitre beaucoup de batiments de grande hauteur danslesquels, pour des raisons d'architecture ou d'economie, les mursexterieurs sont composes de poteaux apparents et de baiesIntermediaires en acier et en verre. Generalement, les dalles deplancher reposent d'un cote sur un noyau central de cisaillement,et de l'autre sur les poteaux exterieurs (diapositive 17). Cettedisposition particuliere expose les poteaux a des temperatures et ades changements dimensionnels tres variables tandis que Ie noyaucentral est maintenu a une temperature relativement constante.

En ete, par consequent, les poteaux exterieurs sont plus longsque Ie noyau central et, ~ cause de l'effet cumulat1f desdilatations thenniques sur un grand nombre d'etages, les planchersdes de r nLer s etages gauchissent. S1, par exemple, la temperatureinterieure est de 70°F et la temperature de surface d'un poteauexterieur entierement expose s'eleve a 150°F, lq difference detemperature, soit 80°F, peut provoquer une difference_de hauteur,~H, d'environ 2,8 pouces si Ie mouvement n'est pas gene. En hiver,avec une temperature exterieure de -30°F, la difference detemperature peut etre de 100°F et provoquer une difference dehauteur, ~H, de 3,6 pouces.

En plus des differences de temperature, il risque d'y avoirdes differences de retrait et de fluage entre les poteauxexterieurs et Ie noyau central de c1saillement (diapositive 18).En general, Ie noyau central se contracte davantage car son

NOYAUCENTRAL DECISAILLEMENTOU POTEAUINTERIEUR

L~Hr-

HIVER

POTEAUXEXTERIEURS

EX P0~t------I

Av

DEFORMATION TYPIQUE DES ETAGESSUPERIEURS D'UN IMMEUBLE DE

GRANDE HAUTEUR SOUS L'EFFET DELA TEMPERATURE

DEFORMATION TYPIQUE DES ETAGESSUPERIEURS D'U~ IMMEUBLE DE GRANDE

HAUTEUR SOUS L'EFFET DU FLUAGE ET~U RETRAIT DIFFERENTIELS

Diapo 17 Diapo 18

Diapo 19

Diapo 20

101

pourcentage d'armatu~e est plus faible que celui des poteaux.L'amplitude de cette contraction depend des nomb~eux: facteurs quiinfluent sur Ie fluage et Ie ~etrait. On ne peut done prevoir aveccertitude la grandeur du deplacement. Habituellement, s'il n'estpas gene, Ie deplacement est de l'ordre d'un pouce pour un immeublede 500 pieds de hauteur.

5i ces mouvements vertlcaux se manifestaient librement, onassisterait a des changements de niveau des planchers aux poteauxde l'ordre de 5 a 6 pouces. On ne peut evidemment tolere~ cesvariations ni du point de vue structural ni du point de vue del'exploitation du batiment.

Dans la realite, ces mouvements sont beaucoup moins importantset peuvent d'ailleurs etre reduits, de plusieurs manieres, aumoment de la conception (diapositive 19). D'abord, lorsque lespoteaux se dilatent ou se contractent, Ie flechissement de~ dallesdu plancher s'oppose a la deformation en introduisant des effort~

a~iaux dans le~ poteaux. Ensuite, en n'exposant qu'une partie despoteaux: et en choisissant judicieusement la position du mur-rideau,la t ernp e r a t u r e moy e nne des poteaux, qui est a l'orlgine desdefo~mations verticales, varie moins largement que la tempe~ature

exterieure. Enfin, dans certains cas, on a applique un isolant etun parement de marbre ou de beton a l'exterieur des poteaux pourregulartser la temperature. Cette derniere solution paralt la pluslogique.

Lorsqu'on a propose de construire pour la premi~re fois desbatiments avec poteaux exte~ieurs apparents, on ne savait pas tresbien comment resoudre les probl~mes structuraux. Au cours desdernieres annees, plusieurs methodes analytiques ont ete elaboreespar Fintel et Khan dans une serie de quatre documents publies dansIe Journal de l'ACI (2-5).

Comme on reut Ie constater sur la diapositive 20, lesdeplacement~ a~iaux: des poteaux deforment les espaces compris entreles dalles de plancher. Dans ces conditions, les cloisons rigidesperpendiculaires aux: poteaux sont soumises a des contraintessev~res, ce qui provoque, habituellement, l'ouverture de fissuresen A et C dues a la deformation geometrique et aussi de fissures decisaillement imputables a la traction diagonale. D'apr~s lesresultats des etudes de Fintel et Khan, aussi longtemps que Ierapport portee/fl~che des planchers reste inferieur a L/600, il n'ya rien a craindre. Cette valeur n'est generalement pas depasseedans les immeubles de moins de 20 etages ou dans les 20 premiersetages des immeubles plus eleves. Au-dessus de 20 etages, ou si ladifference des deformations verticales entre Ie noyau central etles piliers est superieure a cette limite, on doit prendre desprecautions particulieres comme Ie choixde materiaux de bonneresistance vive pour les cloisons, ou de cloisons "flottantes",c'est-a-dire clont les joints sur les quatre rives peuvent absorberles deplacements d t f Eere nt Le l s , En general, les auteurs de l'etudeont cons tate que le~ cloisons fixes des appartements etaient plus

EFFORTS AXIAUX OPPOSES DUS AUFLECH I SSEMEI\IT DE LA DALLE

DE PLANCHER

Diapo 19

ESPACE

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I

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POTEAU( EXITRIEUR

ROTATION DES CLOISONS

Diapo 20

103

vulnerahles que les cloisons mobiles des bureaux. Outre Ie mauvaisaspect, citons c omme au t r e s effets Le coincement des portes etune isolation acoustique reduite.

Conclusion

Dans cet expose, on a souligne les principales consequencesdes deformations verticales des batiments. En ce qui concerne lescontraintes a l'interieur des ma~onneries, on a vu qu'il etaitdifficile d'enoncer des regles precises puisque les conditionsreelles a l'interieur meme d'un mur n'etaient pas faciles aprevoir. On doit donc considerer toute structure reelle en elle­meme, compte tenu de sa taille et de la disposition particulieredes materiaux. Le seul but de cet expose est d'essayer de mettre ajour certaines demarches a suivre lorsqu'on cherche a prevoir ou aexpliquer Ie comportement de la ma~onnerie.

Dans les structures de tres grande hauteur, les deformationsverticales posent des problemes particuliers qui ne peuvent etreresolus qu'apres une etude approfondie de la litterature techniqueappropriee.

Enfin, on a vu que l'ouverture et la fermeture maximales desjoints horizontaux entre panneaux de revetement ne constituentqu'un des f~cteurs determinant pour Ie choix d'une largeur dejoint: il faut aussi considerer, comme on l'a vu dans d'autresparties de ce seminaire, les tolerances dimensionnelles et lescaracteristiques du produit de colmatage.

, ,REFERENCES

1) Copeland, R.E., Flexible Anchorage of Masonry Walls, ConcreteProducts. Vol. 71, No.7, 1968, p , 54.

2) Fintel, Mark and Khan, Fazlur R., Effects of Column Exposure inTall Structures - Temperature Variations and Their Effects,Journal of ACI, Dec. 1965, Proc. V62, No. 12, p. 1533.

3) Khan, Fazlur R. and Fintel, Mark, Effects of Column Exposure inTall Structures - Analysis for Length Changes of ExposedColumns, Journal of ACI, Aug. 1966, Proc. V63, No.8, p. 843.

4) Khan, Fazlur and Finter, Mark, Effects of Column Exposure inTall Structures - Design Considerations and Field Observationsof Buildings, Journal of ACI, Feb. 1968, Froc. V65, No.2,p , 99.

5) Fintel, M~rk and Khan, Fazlur R., Effects of Column Creep andShrinkage in Tall Structures - Prediction of Inelastic ColumnShortening, Journal of ACI, Dec. 1969, Froc. V66, No. 12,p , 957.

CHARGE

1 TONNE PAR PIED CARRE

CHARGE

1 TONNE PAR PIED CARRE

Diapo 1

BATIMENT ETROIT

REPARTITION DELA PRESSION ENPOURCENTAGE DELA CHARGE PARUNITE DE SURFACE

GE PLUS DE 75%~ 50 A 75%c:::=:J 25 A 50%[::=JMOINS DE 25%

BATIMENT LARGE

I

EFFET DE LA LARGEUR DE LA FONDATION ET DE LA LONGUEURDES PIEUX SUR LA REPARTITION DES PRESSIONS

Diapo 2

105

DEFORMATIONS DUES AUX MOUVEMENTS DES FONDATIONS

par C.B. Crawford

Lorsqu'on con~oit une structure, on suppose habituellement quela fondation demeurera immobile. Par contre, si des fissuresapparaissent dans la structure, on suppose que ce sont lesfondations qui ont bouge et que c'est la seule cause defissuration. En fait, aucune de ces hypotheses n'est parfaitementjuste. Puisqu'on aborde Ie sujet de la fissuration, des mouvementset des joints dans les batiments, nous devons prendre enconsideration la nature et l'amplitude des mouvements defondations, rechercher leur cause et decrire leur evolution.

Dans une certaine mesure, on se soucie beaucoup moins dutassement total du sol sous un batiment que d'un eventuel tassementdifferentiel. Le Palais des Beaux-Arts a Mexico, par exemple,s'est enfonce dans Ie sol de plus de 10 pieds depuis saconstruction, il y a 60 ans. Les consequences les plusremarquables sont que Ie grand escalier en pierre a maintenantcompletement disparu et l'€ntree se trouve au niveau de la rue.Par contre, les deux immeubles de bureaux, en face du Palais, ontsouffert de tassements differentiels mineurs. Ceux-ci s'aggraventavec Ie temps et les deux immeubles presentent des desordresevidents. 11 ne faut pas croire cependant que tous les tassementsdifferentiels soient nuisibles: la Tour de Pise a une inclinaisonconstante -- indeniablement visible mais heureusement, securitaire!Bien que ces celebres exemples de fondation defectueuse soientinstructifs, de tels desordres ne se produisent que tres rarementaujourd'hui. La Tour des Beaux-Arts de Mexico, est un desmeilleurs exemples de realisation en matiere de genie desfondations: la roche se trouve a une profondeur telle qu'on nepeut l'atteindre quel que soit Ie genre de fondation envisage. LaTour s'est enfoncee dans Ie sol unifor~ment et a la vitesse prevuedepuis sa construction, il y a 20 ans.

C'est surtout par une meilleure comprehension des proprietesdes materiaux constituant Ie sol ou la roche qu'on est parvenu areduire considerablement les desordres des fondations. Neanmoins,des deplacements nuisibles se produisent parfois, et c'est Ie butde cet expose d'en examiner les causes possibles.

Le sol et la roche ressemblent aux autres materiaux deconstruction puisqu'ils se deforment lorsqu'ils sont charges, maisils en different en ce sens qu'on les utilise tels qu'ils sepresentent dans la nature ; on ne peut pas controler leursproprietes par un procede industriel. Sauf dans certains cas quiseront signales plus tard, la roche sera exclue de cette etude car

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Diapo 3

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Diapo 4

Diapo 1

Diapo 2

Diapo 3

107

elle constitue en general un bon support de fondations. Enrevanche, les sols sont souvent soumis a des contraintes prochesdes contraintes limites a cause des lourdes charges transmises auxfondations.

La prevision des futurs mouvements d'une fondation est fondeesur la connaissance de la transmission des charges entre lafondation et Ie sol d'une part, et d'autre part sur Ie comportementdu sol ou de la roche soumis au nouvel etat de contrainte qui enresulte. Le bon sens Ie plus elementaire nous dit qu'il y a tropde variables en jeu pour qu'on puisse prevoir avec certitude Iecomportement de la fondation, mais no us savons par expe~ience quedans la plupart des situations la prevision est suffisammentprecise.

Voyons tout de suite comment·les contraintes sont transmisesau sol par une semelle etroite et une semelle large supportant lameme charge par unite de surface (diapositive 1). Les courbesrepresentent les differentes augmentations de contrainte verticaledues a la charge exercee sur les semelles. L'augmentation decontrainte est constante Ie long d'une meme courbe. L'ensemble deces courbes est souvent appele: "Ie bulbe des pressions". Onremarquera que la courbe la plus profonde, qui correspond a uneaugmentation de contrainte egale a 10 % de la charge appliquee, aune profondeur double de la largeur de la semelle. Si on place uneserie de semelles de fondations etroites et rapprochees, les bulbesdes pressions se recoupent et la zone d'influence dans Ie sol estplus profonde que pour une semelle isolee. Le bulbe des pressionsest un concept qui permet de savoir jusqu'a quelle profondeur ilfaut sonder Ie sol.

Lorsqu'on utilise des pieux. (diapositive 2), les charges de lafondation sont transmises aux couches plus profondes. Si les pieuxsont'relativement longs par rapport a la largeur du batiment,l'effet est beaucoup plus considerable que s'ils sont courts.Cette remarque est encore plus pertinente si Ie batiment repose surune couche profonde d'argile compressible (diapositive 3). Danscet exemple, les aug~ntations de contrainte dues a un pieu d'essaiunique (schema de gauche) sont presque entierement dans la couchede sable supe~ieure alors que Ie groupement de pieux semblablessous un grand batiment (schema de droite) provoque de fortesaugmentations de contrainte dans la couche d'argile. Dans cedernier cas, il y aura un tassement important. Quand les chargesdu batiment sont appliquees sur Ie sol, il se produit un tassement"Lmmedt at " resultant de la compression Lns t ant anee du sol. La plusgrande partie du tassement immediat peut etre reprise par l'ouvrageau cours de sa construction et, heureusement, c'est a ce moment quese produisent la majorite des tassements differentiels. Cependant,dans certaines conditions, les sols a grains fins continueront a secomprimer sous une charge constante pendant de nombreuses annees :cette compression a long terme s'appelle Ie "tassement de

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Parmi les nombreuses causes des tassements differenttels,citons :

1. les variations locales de compressibilite du sol

2. les variations d'epaisseur du sol compressible;

3. les differences de dimension des semelles de fondation etdes press ions ;

4. les variations des charges appliquees

5. Ie cumul des contraintes ;

6. les differences de profondeur des semelles de fondation.,.Etudions maintenant deux exemples bien connus de desordre defondation au Canada, qui illustrent ces causes.

Un exemple classique de tassement de "consolidation" seproduit actuellement sous l'Empress Hotel de Victoria. Le batimentrepose sur des pieux de 50 pieds de longueur qui d'un cote reposentsur Ie gravier et de l'autre penetrent seulement jusqu'au milieud'une couche d'argile compressible. Bien que Ie tassement maximaldans la couche d'argile profonde ait ete de deux pieds et demi, lesdommages n'ont pas ete vraiment considerables, car Ie batiment a eutendance I s'incliner selon un plan (diapositive 4). En effet,bien que les contours du tassement soient incurves, ils montrentune augmentation reguliere du tassement de la gauche vers la droitesur la diapositive ; c'est-l-dire du nord vers Ie sud du batiment.Cette progression reguliere provient de l'augmentation d'epaisseurde la couche d' argile" compressible selon cette direction. Parchance, on a releve des observations sur les niveaux de lafondation de l'Empress Hotel chaque annee, depuis 1912, peu detemps apres l'achevement des travaux. Ainsi, il est maintenantpossible de retracer l'histoire de la mise en charge des fondationset des tassements successifs depuis Ie commencement(diapositive 5). (I.e tassement a ete assez rapide pendant les cinqpremieres annees, mais i1 se poursuit encore lentement, 65 ansapres la construction du batiment!)

Meme si Ie sous-sol est relativement homogene, lorsque lescharges exercees sur la fondation varient, Ie tassementdifferentiel peut etre important. Le batiment du Musee nationaldes sciences naturelles a Ottawa en est un exemple: cettestructure massive repose sur un ensemble complexe de semelles defondation I 2 niveaux et les pressions sur Ie sol varient de moinsd'une tonne par pied carre I plus de 4 tonnes. Le tassementdifferentiel a ete tellement important, 5 ans apres l'ouverture du

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musee, que la tour situee au-dessus de l'entree (voir ladiapositive) a da etre enlevee en 1915 pour eviter Ie risque d'uneffondrement. Les tassements totaux mesures variaient de zero, laou la pression au sol etait faible, a 1,6 pied au droit de la tour(diapositive 6). Quelques annees apres cette etude, on a enleveune partie du plancher originel, ce qui a permis de cons tater qu'untassement differentiel, de l'ordre de 1/2 pied, avait eu lieu aumoment de la construction. Ainsi, Ie tassement differentiel totaldes semelles etait probablement de plus de 2 pieds. Ce tassement acause des dommages considerables aux cloisons interieures(diapositive 7) mais, a cause du type de charpente, la structure debase est res tee saine. .

