Bs calfeutrement
0 j'aime125 vues
Les bandes de solin protègent les relevés d'étanchéité des toitures-terrasses, mais leur défaillance peut entraîner des infiltrations d'eau coûteuses. Une étude lancée en 2003 a examiné divers produits de calfeutrement et les problèmes liés aux bandes de solin pour améliorer leur durabilité et fiabilité. Les résultats incluent des recommandations sur les matériaux et la conception pour mieux résister aux sollicitations climatiques et mécaniques.
Bs calfeutrement
- 1. U ne bande de solin a pour rôle de protéger la tête des relevés d'étanchéité sur les reliefs d'une toiture-terrasse, en neuf comme en réparation. Elle écarte les eaux de ruissellement de la tête des relevés d'étanchéité. Elle se présente sous la forme d'un profilé, généralement en aluminium (brut, anodisé ou ther- molaqué) ou en zinc. Une bande de solin se caractérise par sa gorge destinée à recevoir en quantité nécessaire un pro- duit de calfeutrement, sa hauteur visible, son recouvrement et son débord. Des fourreaux de jonction ou d'angle peuvent la compléter afin d'assurer un recouvrement efficace et une finition soignée. Enfin, une bande de solin peut être à un ou deux étages, à gorge triangulaire ou carrée… Petite cause, grands effets Il avait été constaté en 2003 qu’environ 50 % des désordres observés résultaient d'une défaillance des protections des têtes des relevés d'étanchéité. L'analyse des pathologies mon- trait qu’environ 6 % d'entre elles concernaient directement les bandes de solin. Les infiltrations d'eau se produisent alors entre la bande de solin et le relief. Dans ce cas, c'est le cal- feutrement de la bande de solin qui est défaillant ou absent. Les causes possibles sont multiples : un produit de cal- feutrement inapproprié, une mise en œuvre inadaptée, une absence d'entretien. Or, «la défaillance d'un simple calfeutrement peut avoir de lourdes conséquences, explique Alain Blotière, président de la Com- mission de normalisation du DTU 43.1. L'eau pénètre alors dans les locaux et peut dégrader les embellissements comme les équipements qu'elle y rencontre, les tapisseries d'un salon comme les ordinateurs d'une salle informatique, par exemple. Le coût des dégâts peut être considérable et donner lieu à des contentieux lorsque les parties ne sont pas d'accord.» Il a donc été proposé, lors d'une réunion regroupant la FFB et l'AQC, d'engager une action sur le calfeutrement des bandes de solin, avec comme objectif d'améliorer leur fiabilité afin d'assurer la durabilité du relevé d'étanchéité. Les étapes de la recherche 1. Une étude bibliographique a été menée sur les différentes bandes de solin existant en France. Les contraintes sus- ceptibles de les fragiliser ont été recensées. 2. Une étude de modélisation par éléments finis a permis de prévoir le comportement d'une bande de solin soumise aux contraintes extérieures. Elle a également permis d'éva- luer le niveau des contraintes et déformations sur l'en- semble du modèle et au cœur du produit de calfeutrement. 3. Des essais de vieillissement artificiel en laboratoire (défi- nis grâce aux études précédentes) visant à tester une série de produits couramment utilisés pour calfeutrer des élé- ments de construction ont été réalisés. 4. Des essais de vieillissement naturel. Les produits de cal- feutrement évalués ont été soumis à un vieillissement natu- rel sur le site de Floride, réputé pour ses conditions cli- matiques particulièrement sévères, dans le but de confir- mer ou infirmer les résultats obtenus en laboratoire. ■ Recherches sur le calfeutrement des bandes de solin en toiture-terrasse Une étude a été lancée en 2003 sur le calfeutrement des bandes de solin en toiture-terrasse. Elle fait suite au recensement effectué par l'AQC sur de nombreux sinistres affectant les relevés d'étanchéité, et vise à leur garantir une meilleure fiabilité. En voici des extraits, suivis des conclusions publiées par la FFB (Fédération française du bâtiment), des tests réalisés en laboratoire et sur site de vieillissement naturel. QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 200724 Prévention ➜ pathologie
