Gros oeuvre – Méthodes de construction Toitures plates et inclinées 1re partie

Comme tout produit et technique. les matériaux de construction et leur mise en oeuvre ont évolué et évoluent chaque jour. Ces évolutions que nous devons intégrer répondent à une série d’exigences : règlementations et normes, attentes du client sur un bon rapport qualité / prix, de l’architecte sur la qualité et la pérennité de l’ouvrage qu’il conçoit. de l’entrepreneur pour garder sa place sur le marché, du fabricant pour rester compétitif …

C’est évidemment sur le terrain que chaque matériau et chaque technique doivPnf faire /eurç preuveç Le rôle de l’entrprise P.t de l’ouvrier e<;t alnr,; primordial dans le processus d’évolutfon car c’est sur chantier que les problèmes se posent et que de nouvelles solutions émergent.
Dans ce contexte, les différents manuels disponibles constituent une référence actualisée de la technologie du gros oeuvre autour de fa construction d’une maison unifamiliale et autour de la modification d’un édifice existant.

Méthodes de construction du gros oeuvre:

• Avanl l’acte de bâlir,
• Terrassements, fondations et ouvrages contre terre, – Egouttage et réservoirs enterrés,
• Murs d’t5/évation pf dP. taç;ideç (2 parties) , – Planchers portants,
• Escaliers,
• Cheminées, ventilation et gaines techniques,
• Toitures plates et inclinées (2 parties),
• Les abords de la maison.
  • Méllwde’:> de mocJifiealio11 clu gros oeuvre: – Avant l ‘acte de modifier,
• Rénovation,
• Transformation.
• Démolition – Déconstruction,
• Isolation thermique d’un bâtiment existant.

Ces ouvrages sur le gros oeuvre ei sur la modification du gros oeuvre abordent les points importants et tentent, malgré la grande spécialisation dans ce secteur; d’étre le plus exhaustif possible; la lecture se veut aisée et agrémentée d’illustrations explicatives ou techniques.
En complétant ainsi fa série de ses éditions, le Fonds de formation professionnelle de la Construction qui a aussi comme tâche l’amélioration de la qualité de la formation professionnelle a renforcé la panoplie des moyens mis à disposition des travailleurs , futurs travailleurs et formateurs pour atteindre cet ob;ectif .
Ce manuel de méthode~ de construction gros oeuvre a été élaboré par le Centre interdisciplinaire de Formation de Formateurs de l’Université de Liège (CIFFUL) à la demande du t–onds de Formation professionnef/e de fa Construction (FFC) qui en a financé la conception et l’édition .
L’ouvrage a été wnçu, 1édigé et illustré par l’équipe du CIFFUL composée de K. Bovy, E. Vandebroek et J.-M . Guillemeau, en collaboration avec Ph Meyfmirlt P.t L. Du Four.
I a mi,e av net infographique a été réalisée par Guy Raes Art & Formation . Nous remercions M. et M » »‘ DP.thier-Serë et M. E. Vandebroek, pour les plans et les photographies de l’habilaliun ulilisée à litre d’iflustration.

GENERALITES

1.1. DEFINITION ET FONCTIONS

La toiture est un ensemble d’é léments porteurs et de protections qui ferme la partie supérieure d’une construction.

De tout temps, l’homme s’est protégé des intempéries; bien sûr, dans des abris naturels (grottes, arbres .. . ) mais aussi à l’aide de volumes construits.

Le type de toiture était d’abord influencé par le climat et par les matériaux disponibles aux environs . Dans nos climats, les premières constructions étaient couvertes par des toits en pente ou n’étaient constituées que par un toit sans parois verticales (hutte ou tente). Dans les pays plus chauds tels que la Mésopotamie, c’est la toiture-terrasse qui était ut ilisée.

L’évolution de la toiture a, assez fidèlement , suivi celle du plancher à travers les systèmes de structures à poutres, les voûtes et les arcs ainsi que les coupoles; l’industrialisation et la standardisat ion de certains matériaux ont permis des performances physiques et de fiabilité.

Aujourd’hui et avec toutes les techniques et matériaux disponibles sur le marché, le choix d’une toiture est influencé par les goûts personnels du maître de l’ouvrage ou de l’auteur de projet, les règlements administratifs et, en toile de fond, le coût.