Un autre exemple montre bien comment les etudes de fondationrecentes permettent de construire avec succes sur des sols demauvaise qualite. L'usine de la Canadian Titanium Pigment deVarennes, sur la rive sud du Saint-Laurent a 20 milles en aval deMontreal, repose sur un radier en beton arme de 2,5 piedsd'epaisseur sur une couche d'argile compressible de 100 pieds deprofondeur. Des pieux ont ete ajoutes au radier, en-dessous desmachines lourdes. La pression au sol varie de 700 a 1 700 lb/p02sur une surface de 100 x 300 pieds (diapositive 8). Les tassementsvarient de plus de 6 pouces dans les zones fortement chargees aenviron 2 pouces dans les zones faiblement chargees. La plusgrande partie du tassement a eu lieu pendant l'annee de laconstruction en 1957 (diapositive 9), mais il y a eu encore2 pouces de tassement dans les 6 annees qui ont suivi. L'amplitudede ces tassements differentiels etait parfaitement acceptable pourles proprietaires au point de vue economique: ces derniersdeciderent done de construire, en 1961, une extension a l'usineselon Ie meme principe. Ces batiments furent construits de tellefa~on que Ie tassement differentiel est a peine perceptible.

Un autre exemple, dans la meme region et sur Ie meme type desol, ne s'est pas revele aussi irreprochable. 11 s'agissait d'unvaste entrepot relie a des installations speciales sur pieux. Lesfondations de l'entrepot prenaient appui sur une couche de sable deremplissage de 3 pieds d'epaisseur, situee au-dessus d'une couched'argile compressible. Les concepteurs ne se rendirent pas compteque la couche de sable de remplissage surchargeait davantage Ie solque la structure elle-meme. La consequence inattendue fut untassement differentiel de plus d'un pied (diapositive 10)accompagne de dommages considerables et de grandes difficultesd'exploitation.

Les cas precedents sont des cas de tassements differentielsextremes. Aujourd'hui, au Canada, meme des tassementsdifferentiels de l'ordrede 4 pouces, comme celui de l'usine deVarennes, sont rarement acceptables. Normalement, Ie concepteurpeut prendre des dispositions pour que les tassements differentielsne depassent pas un pouce. Si la repartition des charges et Iesous-sol sont a peu pres uniformes, les courbes de tassement auront

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la forme de soucoupes (diapositive 11). Cette diapositiver e p r Ss e n t e Le s cou r be s du t a s s erne nt final de 1'hopital Mt-SinaT.situe a Toronto. Le radier de fondatlon repose sur une cnuched'argile presque uniforrne. La pression moyenne au sol de la partiecentrale de l'edifice est d'environ 1,6 tonne par pied carre etd'environ 0,8 sous les deux ailes arriere. Des joints avaient eteprevus entre les zones fortement et faiblement chargees. Onremarquera que Ie tassement maximal, au centre de la sectioncentrale, depasse legerement 1/2 pouce et que Ie tassementdifferentiel n'est que de 1/4 de pouce. Les mesures du tassement(diapositive 12) montrent que la plus grande partie du mouvement aeu lieu pendant la construction.

Un autre cas typique de tassement des fondations: la tour de26 etages du CN a Edmonton. Cette structure en beton arme comportedes semelles de repartition qui reposent sur des argiles sableusesou silteuses, a des profondeurs de 22 a 2h pieds sous la surface.Le tassement maximal apres 6 ans est tout juste superieur ~

1 pouce, avec un tassement differentiel inferieur a 1/2 pouce(diapositive 13). Quatre-vingts % du tassement s'est produitpendant la construction. Une etude recente de l'influence de larigidite de la structure sur les charges appliquees aux fondationsde la tour du CN d'Edmonton a montre que meme ce faible tassementdifferentiel pouvait creer un report de charge de l'ordre de40 % (par rapport a la charge initiale) sur une seule semelle.

Les deux derniers cas exposes sont typiques des grandesstructures si on considere les mouvements normaux d'une fondationbien con~ue. Les risques de desordre resultant d'un tassementdifferentiel semblent beaucoup plus eleves pour les structurescomme les immeubles d'appartements de 10 a 15 etages, d'autant plusque Ie proprietaire a tendance a limiter la reconnaissance duterrain et les etudes de conception.

II exis~e trois types fondamentaux de tassements: Ietassement uniforme, Ie basculement, et Ie tassement non uniforme(diapositive 14). Le tassement uniforme et Ie basculement, s'ilsrestent limites, ne presentent pas d'inconvenients majeurs pour lastructure, mais ils peuvent presenter de serieux inconvenients pourles branchements et les dependances, comme les conduites d'eau oules couloirs de communication souterrains. Le tassement nonuniforme peut, quant a lui, provoquer la fissuration ou meme larupture de la structure. En general, il est caracterise par desdeformations angulaires. La grandeur de la deformation angulairepeut etre exprimee par Ie rapport du tassement differentiel a ladistance separant les supports, soit ~/L. D'apres les experienceset les essais de laboratoire, il existe une relation entre lesdeformations an~llaires et les dommages qui en resultent pourdivers types de construction (diapositive 15). La deformationan~llaire varie de 1/750, deformation qui peut gener Iefonctionnement de certaines machines sensibles, aI/150, auquelcas on peut craindre l'endommagement de la structure.

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115

Le tassement du sol de fondation qu'un b§timent peut admettresans inconvenient, ou autrement dit Ie tassement "admissible",depend de la taille et du genre du batiment ainsi que du typed'exploitation prevu. Le tassement "admissible" de l'usine decolorant au titane, par exemple, ne conviendrait pas a un hotel deville. Aussi, pour des raisons pratiques, un tassement quipourrait etre acceptable a Mexico, en raison des conditions localesseveres, serait trop eleve pour etre tolere dans une villecanadienne.

Jusqu'a maintenant, l'etude a porte sur les mouvements defondations dus a la compression du sol supportant les charges.Mais il peut egalement se produire, a la suite du gonflement ou duretrait des sols argileux, d'importants mouvements dus a descontraintes non directement reliees a la pression qu'exerce lafondation.

Les sols contenant des argiles a grain fin peuvent, en sechanta l'air ou a cause de la vegetation, subir des contraintesextremement elevees. Le retrait pouvant avoir lieu sur toute laprofondeur des racines d'un arbre, l'epaisseur de la couche activedepend done a la fois des conditions climatiques et de lavegetation. La vegetation des climats semi-arides peut avoir desracines qui s'enfoncent a plus de 20 pieds dans Ie sol! Lesracines des arbres etant tres absorbantes, la profondeur et lavitesse du retrait dans la couche d'argile peuvent etreconsiderablement augmentees s'il y a beaucoup d'arbres. Certainssols reprennent leur volume initial lorsqu'ils sont a nouveautrempes. Les mouvements verticaux d'une semelle de fondationdependent par consequent du type de sol, de l'etat du sol au momentde la construction, et des variations de teneur en eau ulterieures.Generalement, les soulevements les plus accentues proviennent dessols qui ont ete asseches par une vegetation dense ou par unesecheresse extreme, et qui, ensuite, voient leur teneur en eauaugmenter fortement a la suite de travaux d'irrigation ou autres.Le retrait Ie plus important se produit dans les sols argileuxhumides qui n'ont pas ete asseches auparavant lorsqu'on y implante,pour la premiere fois, une vegetation aux racines profondes. Ladiapositive 16 montre les mouvements du sol pendant une saisonparticulierement seche, a Ottawa: a cause des caracteristiquesdes couches de sol sous-jacentes, seule une tres petite partie duretrait sera restituee par la suite malgre la presence d'humidite.

Bien que Ie retrait ou Ie gonflement ne se produisent, engeneral, qu'avec des semelles de fondation faiblement chargees, ilspeuvent endommager considerablement les grands immeubles. Dans unbatiment de six etages situe a Ottawa, une rangee de peupliers futa l'origine de la fissuration importante du plancher du sous-sol.En deux ans, l'affaissement des semelles de fondation situees aproximite des arbres avait depasse un pouce.

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Les so!s sujets au gonflement sont monnaie courante dans lesPrairies. A Winnipeg, dans la nouvelle partie d'une eglise qu'on aconstruite sur un terrain ou l'on venait de couper les arbres, ladalle du plancher, qui reposait directement sur Ie sol, s'estsoulevee de 6 pouces en 2 ans. Cette difference de niveau entreles deux parties de l'eglise est bien genante! Bien que lastructure principale ait ete fondee sur pieux, les cloisons et lafinition du sous-sol furent endommagees, et meme certainesdeformations furent transmises a la superstructure.

II est courant, dans beaucoup de regions du Canada ou ilexiste des argiles lourdes, de voir les fondations superficiellesmonter ou descendre de plusieurs pouces. Ce probleme peut etreresolu en concevant une structure suffisamment rigide pour reduireles mouvements relatifs, ou en prevoyant une fondation plusprofonde (generalement: des pieux relativement courts) avec unespace entre les planchers et le sol pour permettre les changementsde niveau du sol. 11 est parfois necessaire, lorsque la situationest extreme, de concevoir des batiments deformables. Danscertaines regions minieres d'Angleterre, l'affaissement du terrainavait forme a la longue des ondulations de 2 a 3 pieds de hauteuren surface lorsque les galeries de mise passaient sous lesvillages. Ce fut l'origine du developpement des structures debatiment deformables, avec de petits panneaux muraux separes pardes joints de glissement. Plus de 1 500 structures de ce genre ontete construites depuis 1957.

Les mouvements des fondations dus aux variations decontraintes dans Ie sol ne sont pas les seuls qui entrent en jeuIe gel, parfois a l'origine de complications, est frequent presquepartout au Canada. Lorsque des sols a grain fin, comme les siltset les argiles ou meme des boues de sable et de gravier gelent,l'eau de la nappe phreatique s'eleve et forme des lentilles deglace discontinues, ce qui provoque un gonflement du sol.Habituellement, Ie chauffage empeche Ie gel d'atteindre lessemelles de fondation, mais souvent on oublie que les fondations dugarage ou des voies d'acces surbaissees peuvent etre soulevees parIe gel, causant des dommages considerables aux structures legeres.~a diapositive 17 represente un cas reel ou l'adherence due au gelsur Ie mur de fondation pres de l'entree d'un garage a provoque Iesoulevement et la deformation de la structure et a cause des degatsserieux aux murs. 11 existe aussi un risque de gel pendant laconstruction. Un immeuble important situe a Ottawa a ete endommageparce que les dalles de plancher du sous-sol se sont soulevees etfissurees au cours d'une periode de froid intense. Le mouvementdes fondations introduisit des deformations dans la structure etaboutit a la fissuration des cloisons.

Dans Ie Nord du Canada, il existe beaucoup de cas dedeformation de batiments chauffes, a la suite du degel dupergelisol.

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M@me 1a roche ne constitue pas toujours un bon sol defondation. On a vu Ie plancher du sous-sol d'un b~timent situe AOttawa se soulever mysterieusement quelques annees apres saconstruction: des recherches revelerent que la pyrite contenuedans la roche schisteuse s'etait transformee en gypse et autressulfates par oxydation et action bacteriologique, d'oll Iegonflement. Celui-ci a atteint pres de 4 pouces apres 5 ans. 11n'y eut finalement que quelques deformations mineures, Iesoulevement ayant ete entrave par un traitement chimique.

Les fondations ne sont donc jamais parfaitement immobiles. Cequi est important, c'est de pouvoir en prevoir Ie comportement.Pour des fondations simples sur un sol convenable, la previsionpeut etre realisee moyennant peu de frais. En revanche, sur dessols de mauvaise qualite ou lorsque les fondations sont complexes,une etude geotechnique serieuse et probablement onereuse, estnecessaire. Le concepteur doit par consequent accepter uncompromis entre 1a fondation immobile qu'il souhaite et Ie souhaitdu proprietaire qui recherche avant tout une fondation economique.D'un c8te, il peut etre avantageux d'accepter des deplacementsdifferentiels importants et de prevoir des joints qui puissent lesreprendre. D'un autre c8te, une fondation suffisamment stablepermet d'ignorer les fleches, du moins en ce qui concerne laconception des joints, sans jamais oublier que les joints, ~me

s'i1s sont con~us pour d'autres raisons, peuvent absorber depetites fl~ches dues aux mouvements des fondations.

A cause de l'interaction entre Ie sol et la structure, il estevident que la collaboration de l'ingenieur de structure et del'ingenieur specialiste en fondation est indispensable des Ie debutdu projet.

121

TOLERANCE AUX MOUVEt1ENTS

par J.K. Latta

D'apr~s ce qui a €t€ dit sur les mouvements de fondations etles mouvements dus aux changements de temp€rature ou d'humidite, ouencore aux charges, on pourrait croire que nos batiments sedisloquent comme des chateaux de cartes.

C'est Ie cas de certains batiments. Ce sont les joints quicedent et si ces derniers sont en nombre insuffisant, ce sont les€l€ments memes du batiment qui c~dent, ce qui, en termes deconstruction, se traduit par des fissures. On vient ainsi derappeler les trois sujets d'€tudes de ce s€minaire: lesmouvements, les joints et les fissures.

Jusqu'a maintenant, on a surtout €tudi€ les mouvements; cequi est logique puisque, sans eux, les joints seraient inutiles ­on pourrait alors assembler rigidement les €l€ments d'un batimentsans craindre la fissuration. En realite, la chose estimpossible: les mouvements de la structure sont in€vitables etdoivent ette toleres.

Essentiellement, on peut s'y prendre de deux fa~ons: on peutentraver Ie mouvement au moyen d'un materiau tres r€sistant oupermettre au mat€riau de se d€placer pour €viter d'introduire descontraintes. En pratique, on combine un peu de ces deux m€thodes,mais il est utile, aux fins de cette €tude, de consid€rerseparement ces deux possibilites.

Si on veut empecher les mouvements, il faut employer comme onl' a vu , un mat er I au suffisamment r€sistant. Comme Le mouvement€ventuel que l'on veut empecher d€pend du mat€riau choisi, c'est-a­dire de sa reponse aux variations de temperature et d'humidite, ilfaut proc€der a une nouvelle estimation pour tout changement demateriau. Si on empeche Ie mouvement de se produire, c'est commesi on imposait au mat€riau une d€formation €quivalente a latotalite du mouvement. Cette d€formation peut etre mesuree et,connaissant les propri€t€s du mat€riau, on peut en d€duire lescontraintes. Si les contraintes sont inferieures aux contrainteslimites du mat€riau, Ie probl~me peut etre ainsi r€solu. Entraction, il est probable que la plupart des materiauxconviendront, mais en compression un €lement risque de flamber. Lacontrainte limite du materiau en compression peut done etre tresinf€rieure a sa contrainte de rupture ou meme a la limite€lastique.

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Mais, que doit-on faire si la contrainte depasse les limitesadmissibles? On doit choisir un autre materiau ou utiliser Ie mememateriau apres l'avoir modifie. Le beton arme est un excellentexemple de materiau qu'on peut modifier. 11 est tres resistant encompression et peu resistant en traction. En introduisant desbarres d'acier dans la masse du beton pour resister aux efforts detraction, on forme un materiau composite aux usages tres varies.Malgre tout, on doit reconnaltre qu'en utilisant des armaturesd'acier dans Ie beton, Ie plus souvent on remplace une ou deuxlarges fissures par une multitude de microfissures. 5i cesdernieres s'averent genantes, on peut encore modifier Ie materiaupar precontrainte. Dans ce dernier cas, Ie beton est soumis a unecontrainte de compression permanente: il ne peut donc pas sefissurer.

Maintenant, il s'agit de savoir quelle quantite d'armatured'acier est necessaire pour limiter la fissuration d'une piece enbeton arme ordinaire. 11 est difficile de repondre a cettequestion a cause des nombreux facteurs inconnus qui entrent en jeu.Neanmoins, il est utile de connattre les interactions entre l'acieret Ie beton si on veut pouvoir controler les forces en presence et,ainsi, eviter une fissuration trop visible.

Considerons une piece prismatique en beton contenant, pres deson axe, une armature d'acier. 5upposons que cette piece compositesoit encastree a ses deux extremites et qu'elle ne comporte, pourIe moment, aucune fissure. Dans ces conditions, il est evident quel'armature d'acier n'est pas contrainte puisqu'elle ne fait l'objetd'aucune deformation.

Par contre, des contraintes sont introduites dans Ie betonqui, en sechant, est sujet au retrait et ne peut se raccourcirlibrement: il y donc apparition d'une contrainte de traction.l,orsque cette contrainte atteint la resistance maximale du beton aun age donne, celui-ci se fissure. 11 s'agit d'une sorte de courseentre l'augmentation de la resistanc~ du beton avec l'age etl'augmentation des deformations de retrait·pendant qu'il seche. Onvoit ainsi l'avantage qu'il y a a prolonger la cure du beton pourpermettre a sa resistance de crottre suffisamment avant que Iesechage ne commence.