- 2. QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 2007 25 Le calfeutrement des bandes de solin ➜ pathologie — prévention En effet, si les éléments n'ont pas la même épaisseur, à même température, leur variation dimensionnelle est différente, ce qui crée des contraintes internes. 2. Une humidité importante Elle peut engendrer des risques d'oxydation, de corrosion et d'hydrolyse du métal (embruns). Le métal se pique, se perce créant des problèmes d'étanchéité, en particulier au niveau des points singuliers comme les vis. 3. Le nettoyage haute pression Il peut aussi altérer l'état de surface de la bande de solin. 4. Les algues, mousses et champignons Ils peuvent dégrader le produit de calfeutrement au-dessus de la tête de relevé. 5. Les produits de nettoyage et de traitement de façade (anti- mousses…) Ils sont susceptibles de dégrader le produit de calfeutrement et/ou l'état de surface du profilé métallique. Sur les parties souples 1. L'humidité du support, les variations hygrométriques impor- tantes, la rétention d'eau Elles peuvent engendrer des phénomènes de dégradations des produits (hydrolyse…). 2. Le vieillissement des produits de calfeutrement aux UV Il peut entraîner leur craquèlement et/ou leur fissuration. 3. La température Elle peut provoquer une perte d'élasticité des produits et une accélération de leur vieillissement. ■ L es nombreuses sollicitations extérieures, induisant des contraintes internes au cœur du produit de cal- feutrement, engendrent au cours du temps une alté- ration de la bande de solin. De nombreux tests ont été effectués pour qualifier les effets des sollicitations méca- niques et climatiques sur les parties métalliques. Les sollicitations mécaniques 1. Les efforts ou tensions dus à des mouvements différentiels Lesmouvementsdestructurespeuventinduiredescontraintes en traction, en compression et en cisaillement au niveau des fixations. Les déformations de la bande de solin peuvent pro- voquer un défaut d'étanchéité par des décollements ou des fissurations du produit de calfeutrement. 2. Les chocs (manuels, voitures, nettoyage haute pression…) Ils peuvent causer un défaut d'étanchéité par des problèmes aux raccordements, une planéité défectueuse, des décolle- ments du produit de calfeutrement. 3. Les fixations Un mauvais serrage des vis de fixation, insuffisant ou exces- sif, un percement des fixations à intervalles non réguliers ou non conformes, des vis manquantes ou des diamètres de trous trop grands peuvent endommager une bande de solin et engendrer un défaut d'étanchéité. Les sollicitations climatiques Les sollicitations climatiques sur les parties métalliques pren- nent en compte l'influence de la température, de l'humidité excessive (ruissellement), de l'humidité intérieure, du rayon- nement UV, des agents microbiologiques. 1. Les variations de température Elles dilatent les métaux (plus de 60 °C d'écart entre un enso- leillement plein sud en été et une nuit d'hiver) et induisent: ■ des variations dimensionnelles des éléments; ■ une planéité défectueuse et un mauvais alignement des éléments; ■ une déformation des éléments, en particulier au niveau des points singuliers (coins entrant et sortant) où les contraintes sont maximales; ■ une rupture ou désolidarisation des éléments constituant les fourreaux d'angle. De même, la dilatation thermique peut engendrer des désordres aux raccords des bandes de solin, sur les fourreaux de jonction. Les sollicitations➜ Optimiser les performances revient, en pratique, à examiner la bande proprement dite et les produits de calfeutrement. Il s'agit d'étudier la conception de la bande, sa forme, ses dimensions, la nature des matériaux sélectionnés, les points singuliers, la mise en œuvre, les fixations… p