Une manière de réaliser des économies s’est transposée dans la volonté d’occuper tout le volume d’une habitation sans conserver la zone intermédiaire que constitue le grenier. Parallèlement, notre besoin de confort s’est accru. Avec l’apport d’iso lation dans le complexe de toiture. on a pu observer des phénomènes physiques nouveaux qu’il faut maîtriser à l’aide de techn iques et matériaux adaptés On peut affirmer qu’ il y a une évolution permanente dans la manière de composer la to iture et d’éviter les patholog ies.

1.1.1. ENCLORE ET PROTEGER.

La fonct ion principale d’une toiture est d’enclore un espace et de le protéger, ainsi que ses habitants et le contenu, vis-à-vis de son environnement: des conditions climatiques (soleil, vent, pluie, température … ) mais également du regard, de l’intrusion de personnes ou d’animaux, des odeurs, du bruit, de la lumière, etc.

Exigence d’étanchéité à la pluie

L’.étanchéité à l’eau des toitures est évidemment primordiale pour protéger l’habitation des intempéries et drainer l’eau le plus vite possible vers le sol. Les manières efficaces pour protéger de la pluie sont multiples et sont souvent influencées par un choix esthétique.

Dans nos climats pluvieux , l’étanchéité de la toiture est réalisée par l’étanchéité des éléments de couverture et par des recouvrements entre éléments afin d’éviter les infi ltrations par capillarité ascendante mais également latérale.

Exigence d’étanchéité à l’air

Les matériaux capillaires peuvent laisser passer de l’air sous pression du vent mais les infiltrations d’air se font principalement aux raccords ent re éléments de couverture des toitures inclinées et sur le pourtour de la toiture. Une ou plusieurs couches de la toiture doivent remplir cette fonction . Exigence d’isolation thermique et d’étanchéité à la vapeur Nos besoins de confort et d’économie (de surface habitable et de combustib le) mais également les règlements régionaux en matière d’iso lation ont fait fortement évoluer la conception des toitures .

Nos habitudes de vie et un calfeutrage systématique ont fait apparaître des problèmes de condensation liés aux transferts de va.peur vers les zones froides ; dans la toiture, il peut être indispensable d’empêcher cette migration de vapeur.
Voir ci-après

1.2 . COMPORTEMENT PHYSIQUE DE LA TOITURE.

Exigence d’isolation acoustique

On distingue diffé rents modes de propagation des bruits avec des remèdes appropriés:

• les bruits solidiens (qui se transmettent à trave rs un corps solide, tels les bruits d’impact: grêle, pluie … ) contre lesquels il faut désolidariser les éléments en contact;
• les bruits aériens (te ls le trafic routier ou aérien) contre lesquels il faut alourdir les éléments, en une ou plusieurs couches.

1.1. 2. STABILITE

Pour satisfai re à la première fonction (enclore et protéger), il faut mettre parfaitement en oeuvre des éléments de construction ayant une résistance suffisante à la flexion et aux dimensions adéquates pour résister à toutes les sollicitations: ret rait par séchage, force du vent , surcharge de neige, circulation occasionnelle ou permanente de personnes ou de véh icules … La liaison entre structure de toiture et éléments porteurs verticaux doit assurer une f ixation durable et un bon report des charges à ceux-ci.

La to iture doit être durable dans le temps , résister au rayonnement solaire, aux chocs (physiques et thermiques) et à la pollution (action chimique).

Dans le cas de grands bâtiments, la toiture do it être pourvue de joints de dilatation et/ou de tassement si nécessaire, en prolongation des joints dans la maçonnerie.

Dans le cas de bâtiments publics, par exemple, les pompiers et les réglementations exigent que la toiture offre une résistance suffisante au feu . /

1.1.3. ESTHETIQUE

En plus des réalités techniques des deux fonctions précédentes, les toitures ont une fonction visuelle et esthétique: elles achèvent et couronnent la construction.
La volumétrie , les matériaux , le type d’ouverture , l’intégration dans l’environn ement, etc. permettent de varier à l’infini l’apparence d’une construction et de lui donner sa propre expression architecturale , tout en devant respecter les prescriptions urbanistiques.