A l'endroit des fissures, la deformation est reduite, ce quirelache la contrainte correspondante. Si la section ou se produitla fissure n'etait pas armee, la fissure s'ouvrirait davantagelorsque Ie retrait du beton s'accentuerait et la contrainte detraction serait alors reduite a zero.

Avec une armature d'acier dans Ie beton, les choses sontdifferentes: lorsque la fissure s'ouvre, l'armature d'acierretient Ie beton de part et d'autre. L'acier est donc en tractionet l'allongement qui en resulte correspond a l'ouverture de lafissure et, pour eviter que la contrainte ne soit de grandeur

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125

infinie, auque1 cas i1 y aurait rupture de l'acier, cettedeformation doit etre repartie 1e long de l'armature, sur unecertaine distance. Cette derniere correspond a une perte localed'adherence beton-acier de part et d'autre de 1a fissure.

Dans une section e10ignee de 1a fissure et situee au-de1a dela distance de glissement de l'armature, 1a deformation estpartie11ement attenuee, mais une relaxation complete ne peut avoirlieu a cause de l'acier qui est en compression et qui s'y oppose.L'effort de traction dans 1e beton est donc equi1ibre a 1a fois parl'effort de compression dans l'armature de cette section et parl'effort de traction dans l'armature de 1a section fissuree. Cesdeux forces agissent dans 1a meme direction.

On peut exprimer mathematiquement cet equi1ibre en faisantintervenir 1es aires des sections d'acier et de beton ainsi que 1escontraintes de l'acier et du beton. On obtient l'equationsuivante :

L'experience a prouve que 1es contraintes de compression de l'acierdues au retrait du beton sont en rea1ite tres faib1es. Parconsequent, si on neglige ces contraintes, l'effort de tractiondans 1e beton peut etre considere ega1 a l'effort de traction dansl'acier :

Le rapport limite d'acier est donc ega1 au rapport de 1a contraintede traction du beton a 1a contrainte de traction de l'acier.Soit :

(rcritique

Dans ces formu1es, 1a contrainte de l'acier peut etre considereeega1e a 1a limite d'ecou1ement, qui s'obtient faci1ement 10rsqu'onconnatt 1a nuance de l'acier utilise. En revanche, 1a valeur de 1aresistance a 1a traction du beton est beaucoup plus diffici1e adeterminer.

On admet souvent que 1a resistance a 1a traction du beton estenviron un dixieme de 1a resistance a 1a c~mpression. Par exemp1e,un beton ayant une resistance a 1a compression de 4 000 1b/p02aurait une resistance a 1a traction ae 400 1b/p 02 . On ne doit pasoub1ier, cependant, que cette valeur correspond a 1a resistance dubeton a 28 jours, et que beaucoup de fissuresse seront formeesbien avant ce de1ai. Des etudes rea1isees en Grande-Bretagne ontdemontre que 1a principa1e cause de fissuration des murs en beton

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DEFORMATION UNITAl REDUE AU RETRA IT LI BRE

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Diapo 4

Diapo 4

127

etait la contraction resultant du refroidissement, apres Iedegagement de la chaleur d'hydratation. Comme la plupart des mursde batiment sont minces, la chaleur d'hydratation du beton sedissipe en 3 jours environ. Ces considerations nous laissentsupposer qU'il faut utiliser la resistance a la traction du beton a3 jours, ce qui correspond a une valeur comprise entre 1/3 et1/2 de la resistance a la traction a 28 jours, ou entre 1/30 et1/20 de la resistance a la compression a 28 jours.

L'espacement des fissures peut aussi etre un bon critere.Dans une fissure, la contrainte du beton est nu11e ; puis, el1eaugmente progressivement Ie long de l'armature dans 1a zone deglissement. Dne fois passee cette zone, les conditions quiexistaient avant 1a fissuration demeurent 1es memes: l'acier esten compression et 1e beton en traction ; une autre fissure peutdonc se former. II s'agit ici de l'espacement minimal entre lesfissures auquel on peut (diapositive 4) arriver par l'equation de1a resistance du beton a 1a rupture et de l'adherence developpee Ielong de l'armature dans la zone de glissement. Si l'armature estun rond, l'equation s'ecrit

L'espacement maximal des fissures est ega1 a deux fois cettedistance. Supposons qu'il y ait deux fissures separees par unedistance un peu inferieure a deux fois la distance minima1e. Dansce cas, 1a contrainte augmente progressivement en partant de chaquefissure, et ami-distance 1a contrainte est legerement inferieure a1a contrainte de rupture.

Dne deuxieme fissure peut donc se former n'importe ou entreles deux premieres. On s'attend cependant a ce qu'elle se forme laou Ie beton est Ie moins resistant, par exemple aux joints dereprise, ou encore la ou les contraintes sont particu1ierementfortes comme c'est Ie cas pres des ouvertures de fenetre.

Le beton n'est pas 1e seu1 materiau qui puisse etre modifie decette fa~on. Les etancheites mu1ticouches en bitume des toiturestraditionne11es sont ega1ement constituees d'un materiau modifie.Le bitume constitue Ie composant qui assure l'etancheite, maiscomme il perd son e1asticite en vieil1issant ou a bassetemperature, i1 doit etre renforce au moyen de feutres. Cerenforcement empeche 1a fissuration du bitume.

On do it admettre, bien sur, que si on veut que les elementsd'une construction restent en place, i1 faut les fixer. Cettefixation doit, a son tour, etre capable de resister aux forces quis'exercent sur les elements. Dans 1a p1upart des cas, 1e problemene pose aucune difficulte, mais i1 existe toujours des casparticuliers. Par exemple, une couverture de toit directement lieea une da1le de beton arme coule sur place ne posera pas de probleme

SOLIVE DE GRANDEPORTEE

MUR EN BLOCSDE BETON

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129

par rapport ~ la dalle. En revanche, on a rapport~ Ie cas d'unecouve r t ure de toit 'pos ee sur des planches en ami an t e-rc i rncnt , Aubout d 'un certain temps, Le retrait de La couverture a cornp r i rne l e splanches les unes contre les aut res et cause des dommages sur lp.pourtour (diapositive 5).

En g~n~ral, la m~thode qui consiste ~ s'oppos~r aux mouvementsn'est utilis~e qu'avec les ~lements qui peuvent ~tre fixes surtoute leur surface, comme les couvertures de toit. On l'enploier a r emen t pour des ~lements cornme les panneaux de rnur en beton quisont fixes ~ l'ossature du bitiment en des points particuliers. Detels elements peuvent avoir Jes contraintes dues ~ leur propredilatation ou contraction differentielles, ou dues ~ des fleches oudes t a s s erne nts qui n' ont pas ~te ent iert!ment p r evu s , rnais pas acause des fixations introduites deliberement.

On tente hahituellement de laisser a l'e1ement 1a possihilitede se dep1acer, de maniere ~ eviter 1a naissancp. de contralntes.Ceci n'est realisable que sl l'element n'est fixe qu'en un point etque s1 tous les autres points d'attache sont souples ou munis d'undispositif de glissement. II n'cst m~me pas necessaire de fixerl'e1ement ; celui-ci. peut etre plus ou moins "f10ttant" al'interieur de Iimites precises, comme c'est Ie cas pour les vitresa l'interieur les chassis de fenetre.

Hormalement, l'element est fixe en un point et supporte ad'autres de ma n i e r e a t o Le r e r d'eventuels mouvements. C'est Le casdes rev~teRents a clins des maisons, par exemple. Chaque plancheest fixee a sa hase par des clous, et s6n borJ superieur estmaintenu par la planche suivante. Le bois est relativement stabledans Ie sens du fil mais il se dilate et se contracte fortementdans 1e sens perpendiculaire au fil: ce mouvement perpendiculaireau fil peut se produire lihrement puisque la planche inferieurepeut se dep1acer sous 1a planche superieure. II faut cependantprendre garde que l.e s c l.ou s n' emp eche n t l a di latatlon de la plancheinferieure (diapositive 6).

L'assemblage des parois externe et interne d'un panneausandwich en heton illustre bien Ie meme principe. Si les paroisexternc et interne sont ri3idement fixees, que ce soit tout Ie 10n~

ciu perimetre ou au moyen de nombreuses fixations r1gides en diversendroits, il est inevitable que Ie panneau se fissure ou se deformea cause des d i f f e r e nces de temperature e t d'humidite auxq ue Lle ssont soumises les deux parois. II est maintenant d'usage deretenir 1a paroi exterieure ~ la paroi interieure au moyen d'unconnecteur de cisaillement en un point et de lier les deux paroisen plusieurs endroits au moyen de goujons de faible diametre quisont suffisamtnent souples pour t01erer les mouvements differentielsentre les deux parois.

On utilise 1a meme methode de fixation pour les panneaux def ac a de en beton prefabriques: ils sont fixes rigidement a leur

FORTE DEFORMATION U1\11 TAl REDANS LA SECTION FISSUREEPROVOQUANT LA RUPTURE

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DEFORMATION UNITAIREREPARTIE SUR UNELONGUEUR NON L1EE

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Diapo 8

Diapo 8

131

sommet ou a leur base et maintenus a l'autre extremite par desattaches coulissantes.

Dne complete liberte de mouvement est rarement possible. Ellen'est pas non plus necessaire. Ce qui importe, c'est que lacontrainte dans le materiau reste dans des limites acceptables.Comme on l'a deja dit, la contrainte est proportionnelle a ladeformation pour la plupart des materiaux de construction, et ladeformation unitaire correspond a la deformation totale divisee parla longueur ou la deformation se produit. Dans certains cas, ladeformation du materiau depend de facteurs externes ; si on peutprevoir une longueur suffisante de materiau pour tolerer ladeformation, la deformation unitaire reste faible, de meme que lacontrainte. Cette situation se presente lorsque, par exemple, il ya une fissure ou un joint dans le support d'un revetement de toit.Si, en effet, Ie revetement adhere au toit, la deformation au jointdoit etre reprise par la largeur du revetement a cet endroit qui,dans le cas d'une fissure, est egale a zero. Les contraintesseront demesurement elevees et provoqueront la rupture durevetement. Par contre, si Ie revetement est lie par point ou siau moins une bande de chaque cote du joint n'adhere pas au toit, ladeformation se repartit sur une plus grande longueur de materiau etles contraintes sont reduites en proportion.

Jusqu'a maintenant, on a vu comment les contraintes peuventapparaltre et comment on peut les maintenir dans des limitesacceptables. Bien qu'on ne l'ait pas indique, il etaitimplicitement admis que les materiaux n'avaien! pas des dimensionsinfinies: les elements etaient juxtaposes. Aces discontinuitesou se produisent les mouvements relatifs, il doit y exister unquelconque joint. Parfois, c'est Ie changement de materiau quidetermine l'emplacement du joint. Par exemple, on doitnecessairement utiliser un joint entre les rives d'une vitre et lechassis d'une fenetre. Finalement, lorsqu'on a le loisir dechoisir le type de joint a utiliser et son emplacement, il fautetudier soigneusement le role qu'il doit jauer.

Apart le cas d'un changement de materiau, il existe deuxraisons de mettre un joint :

- pour limiter la taille d'un element;- pour eviter une fissuration aleatoire.

Certains materiaUK peuvent etre produits en longueurs plus oumoins illimitees comme, par exemple, les t3les d'acier. Mais, pourla pose et Ie transport, les tales doivent etre decoupees enlongueurs de 60 pieds environ. Une fois en place, les elementspeuvent etre soudes, comme c'est parfois le cas pour les poutresprincipales d'un pont ou des rails de chemin de fer.

Bien que le beton puisse etre gache et malaxe en dehors duchantier, sa phase finale de fabrication, c'est la coulee sur le

ROTATION D'UNE CLOISON

Diapo 9

Diapo 9

133

chantier. Avec une bonne organisation et des ressourcesappropriees, on peut construire des structures en betonmonolithiques, comme, par exemple, les cheminees en beton couleesdans des coffrages glissants. En general, la quantite de betoncoulee en une fois correspond a un poste de travail. La deuxiemecoulee de beton vient immediatement apres la premiere sans prevoirdes dispositions particulieres pour permettre les mouvements entreelles. Habituellement, lorsqu'il y a une reprise de bet onnage , lesarmatures sont continues au droit des joints et on prevoit parfoisdes cles de cisaillement pour eviter tout mouvement.

Ces deux types de joint, les soudures et les reprises debetonnage, ont un meme but: limiter la taille des elements aumoment de la construction. On peut decrire ces joints comme desjoints de construction. Comme aucune tolerance au mouvement n'estprevue aces endroits, on doit s'assurer que les joints sontsuffisamment resistants pour supporter les contraintes dues a desmouvements eventuels. Les soudures se comportent bien en general,mais Ie retrait du beton peut provoquer la fissuration du joint dereprise malgre la continuite des armatures car l'adherence entre Iebeton frais et Ie beton deja en place est faible.

La continuite des structures n'est pas illimitee on doitprendre des dispositions pour tolerer les mouvements sur.unecertaine longueur. Par exemple, une cneminee monolithique a uneextremite libre et il importe peu qu'elle soit un peu plus haute enete, si elle est utilisee, qu'en hiver, si elle ne l'est pas. Lememe phenomene se produit pour tout b~timent eleve, a condition quetoute l'ossature se dilate et se contracte uniformement.Malheureusement, ce n'est pas toujours Ie cas pour les structuresdont la partie interne est exposee a des temperatures stables et lapartie externe a des temperatures tres variables. On a mesure desmouvements differentiels de l'ordre de 5/8 de pouce dans les etagessuperieurs de certains immeubles tres eleves. II s'agit evidemmentd'un mouvement gene; Ie mouvement libre pourrait etre de l'ordrede plusieurs pouces. On dolt, par consequent, porter une attentionparticuliere a la conception des cloisons pour eviter des fissuresgraves.

Les temperatures externes et internes d'un immeuble long etbas sont semblables a celles d'un immeuble de grande hauteur. Lesfondations sont enfouies dans Ie sol, et on espere que lesmouvements, Ie cas echeant, seront faibles. Par contre, lasuperstructure peut etre moins stable et soumise a d'importantescontractions et dilatations. Ce n'est pas necessairement Ie cassi, par exemple, l'ossature se trouve entierement a l'interieur del'enveloppe du batiment ou les temperatures sont relativementstables. On doit tenir compte du changement entre les conditionsambiantes qui existent au moment de la construction et celles quiseront maintenues pendant toute la duree de service de l'immeuble.On remarquera egalement que la stabilite des conditions ambiantes al'interieur de .l'immeuble depend de l'installation mecanique. Si

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Diapo 10

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135

cette derniere tornbe en panne, pour une raison que1conque,l'hypothese d'un milieu ambiant stable n'est plus justifiee. Larecente greve des mineurs en Grande-Bretagne fournit un bon exemp1ede fermeture pro10ngee ~ 1aque11e i1 a fa11u faire face. On doitdonc, des 1a conception, se soucier des consequences d'un arretpro10nge des installations mecaniques pendant 1eque1 des mouvementspourraient se produire.

Si on s'aper~oit que l'amp1itude du mouvement pour l'ensemb1edu batiment risque de provoquer une fissuration de l'ossature, ondoit prevoir un joint que1que part dans l'ossature. Ce cascorrespond a 1a deuxieme raison citee precedemment, c'est-a-direpour eviter une fissuration irregu1iere. On peut aussi considererce type de joint comme l'introduction vo10ntaire d'une fissure autravers de l'ossature, des p1anchers, des murs et du toit. Cesjoints, bien qu'i1s permettent des mouvements dans 1es deux sens,peuvent etre appe1es des "joints de dilatation".

Souvent, ces joints ne se pro10ngent pas dans 1es fondationsou 1es sous-so1s si on considere que 1es temperatures y sontre1ativement stables. En revanche, 10rsque 1es fondations sontsujettes aux tassements differentie1s ou ~ d'autres dep1acements,i1 faut construire des parties de batiment independantes, ayantchacune leur propre fondation.

En l'absence de mouvement des fondations, 1a p1upart desbatiments classiques dont 1a longueur ne depasse pas 150 pieds etdont toute l'ossature est a l'int~rieur de l'enve10ppe n'ont pasbesoin de joints de dilatation dans l'ossature. Chez 1esingenieurs, 1es opinions different enormement quant a leurnecessite et a leur espacement. Lorsque 1es batiments ne sont pasrectangu1aires, mais en forme de L ou de H par exemp1e, i1 estgenera1ement necessaire de separer 1es differentes sections avecdes joints de dilatation car 1es mouvements re1atifs ont desdirections differentes.