- 3. Illustration AQC QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 200726 Le calfeutrement des bandes de solin ➜ pathologie — prévention La géométrie de la gorge ne modifie ni les répartitions de contraintes au sein du procédé, ni la déformation de la struc- ture. Dans la mesure où la forme de la gorge n'a que peu d'in- fluence sur les déformations du modèle, l'étude est pour- suivie avec le procédé de bande de solin à gorge carrée. Cependant, l’utilisation d’une gorge carrée reste la configu- ration la plus favorable pour limiter les contraintes au niveau des plans de collage par une plus grande quantité de pro- duit de calfeutrement disponible pour absorber les variations dimensionnelles. Les contraintes de déplacement Les fixations par vis d'une bande de solin rendent impossible tout déplacement ou rotation de celle-ci. Or, lors de la pose, il peut arriver que des vis soient omises ou mal posées. Afin de prévoir le comportement de la bande de solin dans ces cas, on fait varier l'intervalle entre fixations en l'élargissant ou en simulant l'absence d'une vis. Les résultats: le système est modélisé avec deux écarts de fixa- tions de 15 et 30 cm; la température est maintenue à + 70 °C. Le choix de l'intervalle entre vis ne modifie pas la répartition générale des contraintes internes au système pour ces espaces de fixations. Une faible distance entre fixations astreint davan- tage de blocages au sein du modèle. Les mouvements du pro- filé métallique et du produit de calfeutrement étant limités, cela se traduit par une légère augmentation des contraintes internes. Les effets de la température À l'extérieur, les forts écarts de températures engendrent dila- tation et contraction des matériaux. Ces variations dimen- sionnelles se traduisent le plus souvent par une rupture ou une désolidarisation des éléments. Dans un premier temps, la modélisation a soumis le modèle à deux températures: ■ une température globale de - 10 °C (la température de réfé- rence étant étalonnée à + 20 °C); ■ puis à une température globale de + 70 °C. Dans un second temps, on a introduit un gradient de tempé- rature. Ce dernier permet de simuler l'élévation de la tempé- L es résultats de ces calculs ont permis de définir un référentiel d'essais à réaliser en laboratoire. Les paramètres d'évaluation sont la géométrie de la gorge, les contraintes en déplacement, les effets de la température et le type de fixation. La géométrie de la gorge La géométrie de la gorge a-t-elle une influence sur le com- portement du mastic et sur les contraintes induites dans le système? Les résultats sont ceux d'une bande de solin à gorge trian- gulaire ou carrée exposée à une température globale de + 70 °C. Il apparaît que si les contraintes sont maximales au niveau des fixations rigides, elles diminuent en s'en écartant. Elles sont faibles au cœur du mastic et légèrement plus élevées à l'interface mastic/aluminium. La modélisation par éléments finis ➜ Ce type d'étude permet de simuler le comportement de la bande de solin lorsqu'elle est soumise aux sollicitations extérieures. Elle constitue un moyen d'examiner, de manière virtuelle, les différentes réactions des constituants de la bande de solin (support béton, métal, produit de calfeutrement) en faisant intervenir un grand nombre de paramètres dans différentes configurations. •MÉMO CHANTIER® Relevés d’étanchéité sur terrasses béton de l’AQC.