La toiture peut être inclinée (à versant) , horizontale (plate) mais encore courbe (couvertures métalliques), chaque forme ayant ses avantages et inconvénients.
Toit plat jusqu’à 12° = plus d’espace, plus de possibilités de vues latérales mais aussi plus de surfaces à constru ire (maçonneries, fenêtres, isolation .. . ), possibilité d’occuper l’espace de manière très pratique (stationnement de voiture et terrasse) mais aussi esthétique (jardin) .

Toit incliné= conserver une vision traditionne lle de l’habitation en évitant l’aspect cubique, nécessitant un volume construit moins important.
Toit courbe= avantage de la toiture plate (meilleure occupation de l’espace intérieur) en évitant les risques de stagnation d’eau.

1.2. COMPORTEMENT PHYSI UE DE LA TOITURE

1.2.1. CHALEUR ET ISOLATION

Proportionnellement aux surfaces extérieures, une très grande partie de la chaleur peut s’échapper par la toiture. Le but d’isoler la to iture est de limiter les déperditions calorifiques de manière à pouvoir occuper l’espace sous la toiture tout en conservant un bon confort des habitants et une utilisation rationnelle de l’énergie.

Par contre, il ne faut pas plus négliger en été les journées ensoleillées qui provoquent une surchauffe sous les toitures constituées de matériaux légers. Pour obtenir en été un confort thermique satisfaisant dans ces espaces, il vaut mieux :

• mettre en oeuvre une isolation thermique suffisante;
• avoir des matériaux dotés d’une bonne inertie therm ique et qui vont donc être capables  » d’absorber » une quantité de chaleur (maçonneries et planchers lourds);
• équiper les fenêtres de to itures de pare-solei l, volets, etc.
• venti ler suffisamment.

Un isolant thermique est un matériau peu conducteur de la chaleur dont la conductivité (représentée par la lettre grecque « lambda » et son symbo le À) est inférieure à 0,07 W /m .K. L’air sec immobi le est un très bon isolant thermique: « A= 0,025 W/m .K. Une manière de fabriquer un matériau isolant est donc d’emprisonner de l’air.

L’emploi de matériaux très légers et isolants contribue à éviter les pertes de chaleur.

Par contre, l’emp loi de matériaux lourds et compacts (denses) contr ibue à la régulation thermique des locaux (inertie thermique).

Un isolant thermique doit être hydrophobe (qui n’absorbe et ne ret ient pas l’eau) et non capillaire car l’eau est un très bon conducteur de la chaleur. li est donc important que le matériau isolant ne s’humidifie, ni par rentrée d’eau directe, ni par condensation . De plus, l’air chaud est chargé en humidité et cela pourrait avoir des conséquences catastroph iques dans la toiture isolée: il ne faut pas omettre ce phénomène, décrit ci-après, lors de la concept ion de la toiture . La pose d’un isolant do it augmenter la résistance thermique de toutes les parties de la to iture en évitant les interruptions dans l’enveloppe isolante du bâtiment.

Toute interruption dans l’isolation impl ique une faiblesse thermique appelée pont thermique qui se traduit par de la condensation et donc des dégradations.
De plus, permettre des mouvements d’air trop importants, autour ou à travers l’isolant , peut également générer des risques de condensation; il est donc important que la toiture soit étanche à l’air du côté intérieur.

Il existe différents produits spécifiques permettant de réaliser une toiture isolée (panneaux isolants autoportants ou composites, isolants pour toiture plate … ).
Une procédure d’agrément, sur base objective, permet d’évaluer la qualité et les possibilités de mise en oeuvre de ces produits ; cet agrément technique ATG est délivré par l’ UBAtc.

Actuellement, des règlements sont applicables, dans toutes les régions, à toutes habitations neuves pour assurer un niveau d’isolation globa l minimal, K55 en Région Wallonne et à Bruxelles-Capitale. Ce niveau d’ isolation s’obtient:

• en dotant les parois de bonnes propr iétés isolantes de manière à diminuer la transmission thermique au travers des parois; il est représenté par le coefficient k (minuscule);
• en diminuantl a superficied es paroise n contact avecl es locauxn on chauffés ou vers l’extérieur .