Revenons en arriere un instant: vous vous souvenez quel'espacement minimal des fissures du beton depend de sa resistanceen tension, de 1a quantite d'armatures d'acier, du diametre desarmatures et des forces d'adherence beton-acier. Si on peutdeterminer tous ces facteurs avec une precision suffisante, on peutca1cu1er l'espacement minimal des fissures et si on prevoit desjoints a une distance double de cet espacement, i1 ne devrait pas yavoir de fissuration. Je dis "devrait" car en construction, 1aprecision n'est jamais aussi grande.

Dans de te11es estimations, on devrait considerer 1a rigidite •relative des differentes parties d'une structure. Par exemp1e, unepoutra massive reposant sur un mur de sous-so1 par l'intermediairede poteaux e1ances peut faci1ement se dep1acer 1atera1ement a causede 1a soup1esse des poteaux. Al'inverse, une poutre 1egeresupportee par des poteaux de forte section sera maintenue tres

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PARTIE DE MUR RIGIDE,JOINT DE DILATATION

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Diapo 12

Diapo 12

137

rigidement et risquera de se fissurer. 11 en est de meme pour lesmurs des batiments. Une partie de mur sans ouverture, donc tresrigide dans Ie plan du mur, peut par consequent retenir Ie reste dumur qui comporte des fenetres.

Si une fissuration legere est acceptable dans un mur en beton,on peut placer les joints a des intervalles de quatre foisl'espacement minimal de fissuration de maniere a provoquer unefissure eventuelle a mi-chemin environ entre deux jointsconsecutifs.

Ces considerations nous conduisent a parler des jointsaveugles. 11 s'agit d'une section faible de la construction ou lesfissures sont Ie plus susceptibles de se former s'il devait seproduire un mouvement. Ce type de joint est moins satisfaisantqu'un veritable joint de dilatation, et ne peut tolerer desmouvements que dans une seule direction. Par contre, il est peucouteux et peut etre utile pour construire des dalles sur sol oudes murs en beton arme. On Ie realise generalement en laissant ouen decoupant une rainure d'un seul ou des deux cotes d'une memesection de dalle ou de mur et en interrompant la continuite desarmatures dans cette meme section.

A part l'ossature, la plupart des elements d'un batiment sontfabriques selon des dimensions finies de maniere a en faciliter lamanutention, et on ne cherche pas a les assembler rigidement. Lespanneaux de revetement prefabriques en beton, par exemple, sont,dans la plupart des cas, fixes individuellement a l'ossature. Lespanneaux adjacents n'interagissent que si l'on remplit l'espace quiles separe avec des joints d'etancheite. La realisation de jointsetanches fait l'objet de l'article suivant intitule "Conception desjoints d'etancheite" par J.K. Latta. Pour Ie moment, il est clairqu'il faut laisser un espace assez important entre les panneauxpour permettre des mouvements relatifs.

139

CONCEPTION DES JOINTS D'ETANCHEITE

par J.K. Latta

L'assemblage de deux elements suppose habituellement qu'unecertaine fonction ou responsabilite sera partagee ou transmise. Enconstruction, cela signifie que la fonction de l'un ou l'autreelement, ou des deux, doit se poursuivre au travers du joint.

Cet article n'est pas une etude de l'integrite structurale desjoints, mais plutot une etude de leur comportement en tant queseparateurs de deux milieux differents. Si on ne desire passeparer les deux milieux, un joint d'etancheite est inutile: ilsuffit de laisser un espace suffisant entre les deux elements pourpermettre leurs mouvements relatifs. Et si on a des doutes surl'amplitude de ces mouvements, il suffit de laisser un espacesuffisamment large.

D'habitude, on cherche plutot a separer deux milieux dont lesconditions ambiantes diff~rent. II faut donc concevoir un jointetanche. Si la separation ne doit etre que visuelle, il suffit deconstruire un joint avec recouvrement partiel d'un element par Iesuivant ou muni d'un dispositif d'embottement. Si, par contre, Iejoint doit etre etanche a l'air ou a l'eau, il faut obturerl'espace entre les elements. Bien que certains mastics et autresproduits de colmatage soient d'excellents materiaux, il estcependant difficile d'obtenir et de maintenir une etancheiteparfaite. C'est-a-dire qu'on ne peut pas compter enti~rement surla qualite de ces produits pour assurer une separation entre lesmilieux exterieur et interieur. L'efficacite d'un jointd'etancheite dependra des dispositions choisies pour tenir comptedes imperfections inevitables.

Le joint doit remplir Ie meme role que les elementsadjacents si ces derniers forment un mur, Ie joint constitue luiaussi une partie du mur. La conception du joint repose alors surles memes principes que la conception du mur. Or, une desexigences essentielles d'un mur est de constituer une enveloppeetanche a l'air pour eviter la penetration de l'air exterieur dansIe batiment, et pour empecher l'air du batiment de traverserl'isolant et d'atteindre la paroi froide ou la condensation estpossible. Pour eviter la penetration de la pluie, il estnecessaire de proteger l'etancheite a l'air. Les joints, comme lesmurs, doivent etre con~us selon ces principes pour etre efficaces.

Malheureusement, malgre l'attention portee aux details desjoints au moment de la conception, ils ne sont pas toujours bienrealises. II se peut que leur conception soit erronee a cause

>35 UNITES

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< 30UNITES

>35 UNITES

Diapo 1

141

d'une mauvaise comprehension des principes en jeu. En depit d'uneconception soignee, Ie fabricant peut avoir modifie un detail poursimplifier Ie procede de fabrication sans se rendre compte qu'ilchangeait Ie principe de base. Enfin, l'ouvrier aussi peut sans Iesavoir etre a l'origine d'un mauvais fonctionnement si on ne lui apas fourni des renseignements precis. C'est Ie cas en particulierpour les joints d'egalisation de pression ou les ouvertures al'exterieur du mur semblent etre en contradiction avec les effortsvisant a eviter la penetration de la pluie. Dans ce cas, l'ouvriercolmatera probablement les joints a moins qu'on ne lui ait precisede les laisser ouverts.

L'inefficacite d'un joint contre la pluie peut aussi provenirdu fait que Ie concepteur n'a pas suivi une demarche systematiquelorsqu'il a con~u les details, afin de donner au joint lesmeilleures chances de demeurer etanche. L'approche qui estproposee ici a pour but de remedier a cette situation, dans lamesure du possible. 11 ne s'agit pas d'une solution complete quidoit etre suivie a la lettre, ni d'un processus mathematique precismais plut3t d'une fa~on generale d'aborder la question.

Pour que l'eau passe au travers d'un joint, il faut que troisconditions soient remplies simultanement: qu'il y ait de l'eau,une ouverture, et une force qui pousse l'eau dans l'ouverture.Comme il est pratiquement impossible d'eliminer toutes lesouvertures dans un batiment, on do it s'attacher soit a eloignerl'eau de toute ouverture ou il existe une force susceptible depousser l'eau a l'interieur, soit a eliminer la force au voisinaged'une ouverture ou l'eau a acces. Comme il est quasimentimpossible de contr6ler parfaitement Ie mouvement de l'eau et que,par ailleurs, il y a toujours des defauts mineurs de constructionet de conception, on doit s'attendre a ce qu'une partie de l'eaupenetre a l'interieur de l'enveloppe du batiment. Le systeme doitdonc etre con~u de fa~on a palier aces defauts: l'eau quipenetre doit etre recueillie et, finalement, rejetee versl'exterieur a des endroits prevus a cet effete

La conception des joints d'etancheite peut se resumer en troisphases :

1. eloigner l'eau du joint pour en redpire la charge(deviation) ;

2. prevoir des details de construction pour annuler les forces quipourraient faciliter la penetration de l'eau (detail) ;

3. recueillir et rejeter a l'exterieur toute eau qui penetre atravers la couche externe (drainage).

On peut appeler cette approche: l'approche 3D (deviation-detail­drainage).

Une petite partie de l'eauqui atteint Ie joint provient desgouttes de pluie qui tombent sur celui-ci, mais la plus grande

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143

partie provient du ruissellement sur les surfaces adjacentes, amoins qu'on ait prevu un dispositif approprie. Avec un jointrelativement large (11/16 de pouce), etanche a l'air du coteinterieur, on a constate que 70 % ou plus de l'eau qui penetraitprovenait des panneaux adjacents de l'etage. Pendant les essais,lorsque l'etancheite a l'air a ete enlev€e, la quantite totaled'eau qui penetrait avait doubl€ alors que l'eau qui entraitdirectement n'avait augmente que de 20 %. Autrement dit: sur100 unites de pluie qui passaient a travers Ie joint dans Iepremier cas, 30 unites entraient directement et 35 provenaient dechaque panneau adjacent. Dans Ie deuxieme cas, sur 200 unites depluie qui passaient a travers Ie joint, 35 unites entraientdirectement et plus de 80 unites provenaient de chaque panneauadjacent.

On se rend compte par consequent que l'etancheit€ a l'airpermet de reduire considerablement la penetration de l'eau de pluiea travers un joint vertical. On peut aussi constater que lalargeur du joint a une grande influence sur la quantite d'eau qu'ilre~oit. On ne peut cependant limiter la quantite d'eau endiminuant la largeur du joint, car cette largeur depend d'autresconsiderations importantes. En revanche, on voit que l'on peuttirer un avantage considerable d'une gouttiere verticale quiempecherait l'eau de se deplacer lateralement sur la surface despanneaux adjacents et a travers Ie joint. Les panneaux a nervuresou ceux dont les bords se prolongent au-dela du joint font devierIe ruissellement de l'eau de pluie. De meme, les jointshorizontaux peuvent etre mis a l'abri de l'eau qui ruisselle Ielong des panneaux superieurs au moyen de larmiers (diapositive 3).S'il n'est pas desirable d'avoir ce type de larmier pour une raisonquelconque, on peut toujours incliner les faces horizontales dujoint vers l'exterieur pour eviter que l'eau ne coule versl'interieur. Le ruissellement de la pluie peut devenir tresimportant au bas d'un immeuble de grande hauteur si on ne prevoitpas de dispositif pour rejeter l'eau au-dela de la fa~ade. Dans cecas, il faudra soigner particulierement la conception des jointshorizontaux pour eviter qu'ils soient obtures et pour qu'ilspuissent fonctionner convenablement. Cette derniere remarque nousconduit a aborder la question des details de conception du joint(la deuxieme phase de notre approche).

D'apres les principes de la conception des murs, on se rendcompte que la meilleure fa~on d'obtenir un joint etanche consiste acontroler les forces susceptibles de faire penetrer l'eau. II y aquatre types de force qui agissent: la quantite de mouvement, lacapillarite, la gravite et la pression du vent. 11 faut considererla dimension de l'ouverture exig€e par chacune de ces forces dansla mesure ou il est possible de les isoler.

La plus grande quantite d'eau a laquelle est expose Ie jointvient des surfaces adjacentes ; par consequent, on ne peuts'attendre a ce qu'une reduction de la largeur du joint contribue

PRESSIONDU VENT

Diapo 4

PRESSIONDU VENT

~Hapo 4

145

be aucoup a f a I re obstacle a l'eau. Notons tout de meme qu'on nepeut pas laisser une fen@tre grande ouverte sans craindre que lapluie entre. Des essais realises en Norvege ont montre que lapluie ne penet r e pas rii r e c t ement dans un joint si ce de ru i e r aseulement 1 3/4 de pouce de profondeur et est ouvert du cBteexterieur, pourvu qu'il soit obture du cBte interieur et gu'iln'ait pas ~lus de 1/8 de pouce de largeur. Quelques essais treslimites, effectues en Grande-Bretagne, ont montre que l'eau avaitpenetre dans des joints de 1/8 de pouce. II faut donc considerercette valeur Je 1/8 de pouce comme une limite de largeur pour desjoints ouverts en fa~ade si on veut empecher totalement lapen~tration de la pluie. Toutefois, une ouverture de joint aussietroite, que 1'0£1 retrouve par exemple avec les joints de chassisde fenetre, ne convient pas pour les elements de mur car lestolerances de fabrication et de pose sont en general heancoup plusgrandes.

Une autre raison s'oppose aux joints etroits: 1a capillarit~

cornne nce 8 se manifester. Avec un tuhe cap t l La i re ideal justeinferieur a 1/8 de pouce, l'eau peut s'elever jusqu'a environ3/8 de pouce. En pratique, les capillaires dans les materiaux deconstruction prennent -;>lutBt la forme de fissures. lIs doivent parconsequent ~tre beaucoup plus etruits que 1/8 de pouce pourproduire Ie meme effet, probahlement d'environ 1/50 de ponce oumoins. On trouve ce genre d'ouverture 18 o~ Ie materiaud'obturation est defectueux, pres des garnitures defectueuses,entre des elements gUi sont en contact par intermittence et 18 ouse produisent des fissures accidentelles. Lorsqu'on estime que detelles fissures risquent de se produire, il est preferable, si onveut limiter la penetration de l'eau, de laisser une ouverturesuffisante pour eviter la capillarite.

Pour que la pression du vent puisse faire penetrer l'eau dansLe joint, il faut qu l Ll, y ait une pe l l.t cuLe d'eau qui f r auch i s sel'ouverture de mani~re ~ ce que Ie vent puisse pousser sur un"bouchon". La largeur de l'ouverture du vent ne peut pas etredonnce pr e c Ls emen t , car e I l,e varie selon les c t r cons t an ce s ,L'epaisseur de la pellicule d'eau qui passe sur Ie joint seraevidemment un facteur critique. Le concepteur prudent s'efforcerad 'eviter cet effet, lorsque c'est possible, en pr evoy an t de sdispositifs d'evacuation de l'eau suffisaMment rapproches et enlimitant les deplac('rilents l a t e r aux de l'eau de pIu t e qui pourraits'infiltrer dans les joints verticaux. On peut utiliser uneouverture minimalp. ahsol\1e de 1/4 de pouce en plus des precautionsdeja mentionnees et seulement dans des endroits relativement peuexposes. Une lar~eur minimale de 3/8 de pouce serait preferable.On devrait toujours se souvenir que ces valeurs sont les va1eursreelles, et non les valeurs indiquees sur les dessins, qui oeseront pas necessairement les memes que sur Ie chantier a cause destolerances et des imperfections. D'ailleurs, ces imperfectionssont souvent plus importantes que prevue 11 est donc preferabled'avoir des joints plus larges, ce qui ne presente pas

MATERIAUD1ETANCHEITEA L I A I R

Diapo 5

Diapo 6

'r.i a po 5

:Jiapo 6

147

d'inconv~nient tpchnique. lIs ~liminent les eFfets de In pressiondu vent et de la capi11arit~ sans accrultre de fa~on appr~ciable 1aquantite d'eau. Enfin, les joints larges sont moins touches par1es to1~rances de pose.

L'pau qui penetre dans Ull joint vertical s'accroche aux rivesl a t e r a Le s et s'ecoule ve r s Lc has. Si le j o i nt est etanche a 1'airuu cote interieur, l'ecoulement de l'eau n'ira pas heancoup plusloin que 2 pouce s a parti.r de L'xnrv e r t u r e , ffieme pour un simplejoint sans chicane 011 sans rainure. L'importance de l'etancheite al'air est donc encore mise en evidence. Les rainures verticalesempecheroTlt l'ecoulement de l'eau vers Ie fond grace aux aretesvives qui entravent l'ecoulement lat~ral p1utot que parl'interme.-\iaire dl' la veine d'ecoulement comme on Ie croit. Pourameliorpr e nc o r e ce t t e c f f Lcn c Lt f , il f au t p l a co r 11~s r a inu r e s ae nv l r ou 2 pouces a l' Ln t e r Le ur du joint dc pu l s 1 "e xt e r t eur du

pa nrieau , la ou LL y a Le moi ns d'eau a d r a l ne r , II faut au t an t q uepossible t i r e r partie des e t f c t s nat ure Ls p l u t Gt que de l.esc ()mba t t r e ; III i e ux (:' nco r e , i 1 . est prefer a b I o de fa I r c ens 0 r t equ'ils oeuvrent nour nous. En f i n , si les ho r.Is des joints sontmu n i s de r a Lnu r e s Lnc l i nfie s vers l' e xt e r i.eu r , l' oau pourra enressortir.

rttl1gre t ou t e s ce s ne su re s , si un peu d '(>au a t t e i nt 1(' fond dujoint, ce l a risque de rnou t l l e r l'etanc~leite a l l a Lr , Dans C(~ cas,la pression du vent f or ce ra l'eau a travers 1"5 petitesimperfections. II faut donc ahriter 1~ proJuit d'€tanch~itf parune chicane ou un ~cra~. Mais, l'espace cornpris entre cet ~cran etIe produit cl'etancheite doit etre a 1a meme pression que l'espacesitu6 en avant. Autrement, la pression du vent risque de forcerl'eau a travers cet ecran. La encore, une petite qua nt i t S d'emlrisque de t r a vr- r s e r 1 'pcran ; i1 faut don c p rfivo i r des r a i nu r c sI nc l Lneo s COI'lfJe pour I a partie avant du joInt, et un solin a unjoint horizontal ou ve r t pour permettre .i1 1'eau de s'ecou1l!r vetsl' e xt f r i e u r ,

Ainsi on a s;Itisfait a tous 1es criterps de l'approche 3Ddevier la plus i;rande partie de 1'eau avant (ju'C'llc n l a t t e Lgne l ejoint, ex~cuter Ie d~tail du joint de rnani~re a limiter lapenp t r i-i t ion d (> I ' e au e t d r a i ne r 18 pet i t e qua n tited' e au qui r i s quemal~r6 tout de s'infiltrer.