- 4. Illustrations Thierry Bel d’après celles de la CSFE-FFB et photo de fond AQC QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 2007 27 Le calfeutrement des bandes de solin ➜ pathologie — prévention rature à travers les différents constituants de la bande de solin lorsqu'elle est exposée au soleil, en été et plein sud. Cette simulation se rapproche des conditions réelles d'exposition. Les résultats sont ceux d'une bande de solin à gorge carrée modélisée avec un espacement entre vis de 30 cm: ■ la température n'a pas d'influence sur la répartition des contraintes internes. Elles ne permettent pas le mouve- ment au niveau des fixations, là où les sollicitations des matériaux sont maximales. De plus, elles sont quasiment nulles au cœur du mastic. Cependant, ce dernier est sou- mis à des phénomènes de torsion qui se manifestent par la coexistence de contraintes en traction (positives) et en compression (négatives) au niveau des plans d'adhérence et du fond de gorge; ■ le gradient de température (qui sollicite particulièrement le profilé métallique et l'interface aluminium/béton et mastic/béton) induit des contraintes. Ces dernières ne se concentrent pas autour des points d'attache mais s'inten- sifientjusquedanslespremierscentimètresdelamaçonnerie en béton. Cependant, les déplacements maximaux restent faibles, de l'ordre de 2,5 mm sur l'ensemble du modèle et del'ordrede0,5mmauniveauduproduitdecalfeutrement. En d'autres termes, on relève au plus 5 % de déformation dumastic(surlabased'unelargeurdejointde10mm)sous une sollicitation thermique de + 70 °C. Le produit de cal- feutrement est donc peu sollicité, peu déformé. Il n'est pas soumis à des efforts très élevés susceptibles de le déchirer. Le type de fixation Outre la fixation par vis, la modélisation a permis de simu- ler la fixation du profilé aluminium par «collage» sur la maçon- nerie. En réalité, le profilé est séparé de la maçonnerie par un petit espace. Cette modélisation est destinée à se rapprocher davantage du système réel de bande de solin en simulant un nouveau type de contact dans la conception géométrique (introduction d'éléments «poutres»). Les résultats : dans cette configuration, les déplacements maximaux sont relevés sur les coins «libres» du cordon de mastic adhérent au profilé métallique lui-même déformé. À l'interface mastic/béton, les déplacements évalués sont insi- gnifiants. Les déformations de la tête à cette interface étant inexistantes. En conclusion La modélisation a permis de valider que: ■ la forme de gorge carrée est la plus favorable pour limiter les contraintes au niveau des plans de collage du produit de calfeutrement; ■ le mastic est soumis à des phénomènes de torsion au niveau des plans d’adhérence et du fond de gorge; ■ le mastic est finalement peu déformé dans les configura- tions étudiées; ■ les déplacements maximaux atteignent au plus 0,5 mm; ■ les déformations engendrées sont au plus de 5 %. Ainsi, le choix d’un coefficient d’extension de 25 % pour les essais en laboratoire apparaît pertinent pour ce type d’ap- plication (coefficient de sécurité de 5). ■ “Pour en savoir plus • Norme NF P85-250-1 (réf. DTU 44.1) Étanchéité des joints de façade par mise en œuvre de mastics, février 2002. p
- 5. QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 200728 Le calfeutrement des bandes de solin ➜ pathologie — prévention ■ les mastics reproduisant, à un facteur de sécurité près, les variations dimensionnelles éventuelles d'un joint exposé à la chaleur conduisent, dans certains cas, au décollement du cordon de son support. La rupture adhésive se pro- duit à l'interface mastic/mortier ou mastic/métal. Sur les dix mastics testés, trois ne satisfont pas à ce premier essai. Deux sont des mastics silicones, le troisième est un mastic PU. À noter: ces trois mastics ne sont pas certifiés SNJF; ■ les épaisseurs de cordon de mastic avant et après essais révèlent que les dix mastics testés présentent une bonne reprise élastique puisqu'ils retrouvent au moins 85 % de leur épaisseur initiale. Vieillissement climatique artificiel Il s'agit de combiner 250 cycles de deux heures, alternant une exposition (sèche de 102 minutes) aux UV et à la tempéra- ture (maxi 65 +/- 5 °C) et une immersion dans l'eau de 18 minutes (25 +/- 3 °C), soit