Le coefficient de transmiss ion therm ique maximal k pour les toitures est de 0,4W/m 2.K.

Aucune toiture d’habitation sans isolant ne répond aux normes sur l’isolation thermique en Wallonie et à Bruxelles.

La réalisation d’une toiture à l’aide de dalles en béton cellu laire de 30 cm d’épaisseur est possible et permettrait de ne pas utiliser d’ isolant supplémentaire mais relève d’appl ication spécifique ou industr ielle et n’est donc pas prise en considération.

1.2.2. HUMIDITE DE L’AIR ET PARE-VAPEUR

A l’intérieur de nos habitations, nous produisons, plus qu’auparavant, beaucoup d’humidité: en respirant , en nettoyant (sol , linge, vaisselle .. . ), en se lavant, en cuisinant et encore par la présence de plantes ou d’aquarium. De plus, après des travaux qui s’étalent sur une période plus courte qu’auparavant, il reste une quantité d’eau résiduelle non négligeab le dans les matériaux mis en oeuvre qui va s’évaporer peu à peu.

Parallèlement, nos besoins de confort (isolation, chauffage central. .. ) ont évolué et les techn iques et matériaux ont suivi cette évo lution; des phénomènes de condensat ion de vapeur sont toutefois apparus en surface des matériaux et, plus grave, à l’intérieur des matériaux perméab les à la vapeur .

Humidité relative de l’air

L’air est chargé en permanence de vapeur d’eau invisible dans des condiüons normales; un air trop sec est très désagréable et peut provoquer des irritations des voies respiratoires. L’air trop chargé en humidité se condense et forme de fines goutte lettes d ‘eau qui deviennent visibles soit en suspension (nuages, brouillard et pluie) soit en surface des objets.

TOITURE PLATE

2 . 1 . GENERALITES

La toiture-terrasse a d’abord été utilisée dans les pays chauds du Moyen-Orient et du bassin méditerranéen. Dans nos régions, l’uti lisation de toitures plates pour les maisons unifamiliales n’a réellement commencé qu’à la fin du 19• siècle et a trouvé un apogée avec le modern isme des années 1930. Aujourd’hui, avec les réglementations urbanistiques, la toiture plate pour maison unifamiliale se rencontre souvent en milieu urbain et rarement en milieu rural (sous forme d’annexe-terrasse).

Avec les prob lèmes d’énerg ie des années 70 et les problèmes de pollution (effet de serre), la toiture plate, comme l’ensemble de l’habitation s’est vue adjoindre un critère d’isolation. Si, dans un premier temps, l’isolation s’est faite de manière intuitive ou empirique, actuellement , l’analyse des phénomènes physiques et des matériaux adaptés à la toiture plate permettent une enveloppe isolante performante.

2 . 2 . TYPOLOGIE DE COMPOSITION

La toiture plate est, au moins, const ituée:

• d’une structure portante adaptée aux portées et à l’utilisat ion ,
• d’une isolation,
• d’une étanchéité,
• d’un système assurant des pentes suffisantes vers les évacuat ions.

On peut décrire une toiture plate en stipulant chacun des composants comme, par exemple, « toitu re plate avec membrane bitumineuse sur plancher bois » . Pour l’isolant, on doit évidemment décrire le type et l’épaisseur de l’isolant mais aussi et surtout sa position . En effet, avec l’expérience et l’observation de la toiture plate, on a pu remarquer des points sensibles, dans certaines composit ions de toiture, liés di rectemen t à la posit ion de l’isolant.
Pour réaliser une bonne toiture plate bien isolée, l’isolant doit êt re placé au-dessus du support .

2 . 1. TOITURE CHAUDE COURANTE

Dans une toiture chaude, l’isolant est posé sur la structure portante et sous le revêtemen t étanche.

Le plus souvent, un écran pare-vapeur est placé avant l’ isolant sur le support de toiture. Le revêtement d’étanchéité est alors placé sur l’ isolation et si nécessaire, lesté.

Avantage du principe : le support de to itu re est protégé des variations de températures excessives par l’isolation, et les risques de fissuration et de mouvement sont limités.