Les r6sultats d'une petite serle rl'essais effectues i1 y a(jueIques annees sur les joints verticaux d'un syst~me de panneauxen bois vont nous servir a expliquer 18 theorie. Les deux facesdes panneaux de mur etaient en contr~plaque ; 1es joints avaientonv i r on 4 pouces de pr of onrleu r e t cornp r e na ie n t des couvre-jointsdes deux cotes. Cos .lc r nLc r s etai(>nt mu n i s 01] non d'une garnitureou etaient l ns t a l l Ss a ve c un c space de 1ilO de pouce , avec dt.ve r s e sconbinaisons a l'interieur et i l'ext~rieur. Enfin, les burds dujoint etaient ~unis ou non de rainures, et il y avait selon Ie cas

Diapo 7

MATERIAUD'ETANCHE ITEA LI A I R

EXTERIEUR

MATERIAUD'ETAI'JCHE ITEA L I A I R

ES PACED'EVACUATION

ECRAN OU CHICANE

IINCLINEES I~

III

REBORDS EXTERIEURS

EXTERIEUR

3 718"

COUVRE-JO I NT/ 3/4" x 1 3/4"

c=J

GARNITURE

DIRECTION DE L'EAU DE PLUIE

~c:=:J1----__------I

(A)

INTERIEUR

Diapo 8

II'JTERIEUR

Diapo 9

·)1.:lpO ;~

lri a po 9

·)tapo 1()

Diapo 11

149

.l i ve r s d Ls pos i t i f s de deviation de l'cau (rpcouvrement, r a i nu r e ,chicane, ecri:lI1).

;)'apres Le s rcsu1t:lts, on a pu coris t a t e r Clue I'l>au ne p ou va i tpas pas s e r :l t r a v (~ r sun j ()in t mun L 3' un cou v r e - j 0 i n t e t d' un e8arniture, gu'il soit situe a l'interieur ou a l'exterieur till l1ur.11 est hi.en evident que sans ouverture l'eau ne peut passer!

Avec UI1 couvre-joint interiellr r.1unid't1ne garniturc et uncouvre-joint extericur situe a 1/10 de pouce de 1a surface nespanne au x de bois, l'e<:lu n'a pas traverse Le joint. 11 y a va i tt ou t e f o I s quelques i;outtes d l e au a l'interieur Ju joint a flancsplats, mais tres peu pn deGa de la rainllre exteriptlre dll jnint aflancs rainur0s.

Lursqu'on a intronuit des defauts dans les garniturcs, on a pucons tat e r q u ' a ve c u nt-' s e u I e pro t e c t ion, L' e a u pas s a Ltau t r a ve r 8 du.ioint. Avec nne protection interne e t; un ecr;m externe, i l. n'ya va tt pas unc ne t t c augmentation de 1'hunidite du joint.

Le s r e c ouv r ernen t s des pannoaux , pour- autant qu ' ils so t e n tsu f t l s ammen t La r.re s , s e sont reveles e f f i cace s , de \ilCme que leschicanes: i1 n 'y a pas eu de deplacement lateral. QP 1 "eau al' Ln tfir Lcu r du j o l n t , Le s r a i nu r e s de. t r op petites dimensions sesont, pa r con t r c , revelces t ne f f t cace s .

Cette serie d'essais confirme Ie fait que, pour qu'un jointvertical soit efficace contre l'infiltration de la pluie, i1 fautprevoir UI1 materiau d'ohturation etanche a 1'air et prot~g~ del'eau de pluie par un ecran, evacuer l'eau entre 1'etancheite etl' ecran e t , de preference, at tenuer le deplRcement de l' e au dans lejoint ve r s l'etanchp.ite par l'intern~diaire de r a Lnu r e s ve r t i c a Le s ,

Le s memes p r I nc t po s dp bas e s' a pp l i que nt aux jointsho r Lzo n t aux , Comrie on l'a vu , l'eau do i t ~trl~ ecartee du joint e tc'est d'autant plus important dans beaucoup de cas Clue 1a pressiond u vent (tans Le j o Ln t vertical est adrni s e par un joint horizontalouvert. Si le joint horizontal est recouvert d'une pelliculen'eau, la pression du vent ne sera pas equilil-Jree, ni pour l'nn, nipour l'auLre, et on reut par consequent s'attendre a une fui.te. Ond o i t u t I l i s e r de La r ge s ou ve r t u r e s de 3/4 de pouce ou plus, a rnoi nsClu'il y ai.t unt' protection mecanique, comme un larmier, qui emrechel a penetrr-ttion dl> 1.1 p Lul« dans Le joint e t l a f o rma t Lon d'unepe l l i.cu l e d'l'au sur 13 f ac a de du hatiment.

La forrae du joint doit etrc telle que l'eall ne puisses'ecou1er vers 1'interieur par (.;ravite. Des pe ut e s r e La t i.veme n t

douces (jusqu'J 10°) peuvcnt contrecarrer l'effet de 1a gravite,na t s 8'i1 s(~ cree un deplacel1ent d'air a cause ct'une uauva i s eetanch~ite, 1'eau renontera cette pente. On doit donc prevoir desp e n t e s plus r a Lde s (environ 20°) ou, mieux encore, un r e couv r eme nt;

ESPACE D'EVACUATIOI\JDE 2"

RECOUV REMENT

Diapo 12

CONTINUITE DEL'ISOLATION

Diapo 12

J S1

partiel des panneaux, en forme de larmier au bas des panneauxsuperieurs.

Le joint d'etancheite a l'air doit etre place a l'arriere durecouvrement, a la partie la plus elevee de la configuration dujoint du panneau inferieur, a l'abri des infiltrations d'eau a lapartie inferieure. Si ce joint est parfaitement etanche a l'air,il n'y aura pas de courant d'air passant a travers Ie joint, maisil peut y avoir des tourbillons de vent selon Ie type de fa~ade etl'orientation du vent. Comme on ne peut pas s'attendre a uneperfection absolue, il faut tenir compte des imperfections. Ainsi,Ie recouvrement des panneaux devrait etre d'environ 2 pouces, amoins que l'exposition soit particulierement defavorable ou quel'on ne puisse realiser un joint parfaitement etanche a l'air, parexemple si l'insertion est difficile, auquel cas Ie recouvrementdevrait etre porte a 4 pouces.

L'intersection des joints horizontaux et verticaux est l'undes points les plus delicats de l'assemblage d'un mur sur lequel,trop souvent, on ne s'attarde pas assez: on laisse a l'ouvrier Iesoin de rafistoler. Les exigences des deux joints doivent etresatisfaites simultanement, ce qui signifie, en premier lieu, queles joints d'etancheite a l'air doivent se croiser effectivement.L'evacuation de l'eau doit aussi coincider. Le recouvrement etl'etancheite a l'air du joint horizontal doivent au moins passerderriere l'espace d'evacuation a l'avant du joint vertical et, depreference, derriere l'espace d'air a l'arriere, d'ou l'eau devraetre evacuee alors que l'air doit pouvoir y passer. Lerecouvrement utile des panneaux au niveau des Joints horizontauxdoit etre maintenu a l'intersection avec les joints verticaux. Cerecouvrement est mesure a partir du bas de l'ecran protecteur dujoint vertical et on doit prevoir un certain deplacement del'ecran. Les ecrans souples glisses entre deux rainures peuventavoir ete etires lors de leur mise en place, et retrecir au fur eta mesure que les contraintes se relachent.

Cette conception des joints devrait leur conferer une aussibonne efficacite que les panneaux eux-memes si Ie travail estcorrectement execute. Bien que toute modification de detail puissepreter a consequence, on ne pretend pas qu'il faille suivre en toutpoint la disposition preconisee. On devra prendre plus de soin aconcevoir les details et a realiser Ie joint. Par exemple,plusieurs indications semblent appuyer la notion selon laquellel'ecran qui protege l'espace d'air et l'etancheite a l'air doitetre situee a 2 pouces de la face du mur. L'aspect sera celui d'unjoint ouvert, ce qui, dans certaines circonstances, peut s'avererinesthetique. Si c'est Ie cas, l'ecran peut etre rapproche de lasurface exterieure du mur, mais Ie concepteur doit alors accepterIe fait que la quantite d'eau a laquelle l'ecran sera expose seraplus importante, sans parler des effets nuisibles du rayonnementsolaire, de l'humidite et de la temperature.

152

Enfin, un mot sur l'execution. On entend souvent dire qu'uneexecution soignee et un controle serieux sont essentiels si on veutobtenir un fonctionnement convenable des joints. Bien que cesintentions soient louables, il faudrait, pour les mettre enpratique, un inspecteur par ouvrier!

Une approche plus normale consiste a concevoir les joints entenant compte d'une qualite d'execution raisonnable. 11 faut aussidonner a l'ouvrier Ie temps necessaire d'installer les jointsd'etancheite, les garnitures ou les autres elements. Enfin, ilfaut tenir compte des imperfections inevitables et assurer malgrecelles-ci l'etancheite de tous les joints.

JOINTS

Diapo

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JOINT DE CONSTRUCTION(REPR I SE DE BETONNAGEJ

Diapo 2

)

JOINT AVEUGLE

Diapo 3

A

Diapo 1

Diapo 2

Diapo 3

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155

CLASSIFICATION DES JOINTS

Par M.C. Baker

Dans l'un des exposes presentes au cours de cette reunion, ona indique qu'il existait deux principaux types de joint: lesjoints a protection mecanique et les joints ouverts. Cetteclassification est basee sur la forme et l'assemblage des joints.La presente etude vise a elargir cette classification et a examinerles caracteristiques d'un certain nombre de joints et desdispositifs necessaires (diapositive 1). (Trois types de joints,souvent appeles "joints structuraux", ont ete decrits dans uneautre etude.

Les joints de construction, ou joints de reprise de betonnage,permettent une interruption entre les coulees successives de beton(diapositive 2). Le joint est alors constitue par la surface decontact entre Ie beton frais et Ie beton durci. Dans ce type dejoint, on ne prevoit aucune tolerance au mouvement et l'armature,Ie cas echeant, est continue a travers Ie joint. II est souventvulnerable aux fuites d'eau, surtout si Ie retrait du beton ou unautre mouvement du batiment en provoque l'ouverture. Ces jointspeuvent etre classes dans la categorie des joints a protectionmecanique ou celIe des joints ouverts, selon Ie cas; c'est unequestion de jugement. •

Les joints aveugles sont realises en reduisant deliberement lasection d'un element de fa~on a localiser toute fissurationeventuelle (diapositive 3). Dans un mur de beton par exemple, onpratique une rainure des deux cates du mur et on interrompt unepartie ou toutes les armatures dans cette section. Toutefois, lanature ignore parfois ces mesures, et les fissures se forment entreles joints aveugles! Si Ie joint aveugle fonctionneconvenablement, il devient un joint ouvert.

Les joints de dilatation sont des coupures completespratiquees dans les planchers, les murs et les toits pour enpermettre la dilatation et la contraction (diapositive 4). Cesjoints peuvent etre ouverts ou a protection mecanique. Les jointsde dilatation permettent a la fois Ie retrait et Ie relachement descontraintes de traction, de meme que des contraintes de compressionqui peuvent etre introduites par la dilatation due a la temperatureou a l'humidite.

La plupart des autres joints de batiment peuvent etre classesdans la categorie des joints architectoniques. C'est-a-dire desjoints permettant de limiter la taille des elements pour desraisons fonctionnelles ou esthetiques.

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GARNITURED'ETANCHEITEA L'EAU

MA TE RI AUD'ETANCHEITEA LI A I R

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JOINT DE DILATATION(DILATATION OU CONTRACTION)

Diapo 4

. 4\ ....

JOINTS A EMBOITEMENT

Diapo 5

JOINTS A CLAVETTE

Diapo 6

157

Les joints a protection mecanique sont ceux ou les elementsadjacents se chevauchent ou s'emboltent. 11 existe de nombreuxdispositifs d'emboitement, comme par exemple l'assemblage a rainureet languette des constructions en bois, mais on peut egalementutiliser ce type de joint pour les elements en beton ou en acier

Diapo 5 (diapositive 5). Une variante de ce type de joint, Ie joint aclavette, est utilise dans les constructions en bois. La clavettes'insere entre les deux rainures des elements adjacents

Diapo 6 (diapositive 6). Les joints a recouvrement comprennent notammentles assemblages des planches a feuillure, les joints a clins, lesjoints a double recouvrement pour Ie beton, et les couvre-joints

Diapo 7 mecaniques (diapositive 7). Les joints a emboltement etroitrequierent une grande precision des dimensions, tandis que lesjoints a clins (du type bardeau) n'exigent pas une grandeprecision.

Enfin, tous les joints peuvent etre classes comme jointsouverts, y compris les joints a protection mecanique. Mais, engeneral, on designe par cette expression les joints dontl'ouverture entre les elements adjacents est deliberee. Les joints

Diapo 8 de separation sont normalement du type bout a bout (diapositive 8).De tels joints peuvent etre laisses sans protection, ou ils peuventetre soit colmates, soit pourvus de garnitures, s'ils doiventservir en meme temps a isoler deux milieux differents.

Diapo 9 (diapositive 9).

Le mastic peut etre place a differents endroits pour servird'etancheite ou de barriere, comme on l'a vu dans les autres notes.Les garnitures sont habituellement comprimees entre les flancs dujoint, ces derniers comportant en general une rainure pour retenir

Diapo 10 la garniture en cas de dilatation (diapositive 10). Quant auxcouvre-joints, ils peuvent etre utilises avec des joints protegesou non pour empecher la penetration directe de l'eau de pluie

Diapo 11 (diapositive 11).

Diapo 12 Les joints d'encadrement (diapositive 12) sont utilisescouramment pour les panneaux de mur en verre, qu'il s'agisse defenetres ou de glaces. Des tasseaux et des cales d'espacementpermettent de placer Ie panneau ou la vitre dans Ie support, touten laissant un jeu suffisant pour les mouvements. Un bloc defixation ou une butee retient l'ensemble a l'interieur du cadre.On utilise des mastics pour satisfaire aux exigences d'etancheite

Diapo 13 (diapositive 13).

Utilite des joints

Les joints doivent avant tout satisfaire aux exigences deservice. Celles-ci dependent du type de batiment, de la positiondes joints dans Ie batiment, et de ce que souhaitent obtenir lesconcepteurs et les utilisateurs du batiment. En general, ons'attend a ce qu'un joint serve a la fois comme moyen d'assemblageet comme protection entre les milieux exterieur et interieur. Les

JOINTS A RECOUVREMENT

Diapo 7

i2J-/ i..<, . 0·<1· OJ~ /.. . .~~=: 4 '.' .. ' ..<J..... ...•...• . ..•.•......~', - .' " . - • '1

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JOINTS BOUT A BOUT NON PROTEGES

Diapo 8

REMPLISSAGESUPPORT

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JO INTS COLMATES

Diapo 9

159

assemblages doivent assurer la stabilite structurale d'un elementou d'une partie d'un batiment. Les panneaux doivent assurer unecontinuite structurale malgre les joints, les fenetres doivent etreassemblees aux panneaux, et l'ensemble, qui constitue la fa~ade,

doit probablement etre fixe sur un troisieme composant.

Au meme titre que l'enveloppe, les joints doivent empecher oudu moins contr3ler Ie passage des radiations, de l'air, du son, dela chaleur ou du froid, des insectes et des vermines, et ce, pourune periode raisonnable. Pour faciliter la construction, leurfabrication doit etre aussi simple et rapide que possible. lIsdoivent aussi etre faciles a entretenir, pour Ie proprietaire, sil'entretien s'avere necessaire. Ajoutons egalement qu'ils doiventetre d'aspect agreable.