une durée totale de 500 heures. D'une manière générale, ces tests ne conduisent pas à des défaillances sur le plan mécanique. Seules sont constatées des modifications d'aspect. Ces dernières concernent deux mastics PU dont la teinte jaunit avec un effet «peau d'oran- ge» (microfaïençage en surface). En termes de variations dimensionnelles, tous les mastics voient l'épaisseur de leur cordon diminuer au terme des essais. En particulier, l'épais- seur de deux mastics silicones subit un retrait de 11 % envi- ron, soit une perte de 1,40 mm sur les 12 mm initiaux. Ce retrait vérifié sur tous les mastics s'explique par la perte de certains composés sous l'action de la température et de l'eau. L 'étude a été réalisée avec des mastics dont l'anté- riorité sur le marché de l'étanchéité des bandes de solin est connue et qui présentent a priori des per- formances satisfaisantes en terme de vieillissement en situation réelle sur chantier; et avec des mastics vendus en négoces bâtiment ou magasins spécialisés. Sur les dix pro- duits sélectionnés, cinq sont à base de silicone, quatre à base de polyuréthane, le dernier étant un MS polymère. Certains sont certifiés SNJF, d'autres non. Les supports retenus sont ceux couramment utilisés soit, l'aluminium brut, le zinc et le mortier de ciment (surface sciée). Les tests comprennent des essais de mise en extension à l'état initial, de vieillissement climatique artificiel, de vieillis- sement par cycles thermomécaniques et de vieillissement cli- matique naturel en Floride. Les deux premières séries de tests sont menées sur 120 éprouvettes, 6 par nature de mastic. Pour chaque mastic, 3 éprouvettes forment un complexe alu- minium/mastic/mortier et 3 autres un complexe zinc/mas- tic/mortier. Mise en extension à 25 % Les éprouvettes subissent un effort de traction jusqu'à atteindre une extension de 25 % par rapport à l'épaisseur initiale du cor- don de mastic (12 mm). Dans l'essai, l'extension est main- tenue pendant 24 heures. Les résultats obtenus constituent des données de référence dans la mesure où les éprouvettes n'ont subi aucun vieillissement préalable. Ils permettent d'établir que: ■ le module à 25 % d'extension est identique quelle que soit la nature du support, et ce, pour les trois familles de mastics; Lesessaisdevieillissement➜ Le produit de calfeutrement est l’un des points sensibles de la bande de solin par son rôle d’interface de liaisonnement. Les tests de vieillissement artificiel réalisés par le CEBTP (Centre expérimental de recherches et d’études du bâtiment et des travaux publics) en laboratoire ont donc pour but d'analyser et de comparer les performances des produits en fonction de leur nature et de leurs caractéristiques. Cesessaissontmenéssur80éprouvettes,8par nature de mastic. Pour chaque mastic, 4 éprou- vettes sont constituées d'un complexe alumi- nium/mastic/mortieretdezinc/mastic/mortier. Lamoitiédeséprouvettesestrenvoyéeaprèsun an d'exposition et la seconde au bout de deux ans. Les éprouvettes sont placées sur un support incliné de 5° par rapport au plan horizontal et orienté face au sud. «Le climat de la Floride est très chaud, très humide et très ensoleillé, re- marque Marie Lesage du CEBTP. Deux ans d'expo- sitiondanscesconditionsclimatiquesdifficilessont comparablesàuneduréesupérieureàcinqanssous le climat français.» Après avoir été examinées pour détecter tout changement d'aspect ou d'éventuelles ruptures cohésives ou adhésives, les éprouvettes sont mises à 25 % d'extension. Les résultats sont cohérents avec ceux obtenus en laboratoire. Les conditions de vieillissement natu- rel après un an sont légèrement plus sévères que celles du vieillissement artificiel. Les défaillances s'amplifient après deux ans d'exposition au climat de Floride en termes: VIEILLISSEMENT NATUREL EN FLORIDE