Principes de conception des murs

La plupart des batiments contemporains ne sont pas desconstructions traditionnelles: ils comportent souvent des fa~ades

de panneaux assembles. Et meme lorsque la brique est utilisee, cesont des panneaux de brique qui forment Ie revetement. On ne peutdonc pas parler des joints de batiment sans parler de la conceptiongenerale des murs.

Si on suit les principes de construction de la Division desrecherches en batiment, les elements principaux d'un mur sont

1. Une etancheite a l'air situee Ie plus possible al'interieur.

2. Si Ie batiment est chauffe, un isolant situe du coteexterieur de l'etancheite a l'air et du mur de structure.

3. Un revetement exterieur esthetique utilisecontre Ie rayonnement solaire et la pluie.avoir un espace derriere cet ecran pour Iel'eau et l'egalisation des pressions d'airexterieure.

comme ecranII doit y

drainage deinterieure et

II semble qu'un mur con~u avec ces trois elements aura unavantage certain sur d'autres types de conception. En effet,puisque l'etancheite du mur se trouve a l'interieur, du cote chaudde l'isolant, les mouvements risquent d'etre minimes et, parconsequent, on peut obtenir une bonne etancheite. De plus, commeIe materiau d'etancheite est a l'abri des intemperies, il ne risquepas de se deteriorer.

Lorsque les murs sont con~us selon ces principes, il n'esthabituellement pas necessaire d'assurer l'etancheite des jointsexterieurs. Au contraire, il est meme necessaire de laissercertains joints ouverts pour permettre l'evacuation de l'eau etl'egalisation des pressions derriere Ie revetement

GARNITURE INTEGREE

Diapo 10

JOINTS AVEC GARNITURE

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JOINTS AVEC COUVRE-JOINT

Diapo 12

JOII\JTS D'ENCADREMEI\JT

Diapo 14

Diapo 15

161

(diapositive 14). En outre, ces joints sont soumis a des exigencesbeaucoup moins severes et dans bien des cas, n'exigent aucunmateriau d'obturation. On peut utiliser des elements arecouvrement et les tolerances sont egalement beaucoup plus larges.

Lorsqu'il n'y a pas de lame d'air derriere Ie revetement, lesprincipes precedents peuvent tout de meme s'appliquer(diapositive 15). Notamment, l'etancheite a l'air doit etre situeea l'interieur du mur du cote chaud de l'isolant. Les panneaux derevetement exterieurs peuvent ensuite etre places directementcontre l'isolant. Si les panneaux sont prefabriques (beton) , ilpeut rester un espace entre les panneaux et l'isolant, ce qui estsouvent suffisant pour egaliser les pressions de l'air al'interieur et a l'exterieur. En general, les joints verticauxdoivent etre fermes pour eviter la penetration de la pluie. Onpeut cependant laisser ouverts les joints horizontaux si on a prevuun dispositif d'evacuation.

Lorsqu'on utilise des panneaux sandwich qui doivent, d'eux­memes, satisfaire a toutes les exigences d'etancheite, lesexigences relatives aux joints sont beaucoup plus importantespuisqu'ils doivent repondre aux memes exigences. 11 est encorepossible de satisfaire au principe de l'etancheite a l'air et a lapenetration de la pluie en colmatant les joints du cote interieuret en pr~voyant un dispositif d'obturation et d'evacuation de lapluie. A cette fin, on doit generalement utiliser des mastics oudes garnitures et les tolerances prevues entre les panneaux peuventrendre la realisation de l'etancheite difficile.

Exigences de performance

Les exigences de performance des joints en tant qu'elementsprotecteurs peuvent maintenant etre etudiees pour les trois typesde mur decrits precedemment. Les joints doivent contr6ler Iepassage de la chaleur, de l'air, de la vapeur, de la pluie, de lalumiere, du rayonnement solaire (et des autres radiations), dubruit, et du feu.

La transmission de la chaleur par les joints doit etre la memeque pour les panneaux adjacents. Si ce n'est pas Ie cas, il peutapparattre des taches ou une zone de condensation a cause du pontthermique que constitue Ie joint. Ce probleme n'existe pas dansles systemes qui utilisent une isolation continue derriere lespanneaux ou derriere une lame d'air drainee. Pour les panneauxsandwich les problemes peuvent surgir, comme on l'a deja dit, acause des ponts thermiques que constituent les joints. De plus,les panneaux sandwich risquent de gauchir sous l'effet deschangements de temperature ou d'humidite.

Que l'air circule vers l'interieur ou vers l'exterieur, unefuite d'air au travers d'un joint est toujours nuisible. Versl'interieur, elle peut faire penetrer la pluie ; vers l'exterieur,

GLACE OU V I TRE

MASTIC D'ETANCHEITE»: BLOC DE

FIXATIONCAL ES

TASSEAU

JOINT DE VITRE

Diapo 13

VERTICAL

MUR AVEC LAME D'AIR A PRESSION EQUllIBREE

Diapo 14

ETANCHEITEA L' A I R

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GOUTTIERE VERTICALE

ETAI\JCHEITE A LA PLUIE

ESPACE D'AIR EN CONTACTAVEC L'EXTERIEUR PAR LEJOINT HORIZONTAL

MUR AVEC JOINTS A PRESSION EQUILIBREE

Diapo 15

163

elle peut provoquer de la condensation a l'interieur du joint. SiIe joint est convenablement etanche, on evite ces deux problemes.Pour les systemes avec un ecran protecteur contre la pluie,l'etancheite peut etre situee sur Ie mur de remplissage. Pour lespanneaux sandwich, l'etancheite doit etre assuree d'un panneau al'autre, ce qui n'est pas toujours facile a realiser.

La vapeur d'eau risque de s'infiltrer par les joints. Lerisque de condensation depend donc essentiellement de la qualite del'etancheite. La condensation depend de la temperature de l'air etde son humidite relative. Dans Ie cas des ecrans de pluie, il n'yaura probablement pas de difficulte puisque l'humidite peutcirculer librement vers l'exterieur.

La penetration de la pluie depend de la quantite d'eau quiatteint la fa~ade et de son ecoulement. Si la pluie se concentrepres des joints verticaux a cause de la forme du revetementexterieur, il peut s'averer extremement difficile d'empecher l'eaude penetrer et de deteriorer Ie materiau d'etancheite ou lesgarnitures des joints. La fa~ade doit donc etre con~ue de tellefa~on que Ie ruissellement de la pluie s'eloigne des jointsimportants, et la forme des joints doit empecher l'eau d'y penetrerfacilement tout en pla~ant l'etancheite a l'air Ie plusprofondement possible dans Ie joint. Comme il se peut que malgretout un peu d'eau penetre a l'interieur du joint, on doit enprevoir l'evacuation.

Au Canada, tous les murs re~oivent des rayons ultraviolets.Les plastiques et Ie caoutchouc qui servent souvent a lafabrication des produits et des garnitures d'etancheite peuventetre gravement endommages par Ie rayonnement ultraviolet, a moinsque l'on incorpore des pigments ou des produits absorbants. Enoutre, Ie rayonnement et les variations de temperature ambianteauxquelles sont exposes les panneaux peuvent etre a l'origined'importants mouvements des panneaux. Ces mouvements peuventendommager les panneaux faits de materiaux composites aux jointsentre les panneaux ou entre les vitres et les panneaux, a moinsqu'ils aient ete pris en consideration au moment de la conception.

Les informations a propos du comportement des joints en tantque barrieres acoustiques sont peu nombreuses, mais on peutsupposer qu'une bonne etancheite a l'air entre l'exterieur etl'interieur est tres importante. Comme cette caracteristique doitdeja etre presente pour d'autres raisons, on peut en conclure que,si les autres exigences sont satisfaites, la protection acoustiquesera acceptable. En tout cas, Ie r8le de barriere acoustique serabeaucoup plus important pour les joints des cloisons ou despanneaux de mur interieurs a cause de la transmission du bruitd'une piece a l'autre.

La resistance au feu des joints n'a pas re~u beaucoupd'attention jusqu'a maintenant, mais il semble raisonnable

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\ ELEMENTS AXES SUR LESLIGNES DU QUADRILLAGE

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JOINT BOUT A BOUT EI\JTRE ELEMENTS

Diapo 16

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JONCTION DES ELEMENTS DANS LES COINS

Diapo 17

165

d'admettre qu'elle devrait etre la meme que celles des elementsadjacents. Toutefois, comme la vitre n'offre aucune resistance aufeu, il est peut-etre discutable d'exiger une telle resistance desjoints. En cas d'incendie, la dilatation thermique des panneauxrisque de detruire Ie materiau du joint et de faire eclater lespanneaux du mur, ce qui provoquerait l'effondrement de ce dernier.Le materiau d'etancheite pourrait aussi fondre ou bruler, laissantainsi des ouvertures qui facilitent la propagation du feu. Dansles systemes ou il y a une lame d'air derriere Ie revetement, il ya un risque de tirage qui pourrait aggraver l'incendie. 11 fautdonc estimer les risques en considerant l'ensemble du mur.

Les exigences de performance habituelles des jointscomprennent notamment une bonne resistance aux champignons, auxmicro-organismes, aux insectes, aux oiseaux, et aux rongeurs. lIsdoivent aussi resister aux dommages causes par Ie public qui occupeIe batiment, notamment aux etages inferieurs. Cette recommandationest particulierement importante si les materiaux d'etancheite desjoints sont visibles et a la portee du public.

La conception de l'etancheite doit faciliter l'entretien, Iecas echeant: Ie remplacement du materiau d'etancheite ou despanneaux do it etre aussi simple et peu onereux que possible.

Exigences relatives a la construction

Les exigences relatives a la construction ont pour butd'ameliorer la productivite et l'efficacite des chantiers. Leconcepteur doit avant tout se preoccuper d'atteindre les objectifssuivants: a l'interieur, l'etancheite a l'air ; a l'exterieur,l'etancheite a l'eau de pluie. Si la construction demande beaucoupd'habilete de la part de l'ouvrier, il est probable que cesexigences soient au-dela de sa competence et la qualite du jointrisque d'en souffrir. Le concepteur doit donc prevoir un mode deconstruction aussi simple que possible.

Les flancs des panneaux doivent avoir une forme telle qu'ilsne puissent pas etre endommages pendant Ie transport sans pourautant necessiter un emballage onereux. De plus, les bords doiventfaciliter la manutention et l'empilement ainsi que la pose sansqu'il y ait de deterioration autre que l'abrasion et l'usurenormales. S'il faut agir avec trop de precaution, les elementsrisquent d'etre endommages ou Ie travail devient trop long.

Les joints doivent etre con~us de fa~on a ce que laconstruction soit rapide et ne demande pas trop de travaux depreparation sur Ie chantier. 11 est souhaitable que la pose despanneaux de revetement ne requiere pas un equipement special. Lapose doit etre aisee (assemblage a sec) et executable par tous lestemps. Pendant la mise en place des panneaux, ces derniersdevraient pouvoir se deplacer dans trois plans: verticalement ethorizontalement dans Ie plan de la fa~ade, et horizontalement selon

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CONFLIT A L'INTERSECTIOI\J DES MURS

Diapo 18

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Diapo 16

Diapo 17

Diapo 18

Diapo 19

167

une direction perpendicu1aire a 1a fa~ade. De plus, une rotationse10n 1es trois directions devrait etre possible.

Batiments industria1ises

Le but de toute etude de conception est de pouvoir construireplus rapidement des batiments de mei11eure qua1ite et moins chers.Pour atteindre ce but on peut industria1iser une grande partie de1a construction; c'est-A-dire prefabriquer de plus en plusd'e1ements. Mais, que 1a prefabrication ait lieu en usine ou sur1e chantier, 1es elements doivent toujours etre assembles. L'idea1en termes de simp1icite serait un systeme d'assemb1age qui n'exigeque de faib1es tolerances des dimensions des elements adjacents.

Les elements qui se chevauchent, comme 1es couvre-joints, serapprochent de ce systeme ideal. 11 n'y a aucune raison pour nepas uti1iser plus frequemment ce type d'assemb1age dans 1esbatiments industria1ises. Pour simplifier 1a construction, 1esjoints horizontaux et verticaux, interieurs et exterieurs, peuventtous etre realises de cette fa~on. Les joints A recouvrementdemandent moins de travail de pose, resistent bien a 1a penetrationde 1a p1uie, et souvent e1iminent partie11ement ou comp1etement 1erecours a des produits d'etancheite et des garnitures d'un prixe1eve.

On a defini precedemmen~ 1es joints comme etant des moyens deconception pratiques pour 1es architectes et 1es entrepreneurs, quidoivent en meme temps jouer 1e role de separateur entre 1es milieuxexterieur et interieur. Cette definition est par trop 1imitee. Enrea1ite, 1es joints determinent 1a structure a l'interieur de1aque11e 1e batiment industria1ise prend forme. Les elements d'uneconstruction industria1isee sont en general relies entre eux Al'aide d'un quadri11age dimensionne1 que l'on considere necessairea 1a coordination dimensionne11e. A cause de l'epaisseur deselements, 1a conception des assemblages n'est pas aussi simplequ'on pourrait 1e croire a premiere vue, notamment a 1a jonctiondes elements.

La forme de joint 1a plus simple est 1e joint bout a bout af1ancs plats. Les elements sont a10rs axes sur 1es 1ignes duquadri11age ou sont tangents aces 1ignes (diapositive 16).Lorsque deux elements forment un coin, i1 risque d'y avoir unconf1it ou un ecart qui doivent etre reso1us (diapositive 17).

La zone de conf1it est encore plus grande a l'intersection dedeux murs (diapositive 18). Pour eviter ces zones de conf1it dans1es constructions industria1isees avec des elements prefabriques,i1 faut avoir recours a des elements de jonction de fa~on An'uti1iser que des joints bout a bout (diapositive 19).

Les dessins des diapositives 18 et 19 i11u8trent quelques casdiffici1es ; ces exemp1es ne representent pas des details de

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ASSEMBLAGE D'ELEMENTS A L'AIDE D'UN QUADRILLAGE DE TARTANDiapo 20

Diapo 20

169

construction reels. Le cas d'un batiment reel peut etre encoreplus complexe, et il faut parfois utiliser des quadrillages de typetartan (diapositive 20). Ceux-ci tiennent compte de l'emplacementdes poteaux et de la jonction des murs et des coins. II existe deselements principaux. Lorsqu'on utilise ces quadrillages de tartan,la largeur des bandes de tartan peut etre ajustee mais Iequadrillage modulaire principal reste Ie meme.

II existe beaucoup d'autres solutions aujourd'hui pour laconstruction des batiments industrialises. Ces quelques remarquesa propos des joints, de leur place et des conditions de liaison ontpour seul but de montrer que Ie sujet peut demander une etudeapprofondie de la part des concepteurs ou d'autres personnesinteressees si on veut tirer pleinement partie del'industrialisation.

Beaucoup de techniques de construction proviennent del'experience passee et n'ont pas encore beneficie des procedes etdes materiaux nouveaux. II est donc necessaire de reexaminer endetail les techniques de construction des joints et de leursdifferents elements pour determiner s'ils ont une utilit€ etpeuvent etre utilises plus avantageusement. C'est seulement decette fa~on, en considerant a la fois les exigences correspondant al'ensemble du mur et celles relatives aux joints en particulierqu'il sera possible d'ameliorer la conception et d'obtenir uneconstruction qui repondra a notre attente.

1+ Conseil nationalde recherches Canada

National ResearchCouncil Canada

Digest de 10 construction au Canada Division des recherches sur Ie bdtirnent

UDC 69.022,9:691.584

le mouvement des [ointset Ie choix du rnoteriou de calfeutrement

par G. O. Handegord et K. K. Karpati

II fu ut placer un materiau d'etancheite dansla plupart des joints situes a l'cxtericur des bati­merits. en vue dcrnpecher ou de reduirc Ie pas­sage de l'eau. de la vapeur d'eau, de l'air ou dessubsta nccs contaminantes. L'etancheite est ordi­naircrncnt assurce par des rna teriau x flexihlesspcciau x. qui occupent toute la largeur de l'ou­vcrturc ct assurent un contact ctroit entre lesclcmc nts tout en suivant lcs mouvements quipcuvcn t xc produirc dans lcs conditions deservice.

On a t rop f rcquernment considere les mate­riaux detancheite comme de simples houchonsplaces dans les fissures ou dans les joints quixcparcnt des elements de batiment et ron ri'aaccordc quune attention superficielle a la resis­tance qu'ils doivent offrir apres la mise en ser­vice. Par bonheur, Ies concepteurs, les fahricantsct lcs installateurs reconnaissent pour la plupart ,la neccssite cl'ctudicr plus rationnellement laIuhricat ion. lc choix ct l'utilisation des jointsdctancheitc. car ils peuvcnt en apprecier lafonction e t ils sont en mesure d'cn evaluer quan­titat ivcmcnt le role dans le systerne.

II c xixtc un grand nornbrc de joints dctan­chcite sur lc murche ct un nombrc presque egalde proprietes pa rticulieres a prendre en compteau moment de faire le choix. Parmi les carac­teristiques et exigences les plus importantes dupoint de vue de la conception, il convient demcntionncr celles qui sont liees a la capacited'uda ptat ion du joint par rapport au dcplace­mcnt prevu. Certaines autres proprietes ct ca­racter istiques particulieres peuvent influer surIe choix definitif et sur l'installation, mais laprise en compte du mouvement s'irnpose danstous les cas.

Mai 1975

II nest pas possible a l'heurc actuelle, d'eva­lucr facilement la capacite de deplacernent d'unjoint d'ctancheite au moyen d'un seul essai type.muis le classement selon quatre types generi­ques dc Toints detancheite est generalernentaccepte. Les pates d'huile de lin ont une capa­cite de rnouvernent de plus ou moins 1 pourcent, lcs caoutchoucs hutyliques, plus ou moins5 pour cent, lcs solvants acryliques de cure, plusou moins 7.5 pour cent ct les joints en poly­sulf'ure, en silicone et en polyurethane ont unecapacite de deplacernent de plus ou moins 25pour cent. Les valeurs mentionnees indiquentla contrainte cyclique que les joints peuventsupporter en service. Elle peut etre de heaucoupinf'erieure a la contrainte statique a laquellepeut resister le merne materiau au cours d'uneextension ou d'une compression.

t"alllation du mouvement du jointl .a contrainte cyclique que suhira un joint

detancheite depend de l'arnpleur du mouve­ment ,I. l'crnplaccrnent du joint et de la largeurde la hande de calfeutrement. La premierecondition imposee par le choix d'un joint d'etan­cheite consiste done a evaluer la nature et l'am­pleur du mouvernent previsihle. Une fois cettecondition satisfaite, on peut s'attacher a etablirla concordance entre la largeur du joint et lacapacite de mouvement du materiau de calfeu­trement ou it choisir ce dernier de f'acon que sescaructeristiqucs correspondent a la largeur dejoint previsible ou prcdeterrninee. Les joints quisc trouvent dans Ie reveternent exterieur desbatirnents ont tendance a presenter lc mouve­ment cyclique le plus extreme. Ce sont aussi lesioints qui reverent la plus grande importance

C BD 155F

LONGUEUR UTILI

lal PANNEAUX FIXlS A \11 l~"G[IJR

l ONGUEU~ UT II Er-

Ibl f'ANNEAUX FIXES AUX EXTREMITES LES PLUSllOIGNEES PAR RAPPORT AU JOINT

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"DES PANNEAUX

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Figure 1 Longueur utile du panneau selon laposition du point de fixation.

ExempleA Winnipeg (Manitoha), de temperature

seche de juillet base de 2112 pour cent vaut87 OF et la temperature du mois de janvierbase de I pour cent adoptee dans les caleuls

On peut determiner la temperature maximaleeventuelle de I'air dans une localite donnee, enprenant la temperature seche en juillet, basede 21/2 pour cent fixee pour les caJculs desbatirnents dans la plupart des localites, par IeSupplement nO I du Code national du batirnentdu Canada. Les valeurs du coefficient d'absorp­tion solaire varient de 0.95 pour une surfacenoire it 6.45 pour les surfaces blanches propres(tableau I, CBO 70F),

La temperature minimum a Ja surface d'unpanneau mural en hiver est voisine de la tem­perature minimaJe de l'air. Le panneau ne perdpas autant de chaleur qu'une toiture au coursde la nuit, lorsque Ie ciel est clair et il recoitordinairement Ie rayonnement d'ondes longuesprovenant des batirnents voisins. On obtientune bonne approximation en prenant la tem­perature de janvier, fixee pour les caleuls, basede I pour cent, dans Ie Supplement nO 1.

du point de vue de l'etancheite, car ils sontsujets aux conditions de service les plusrigoureuses.

Tous Jes materiaux de reveternent sont sujetsaux variations saisonnieres de temperature etont par consequent tendance it changer dedimensions. Les joints s'ouvrcnt en hiver ct sereferment en ete. Ainsi, le mouvement it I'em­placement du joint depend de la gamme detemperatures it Jaquelle sont soumis les pan­neaux de reveternent, du coefficient d'expansionthermique du materiau du panneau et de lalongueur utile des panneaux.

La longueur utile du panneau dependra dumode de fixation sur l'ouvrage. Si les panneauxsont fixes it mi-largeur tout en gardant un mou­vernent libre, la rnoitie de leur longueur peutcontrihuer activement au mouvement du jointadjacent. Pour des panneaux de dimensionsegales, la longueur utile dans Ie mouvementd'un joint vertical est par consequent egale itune longueur de panneau (figure l a). Cepen­dant, si les panneaux ne sont fixes qu'aux extre­mites les plus eloignees du joint, la longueurutile sera it peu pres deux fois celie du panneau(figure I h). En pratique, la situation se trou­vera probahlerncnt entre ces deux cas extremes,scion les points de fixation et les autres restric­tions irnposees, volontairement ou non aumouvcrncnt du panneau. '

Un panneau de reveternent atteint en ete,une temperature maximale qui depend des f'ac­teurs suivants: la temperature de l'air, Ie rayon­nement incident, la couleur de la surface expo­see, la capacite thermique et it un certain degre,les proprietes thermiques des autres elementsdu mur. La temperature T" prevue it la surfaceexterieure peut etre consideree comme la valeurlimite superieure et peut etre calculee it partirde la temperature du sol et de l'air (CBD 47F).Cependant, on peut utiliser avec une approxi­mation raisonnable, les relations simples etabliespour les toitures exposees au rayonnementsolaire (CBD 70F).

T ~ = T\ + 100a pour les panneaux a faible capa­cite thermique.

T, = T \ + 75a pour les panncaux ,\ capacite ther­rnique clcvee

au T\ est la temperature maximum de l'air et a, Iecoefficient d'absorption solaire de la surface,

155F-2

(el GARNITUR£ D'ETANCHEITE INSTALLU ALORS QUE LESPANNEAUX SONT ~ LA TEMptRATURE MAXIMUM

lal GARNITUR£ D'lTANCH£ITE INSTALLE£ ALORS QU£ L£SPANN£AUX SONT A LA TtMPlRATUR£ MOnNN£

MAX I MUM£N £H

TtMP£RATUR£MOY£NN£

MINIMUM £NHI V£ R

Si I'installation a lieu lorsque les panneauxse trouvent a une bien plus faible temperatureet que Ie joint est plus large, le rnateriau de caI­feutrement subira une contrainte de compres­sion bien plus grande que celie de traction, com­me indique a la figure 2(b). Cependant, Ies

Figure 2 Effets potentiels de la temperatureexistant au moment de I'installation du rna­teriau de calfeutrement.

neau. De rnerne, c'est en ete que les faibtesteneurs en hurnidite entraineront Ie retrait dupanneau lorsque la temperature est elevee. IIest fort peu probable que les temperatures ele­vees coincident avec les chutes de pluie, saufpendant de courtes periodes. En consequence,I'ensemble des mouvements provoques par lesvariations de temperature et d'humidite dansles panneaux constitues de materiaux poreuxdonnent un mouvement net inferieur a celuiqui a ete calcule uniquement a partir des varia­tions de temperature.

Tern perature d'installationLa methode de calcul decrite precedernrnent

suppose que Ie materiau de calfeutrement serainstalle lorsque la temperature se trouvera ala moyenne des valeurs extremes. En pareil cas,Ie materiau fonctionnera selon sa capacite demouvernent, il y aura traction en hiver et com­pression en ete, comme indique a Ia figure 2(a).

Ibl GARNITUR£ D'ETANCHEITE INSTALLE£ ALORS QU£ LlSPANN£AUX SONT A LA HMPERATUR£ MINIMUM

vaut -28 "F. La temperature d'un panneaumural noir expose au rayonnement solairemaximum peut atteindre 87 deg + 100 (0.95)= 182 of en ete et s'abaisser a -28 of enhiver. Par consequent, la gamme annuelle detemperatures s'etend sur 210 degres F.

S'il s'agit d'un panneau en acier, fixe a mi­largeur, qui a un coefficient d'expansion ther­mique de 7 X 10-1

• po/po of et une largeurutile totale de 10 pi (120 po), la variation totalede largeur du joint, de l'ete a I'hiver, est7 X 10-1> X 120 X 210 deg = 0.176 po.

Si I'on envisage d'utiliser un rnateriau decalfeutrement ayant une capacite de rnouve­ment de ± 25 pour cent, il se pretera a unmouverncnt proportionnel annuel total de 50pour cent. Ainsi, la largeur minimum de jointprevisible s'obtient en divisant Ie mouvementannuel calcule de 0.176 par 0.50, soit 0.35 po.Un joint d'une largeur approximative de VI{ podoit pouvoir fonctionner sans depasser la capa­cite du materiau de calfeutrement.

Si l'on se sert d'un materiau de calfeutrementayant une capacite de mouvement de ± 7.5 pourcent, il faudra augmenter la largeur du joint de0.176/0.15 = 1.17 po, pour eviter la ruptureprernaturec du materiau par extension et com­pression cycliques.

S'il faut a tout prix utiliser une pate d'huilede lin dont la capacite de mouvement n 'est quede ± 1 pour cent, Ie joint doit avoir une Iargeurde 8.8 po.

La largeur minimum de joint requise varieen fonction directe de la taille du panneau. PourIe panneau utilise dans l'exempIe, Ia largeur dujoint doit etre de }4 po si Ie panneau a 20 pide largeur et 13;4 po si la largeur du panneauest de 50 pi, a condition d'utiliser un rnateriaude calfeutrement ayant une capacite de mou­vement de ± 25 pour cent.

Lorsque les panneaux sont constitues de ma­teriau poreux, la dilatation et Ie retrait imputa­bles a l'hurnidite entrent egalernent en jeu. Dansla plupart des cas, il se peut que les mouvementsresultant des variations d'humidite aient ten­dance a agir en direction opposee a ceux quiproviennent des variations de temperature. Lesfortes teneurs en hurnidite dues a la condensa­tion qui se produit sur les panneaux exterieursse manifesteront en hiver lorsque I'abaissementde la temperature provoque Ie retrait du pan-

155F-3

Figure 3 Garniture d'etancbeite utilisee en cl­saillement.

tallation et I'entretien des garnitures d'etan­cheite requises pour des situations particulieresobligcnt a tenir compte de certains facteurssupplernentaires. Le Guide to Joint Sealants forConcrete Structures prepare par Ie Cornite 504de I'A .C/. decrit en hien plus amples details.les proprietes particulieres des garnitures d'etan­cheite, les dimensions des joints. ainsi que l'ins­tallation et la reparation des systernes d'etan­cheite.

ConclusionLe present digest porte sur les mouvements

dont il faut tenir compte dans Ie choix des gar­nitures requises pour Ies joints exterieurs. Leprincipe primordial qui vient au jour est que lalargeur du joint ne doit pas etre inferieure auminimum requis pour la garniture a utiliser. Ence qui concerne I'emploi d'une garniture desti­nee a assurer l'etancheite sous I'action de char­ges cycliques, plus le joint est large, mieux ilconvient: mais il faut envisager dans Ie calcul,les considerations pratiques qui ont trait au prixde la garniture et a l'eventualite d'une concavitedans les joints tres larges.

La formule qui permettrait de reduire la lar­geur de joint necessaire consisterait aaugmenterla capacite de mouvement de la garniture enutilisant un joint decale dans lequel la garnitureest soumise au cisaillement, comme a la figure 3.L'avantage offert par l'emploi d'une garnituretravaillant au cisaillement plutot qu'a la traction,resulte du fait que Ie module d'elasticite aucisaillement est d'environ Ie tiers de la valeur ala traction, dans les conditions ideales. Pour unedeformation donnee, l'eff'ort de cisaillementim pose a la garniture est considerablernent infe­rieur a celui de traction.

MUYf. NNlH I Vf.R

chances de rupture seront moindres, car la con­trainte maximum de traction diminuera etl'adherence a la surface augmentera a causede fa superiorite des forces de compression. Lesruptures peuvent se produire si les joints sonttres etroits ou si Ie rnateriau de calfeutrementest mis en place lorsque la temperature estextrernernent basse. En pareil cas, la saillieexcessive du rnateriau par rapport au joint peutprovoquer des contraintes de traction conside­rahles a la surface du materiau.

Si la temperature est superieure a la moyenneau moment de l'installation, comme indique ala figure 2(c), Ie materiau de calfeutrement subi­ra une plus forte contrainte de traction en hiver,car Ie rnateriau lui-rnerne sera aussi quelque peuplus dur et aura une moindre capacite d'exten­sion. Compte tenu d'une telle situation, il fautpeut-etre augmenter la largeur minimum dejoint prescrite initialement.

On pcut compenser partiellement les effetsresultant de I'installation du rnateriau de cal­fcutrement a des temperatures superieures a lavaleur ideale, en utilisant comme materiau lessilicones et deux parties de polysulfure, qui nerepondent aux conditions etablies qu'au bout dequelques heures apres I'installation, lorsque latemperature s'est abaissee au cours de la nuit.II n'est pas possible de prevoir l'eventualited'une compensation analogue dans Ie cas descomposes a cure lente comportant par exemple,une partie de polysulfure et deux parties de poly­urethane. II faut encore tenir compte du mou­vement irreversible potentiel des elements dubatirncnt quand on calcule les largeurs de jointsrcquiscs pour I'installation d'une garnituredetancheite. Le retrait anterieur a I'installa­tion de la garniture pcut accroitre la largeurdu joint et constituer un avantage. Cependant,I'allongement des elements et la dilatation desmateriaux peuvent reduire la largeur du jointet ohliger a augmenter la valeur de cettedcrniere.

En cc qui concerne les deformations cycliqueset les autres caracteristiques de fonctionne­ment, Ie comportement des garnitures mouleessur les lieux est aussi influence par la forme.lcs dimensions et la position du cordon de lagarniture, ainsi que par la preparation de lasurface et par les autres techniques d'installa­tion (CBD 96F). II se peut que Ie choix, l'ins-

155F-4

La methode de ca1cul fondee sur la recherched'une largeur de joint minimum bien precisepour une garniture d'etancheite et un panneauparticuliers, peut sembler theorique de primeabord, etant donne qu'il est difficile de realiseravec precision les joints d'un batiment. La pres­cription d'une largeur minimum de joint dansune seule direction permet de varier les ecartsadmis dans les constructions. II peut parfois sereveler necessaire de modifier les techniques deconstruction bien etablies, si l'adoption d'unelargeur de joint tout au moins egale au minimumrevet line importance considerable dans Ie com­portement potentiel de la garniture d'etancheite,Autrement, il faudra peut-etre decouper ou scierles panneaux afin d'augmenter la largeur insuffi­sante d'un joint «deja installe».

Une autre solution consiste a reprendre entie­rement Ie ca1cul du systerne de joints des mursexterieurs, en reportant la garniture d'etancheitevers un emplacement interieur du systeme dejoints ou l'environnement est moins rude et en

laissant sur la face exterieure, des joints ouvertsdont les dimensions sont moins essentielles. Al'interieur.Je mouvement cyclique est plus faible,la garniture d'etancheite est protegee contre lesconditions meteorologiques extremes et il estplus facile de controler les ecarts de largeur dujoint (CBn 40F, 120F).

BibliographieRenseignements climatologiques pour Ie ca1cul

des batiments au Canada, 1970. SupplementnO 1 au Code national du batirnent (Canada),Cornite associe sur le Code national du bati­ment, Conseil national de recherches duCanada, Ottawa. NRCC 11153F.

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Les Digests de la construction au Canada sont publics par la Division des recherches sur Ie btitiment, Conseilnational de recherches du Canada, Ottawa KIA OR6. 1Is peuvent erre reproduits sans modification commearticles de revue, pourvu que l'editeur en mentionne la provenance. Si l'on desire les publier sous forme deplaquettes, les dispositions necessaires doivent etre prises par l'intermediaire de la Division.

,<1 Conscil national de recherches du Canada, 1961.

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Digest de 10 construction au Canada

Les imprecisionsdans la constructionpar J. K. Latta

Division des recherches sur Ie botirnent

UDC 69.02:53.088

Quand on combine deux ou plusieurs piecesmanufacturees separerncnt, pour former un pro­duit fini, il est bien evident que les pieces doiventposseder les tailles exactes. U ne precision abso­lue n'est pas exigee et dans la plupart des cason peut reparer les imprecisions d'usinage, enrncnagcant des espaces convenahles entre leselements constituants. On peut au besoin. rem­plir ccs espaces sils ne sont pas trop grands, aumoyen cl'un moulage durcissahlc ou d'un mate­riau elastique. La question qui consiste a definirce qui est «trop grand» et a determiner jusqu'aqucl point de tolerance on peut accepter cesecarts, demeure Ie noeud du problerne.