- 6. QualitéConstruction • N° 101 • mars-avril 2007 29 Le calfeutrement des bandes de solin ➜ pathologie — prévention Enfin, il est possible de différencier les dix mastics selon les critères suivants: ■ hautes performances: absence de rupture totale ou sous forme d'amorces (un silicone SNJF et trois PU SNJF); ■ moyennes performances: présence d'amorce tolérée; une rupture totale ponctuelle est tolérée (deux silicones SNJF); ■ faibles performances: rupture totale majoritaire (deux sili- cones non SNJF et un PU non SNJF); Le mastic MS polymère non SNJF se situe entre hautes et moyennes performances. ■ Marie-Pierre Jouan Vieillissement par cycles thermomécaniques Ces essais concernent les 60 éprouvettes ayant subi au préa- lable les essais de vieillissements climatiques artificiels. Ce type d'essai dure deux semaines, chacune alterne deux cycles «froids»(miseenextensionà-20°C)etdeuxcycles«chauds» (mise en compression à 70 °C). L'alternance de cycles d'ex- tension/compressionàtempératuresvariablesprovoquedes modifications physiques pour certains mastics: ■ trois mastics (deux silicones, un PU) présentent un décol- lement du cordon aux interfaces mastic/mortier ou mastic/métal pour les premiers et mastic/zinc pour le second. Ces trois produits, non certifiés SNJF, sont les mêmes que ceux présentant des ruptures adhésives lors de la mise en extension à 25 %. Leurs interfaces de rupture adhésives, qui se produisent lors du cycle froid, sont éga- lement identiques; ■ deux mastics silicones, certifiés SNJF, montrent quelques amorces de rupture; ■ quatre mastics (un silicone, trois PU certifiés SNJF) res- sortent de ces essais sans désordres apparents. Les résultats de ces études constituent une base technique pour la mise au point d'un document destiné aux professionnels. Celui-ci leur permettra de sélection- ner plus facilement le procédé et le mastic les mieux adaptés pour assurer l'é- tanchéité des bandes de solin. Voici en avant première les points clés de ces études: ■ la modélisation a validé la gorge carrée comme étant la plus favorable pour limi- ter les contraintes au niveau des plans de collage du joint; ■ les calculs ont montré qu'une capacité de mouvement de 25 % était adaptée aux dilatations thermiques; ■ le support zinc est moins favorable que l’aluminium brut à l'adhérence des mastics; ■ les essais de vieillissement naturel confirment les résultats et le classement des mastics obtenus après vieillissement artificiel en laboratoire. On constate que deux années d'exposition naturelle en Floride sont plus sollicitantes que les 500 heures de cycles UV-immersion à l'eau couplées à des cycles thermomécaniques, en vieillis- sement artificiel. On relève, notamment, des altérations plus nombreuses à l'inter- face mastic/zinc. Les mastics les plus performants (ne présentant ni désordres ni ruptures) sont ceux qui bénéficient du label SNJF Façades et de classe 25, qu'ils soient silicones ou polyuréthanes. Leur capacité de mouvement a été validée par les essais thermomécaniques et par les essais de vieillissement naturel. Cette recherche a donc permis de mettre en évidence que : la nature chimique du mastic n'est pas un critère de performance en soi, en terme d'adhésivité cohésion; les mastics bénéficiant du label SNJF et de classe 25 présentent les performances les plus satisfaisantes. Conclusion des études Ce qu’il faut retenir ✓Unegorgecarréepermetauproduitdejointementdemieuxabsorberlesdila- tations des différents matériaux. ✓Un intervalle de 30 cm maximum doit être respecté entre fixations. ✓Un mastic de classe 25: ces mastics élastiques présentent une capacité de mouvementde25%parfaitementadaptéeauxdilatationsthermiques(ancien- nement élastomère première catégorie). ✓Un mastic sous label SNJF Façade (pas de mastic sanitaire). ■ d’aspect de surface: les modifications sont légèrement amplifiées (jaunissement, appari- tion de taches noires et brunâtres, faïençage et fissuration); ■ de performance mécanique: – les essais ne conduisent pas à des défaillances sur le plan mécanique avant la mise en exten- sion, – les ruptures sont les mêmes et avec les mêmes interfaces. Les mastics les moins performants sont identiques, – deux nouveaux mastics défectueux après un an (un mastic PU et le mastic MS polymère), – quatre nouveaux mastics défectueux après deux ans (un mastic silicone, deux mastics PU et le mastic MS polymère), – le module des éprouvettes ayant subi le vieillis- sement naturel en Floride est supérieur à celui des éprouvettes ayant subi le vieillissement arti- ficiel en laboratoire (facteur 2 pour sept mas- tics), – les mastics intacts sont de nature chimique différente (PU et silicone) et sont détenteurs du label SNJF. VIEILLISSEMENT NATUREL EN FLORIDE (SUITE ET FIN) Photo CSFE-FFB