Dans lcs structures tradition nelles, on resol­vail cc problcmc en fahriquant les pieces ou enlcs dccoupant aux mcsurcs convenablcs sur Iechanticr. De nos jours, on fabrique davantaged'elemcnts constituants hors chantier. Cepen­dant, ccs clements constituants ou ceux dans les­qucls ils s'crnboitcnt, doivent frequcmmcnt su­bir des modifications avant d'etrc mis en place.Ccci nous ramcnc aux debuts de la rnecanique;on devait alors soi-rnernc placer lcs Clementsdans la machine. Le Iaconnagc a maintenantattcint lin dcgre de precision eleve qui permetdassurer l'intcrchangeabilite des pieces, elimi­nant ainsi un long travail qui demandait unehabilete considerable. En plus de reduire lesprix, la machine a ouvert les portes a la fabri­cation en scric. De memc, si ron pouvait mettreau point des methodes de production plus ade­quatcs dans Ie domaine de la construction desbatirncnts. a la fois sur le chan tier et a l'cxte­rieur, on eviterait unc porte considerable d'cf­lort-, ct de rnater iaux.

Les imprecisions dans la construction du ba­timent proviennent des trois sources fondamen­tales suivantes: l'implantation, les dimensions

Janvier 1976

d'un element manufacture et la mise en placede cet clement (y compris Ie travail sur le chan­tier). On trouve les valeurs possibles des impre­cisions issues de ces sources aux tableaux I aVI.

L'implantation comprend l'etablisscment surlc chantier d'un systerne pratique de referencepour Ie controle de l'alignernent et du niveaudes elements du batirnent ainsi que la positionde l'ouvrage indiquee sur lc plan. Le degre deprecision atteint, depend du genre d'instrumcntde mesure et, en grande partie, de l'habilete etde la conscience de l'operateur. L'usage d'instru­ments simples comme les niveaux a alcool et lesmetres de· poche ne requiert aucune specialisa­tion particuliere. Cependant, en ce qui concernelcs instruments optiques et autrcs, plus precis,il importe que les operateurs et aides qui s'enservent soient formes et cornpetents.

Le gal on en acier de 100 pi demeure normale­ment Ie meilleur instrument de mesure des di­mensions Iineaires, la precision des mesures de­pendant de facteurs comme la pente, la fleche,la temperature et la tension. Si I'on exige un de­gre eleve de precision, on doit apporter lescorrections qui tiennent compte de ces fac­teurs; rnais, pourvu que Ie ruban soit soutenudans lc but d'eliminer la plupart des impreci­sions attribuables a la fleche et qu'on evite lestemperatures extremes, seules les corrections dela pcntc doivent generalernent etrc apportees(tableau I).

On emploie normalement trois methodes pourtracer l'angle droit, qui est Ie plus frequernmentemploye (la derniere methode peut etre utiliseepour tout angle). Le ruban d'acier permet de de­terminer l'angle droit en construisant un trian­gle 3: 4: 5 ou de calculer la diagonale d'un rec­tangle dont on connait les cotes. Cette metho-

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de sert dans Ia construction de maisons ct depetits batimcnts. La dcuxicmc methode, ccllcde la traditionncllc cqucrrc darpentcur a re­flexion, cmploic des prismes ou des miroirs maiselle n'offrc pas une precision suffisante pour laconstruction des batirnents. En presumant unusage correct de la troisicme methode qui utiliseIe transit ou le theodolite, c'est Ie moyen Ie plusprecis dans Ie tracage d'angles de n'irnportequellc grandeur (tableau II).

II cxistc plusieurs methodes pour mesurer laverticalite, scion la hauteur du batiment et ledcgre dexposition au vent. On peut utiliser lesplombs lourds pour les hauteurs allant jusqu'a10 pi, et, moyennant certaines precautions com­me l'irnrnersion du plomb dans un Iiquide et laprotection du fil contre le vent, pour les hauteursallant jusqu'a 30 pi. Seuls les ouvrages entiere­ment abrites permettent un usage sans problernede ces plombs a des hauteurs superieures, Onutilise les transits pour mesurer la verticalite,soit en visant a distance et en examinant verti­calerncnt a l'aide du telescope l'elernent qui doitetre mis d'aplomb, soit en utilisant un repere,Dans les deux cas, on doit proceder soigneuse­ment afin d'eviter les erreurs imputables auxinstruments. Les instruments d'optique utilisespour etablir la verticalite sont specialernent con­cus pour remplir le meme role que Ie transit. Lestechniques sont identiques et l'on doit procederavec Ie merne soin. En plus de pouvoir servir an'importe quelle hauteur, ces instruments pro­curent generalernent une plus grande precision.On donne la precision de chaque methode autableau III.

On peut determiner les dimensions verticalesou les niveaux au moyen de plusieurs methodesdont les degres de precision different (voir letableau IV). II est possible de transferer des ni­veaux sur des distances horizontales allant jus­qu'a 20 pi en utilisant conjointement les niveauxa alcool et les raclettes. On peut employer lesniveaux a eau legerernent plus precis que lesniveaux a alcool pour des distances de 30 pi.Les niveaux optiqucs demeurent les methodeslcs plus courantes pour mesurer les hauteursde fucon precise, mais il faut s'en metier lorsquela distance excede 200 pi. De plus, a cause desimprecisions qui peuvent s'accurnuler, on nedevrait pas s'en servir dans Ie transfcrt verticaldes donnees de nivcllcmcnt. II est preferabled'utiliscr lIll galon en acicr pour rncsurcr la face

d'unc colonnc Oll d'un mur, apartir d'unc horne­rcperc situec a la base de la colonne.

Le f acteur temps nuit f'rcqucmment a la pre­cision des mesures. Cependant, bien qu'elles ne­cessitent plus de temps, des techniques correcte­ment appliquees peuvent limiter l'effet des im­precisions des instruments. Les conditions detravail comme un eclairage adequat, peu devent, des temperatures moderees et un temps secdevraient favoriser la reduction des erreurs delecture. Lorsque le temps est mauvais et quel'on exige une grande precision, il est a conseil­ler de reporter le mesurage jusqu'a l'arneliora­tion du temps. On do it verifier tous les calculset mesures effectues sur Ie chantier. S'il s'agitde mesures particulierement importantes, uneseconde personne devrait les verifier en em­ployant si possible unc autre methode commepar exemple en mesurant a partir d'une borne­repere ou d'un quadrillage differents,

On traite ici de methodes normales de mesu­re a l'aide d'instruments c1assiques. II est possi­ble d'atteindre une precision bien superieuregrace a des instruments modernes tels que leslasers. Merrie si l'on utilise tres peu ce moyensauf pour Ie percement de tunnel et d'autres tra­vaux de genie civil du merne genre, une adapta­tion de ce moyen aux operations de constructionde batimcnts est en train de se faire.

Lorsqu'on a determine la position futured'une piece, on doit tenir compte des impre­cisions de la piece elle-merne, qu'elle ait etefabriquee ailleurs ou sur Ie chantier. Les piecesmanuf'acturees dans des usines, dans des condi­tions relativement contralees, devraient offriret offrent generalement un degre de precisionsuperieur a celles f'abriquees sur Ie chantier. Etmerne dans ce cas, il existe generalement unedifference souvent superieure a celIe prevueentre les dimensions actuelles et les dimensionsprescrites.

Au cours des sept dernieres annees, deuxetudes effectuees l'une en Angleterre, l'autre auDanemark, ont dernontre que les ecarts reels dedimensions des elements de beton pref'abrique,etaient de deux a trois fois superieurs aux tole­rances prescrites. Les deux etudes traitaient deselements prefabriques destines aux systernes deconstruction, de sorte que la duree de la produc­tion en serie a perm is l'utilisation de moules dequalite et la creation de systernes de controlede la qualitc. Lcs deux etudes ont dcmontre que

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l'on pouvait s'attcndre a des ccarts dans la lar­geur et la longueur des panneaux, allant jusqu'a± :}'il po, et que la dimension globale allant jus­qu'a 20 pi influencait tres peu ces ecarts, On peutcomparer ceci avec la tolerance de Vs po ou de:\11) po souvent prescrite pour une longueur de10 pi.

Les chercheurs anglais ont aussi remarqueque les panneaux des facades etaient relies entreeux au moyen de trous pratiques dans la rive in­Ierieurc du panneau superieur dans lesquelspenetraicnt des boulons saillants places sur larive superieure du panneau inf'ericur. JI appa­raissait que l'ecart maximal probable de la posi­tion des trous etait de ;'/1(; po longitudinalementet de 1;4 po transversalement. Comme Ja posi­tion de ces trous nuisait a la precision de l'as­semblage, on a deduit que les ecarts s'etaientproduits en depit des serieux efforts deployespour minimiser l'imprecision.

Si de sembI abIes imprecisions se produisentdans lc cas des panneaux f'abriques en usine,qu'en est-il des articles f abriquees sur place?Fait peut-etre etonnant, on ne dispose malheu­reusement pas assez souvent de renseignementsadequats sur la question. II n'en existe que dansles cas ou I'on a eu recours a une importante fa­brication hors chantier des principaux elementset a une utilisation des systemes de constructionindustrialises. La technique artisanale qui con­siste a decouper et ajuster sur place a preuvequ'elle pouvait resoudre ce problerne de Iaconsatisfaisante. Cette situation ressemble etrange­ment a celie qui existait dans Ie domaine dugenie mecanique avant le developpement destechniques modernes.

En 1962, l' American Concrete I nstitute aforme un comite (n? J 17) charge d'etudier leproblerne des tolerances dans la construction dubatiment. Apres avoir decouvert que les donneesrelatives a ce sujct en fait n'cxistaicnt pas, lesmernbrcs ont choisi un batiment dunc qualitede construction superieure puis en ont mcsurecertaines parties afin de determiner, entre autreschoses, lcs variations d'ernplaccment des colon­nes, On donne quelques-unes de leurs constata­tions au tableau V.

Depuis quelques annees, la Division a eu l'oc­casion de mesurer la largeur des joints situesentre les panneaux de beton prefabrique dunelargeur de 25 pi de la facade de six des trenteetages d'un batiment. On peut voir d'apres les

resulrats donnes au tableau VI, de cette etuderealisee en une seule serie de mesures que leslargeurs des joints variaient de zero ou presquezero a 3,4 po; une variation de ± ¥s po par rap­port a la grandeur prescrite du joint, soit ¥s po.

Lorsqu'on a determine toutes les imprecisionsqui nuisent a l'ajustage des elements consti­tuants on doit combiner ces imprecisions de ma­niere a former une variation globale a laquellele joint devra s'ajuster. Si l'on doit, dans le pirecas du genre, evaluer les ecarts toleres de chaquedimension, Ie joint depassera peut-etre la largeurpermise. II demeure tres improbable cependantqu'un element constituant quel qu'il soit, puissecomporter toutes les imprecisions issues de dif­ferentes sources, a un degre maximal dans lameme direction. En calculant la tolerance tota­Ie, on devrait prevoir un certain degre de proba­bilite. II faut s'attendre en procedant ainsi, a ceque certains cas surviennent ou merne si lesecarts individuels demeurent dans les limitesprescrites, on ne puisse ohtenir l'ajustement de­sire. Dans ces cas, il sera necessaire de choisirdes elements ou decouper et ajuster sur le chan­tier mais les cas occasionnels du genre sont pro­bablement pref'erables aux joints ultra-grands.

On peut combiner les tolerances qui se pro­duisent independamrnent dans les elementsconstituants individuels en une tolerance glo­bale, en calculant la racine carree de la sommedes cartes des valeurs individuelles.

Tn = V t/ + h' + 1,2 + ...ou To = la tolerance globale dans une

directionet

1... ts, L . . . les tolerances ou imprecisions is­sues de differentes sources.

On peut se servir de la merne methode statis­tique dans Ie cas d'une serie d'elernents consti­tuants si I'on desire calculer l'effet combine destolerances sur les elements constituants indivi­duels:

Tno = vi T n/ + Tn/ + Tu,,' + ...ou Tuo = l'effet combine des tolerances sur

les elements constituants indivi­duels

et

T 01, T D2 ••• = les tolerances sur les elementsconstituants individuels.

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TABLEAU I - PRECISION L1NEAIRE DIMENSIONNELLE

Distance

JlIsqll';'1 10 piDc 10 ;', 100 piPillS de 100 pi

Precision

, '/" IHI

I 1/.1 poPror.ua

Methode

TABLEAU II - PREcISION DU TRACE f)'UN ANGLE DROIT

Precision

Galen en acierEquerre optiqueTransit

Vernier (gradue it 20 sec)Theodolite it lecture micro-optique

(microptic theodolite) (grudueil 20 sec ct ccruragc optiquc)

2 min dangle (± ¥.+ po pour 100 pi)15mind'anglc(± 5popour 100 pi)

40 sec d'angle (± 114 po pour 100 pi)

20 sec danulc (" 1/" po pour 100 pi)

TABLEAU III - PREcISION DE LA VERTICALITE

Methode Precision

Nivcau il alcoolPlomb (temps calrne)Transit (plomb optique)Dispositif aplomb optique

-r- \,c.1 PQ pour 10 pi± lit. po pour 10 pi± VI:! po pour 100 pi± 1/11; po pour 100 pi

Methode

TABLEAU IV -- PRECISION DU NIVEAU

Precision

Niveau it alcoolNiveau it cauNiveau optiquc

Niveau precis

i:: 'I.t po pour 20 pi± II" po pour 30 pi± 1/11 po POUI 200 pi

(± I Y4 po par mille)± 1 it;po pour une seule visee

(± '/4 po par mille)~_._--- ---._--------------_.

---- •.__._------_._--_._--_._~--_.--~--~----

TABLEAU V - RENSEHiNEMENTS DU COMITE ACI CONCERNANT LA POSITION

DES COLONNES DE BETON PREFABRIQUE

Ecart-, de position de 1<1 colonnc

Colonne par rapport it sa ligncEspuce entre les Iigncs paralleles de colonnesPcrpendicularitc entre les lignesde colonncs orrhogonulcs

---- ------ -----

Normal

, I po± I po

'/H po pour 10 pi

Maximal

+: 2 po--~ 2 po

1'4 po pour 10 pi-------_._---~---

TABLEAU VI- LARGEURS DE JOINT DE SIX DES TRENTE ETAGES f)'UN BATIMENT

Largeur de joint, po

0-1/111/H-~-4

1/.1 .}"

-%-'/2112-~H

%-¥.+

-------- ----c-----=-

Nornbrc de joints

3174224

73

Nornbre total des joints mcsurcs = 96

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Celie methode de calcul nc tient pas comptedu fait qu'cn pratique, l'effct des imprecisions demanufacture pcut etrc partiellement repare lorsde lercction du batimcnt: par cxernple, lc plombajuste pour compenser l'cffct de la saillie. Onne pcut utiliscr cette methode que pour cornpcn­ser lcs imprecisions occasionnelles imputablcs ai'incapacite humaine de construire quoi que cesnit avant les dimensions exactes. Les variationsdimensionnelles dues aux mouvements provo­ques par la chaleur au l'hurnidite a la suite deschangements de condition doivent etre evaluecsindepcndarnmcnt et additionnees arithmetiquc­rncnt pour chaque genre de conditions.

ConclusionSans vouloir crrtrquer lindustrie de la cons­

truction, on peut probablement dire qu'en gene­ral, cette derniere atteint rarement en pratiquele degre de precision prevu. Ceci implique avanttout la necessite d'une prise de conscience plus

realiste de la situation, de la part des conccp­teurs, des redactcurs de dcvis et des construe­teurs. Les concepteurs dcvront pcut-etrc accep­ter Ie nivcau actucl d'irnprecisiou cornrnc un faitacquis et conccvoir chaquc partie du batimcntde Iacon a cc que l'on puissc s'accornrnodcr deserrcurs tout en evitant lcs rncsurcs de reparationscoutcuses et longues sur Ie chantier. Un ouvrugcqui dernandc unc precision supericure a celiequ'on pcut normalement obtenir, cntraincrainevitablcment plus de problernes lors de la cons­truction. Les redactcurs de dcvis devraicnt alorsevitcr d'irnposer des tolerances trop difficiles quin'arneneront qu'un trop grand nornbre de rejetsou des discussions prolongees. Les constructeursdevraient en retour reviser leurs pratiqucs ac­tuelles afin de minimiser les imprecisions. Si l'onparvenait a elirniner les crreurs elernentaircsau meme seulement ales detecter tres tot, biendes travaux se derouleraient mieux et dans desconditions moins difficiles.

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