Version 1. Demandeur de l étude : VM - BETON SERVICES 51 Boulevard des Marchandises L'HERBERGEMENT. Auteur * Approbateur Vérificateur(s)

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1 Département Enveloppe et Revêtements Division HygroThermique des Ouvrages N affaire : Le 10 avril 2012 Réf. DER/HTO BB/LS CALCUL DES COEFFICIENTS DE TRANSMISSION SURFACIQUE UP ET DES COEFFICIENTS DE DEPERDITIONS LINEIQUES ASSOCIES AU PROCEDE DE COFFRAGE ISOLANT : BIPLAN SYSTEM Version 1 Demandeur de l étude : VM - BETON SERVICES 51 Boulevard des Marchandises L'HERBERGEMENT Auteur * Approbateur Vérificateur(s) B. BUSSON S. FARKH L. SARRAZIN * Tél. : La reproduction de ce rapport d étude n'est autorisée que sous la forme de fac-similé photographique intégral, sauf accord particulier du CSTB. Ce rapport d étude comporte 26 pages dont 8 pages d annexes.

2 Page 2/26 CONTENU I. OBJECTIF DE L ETUDE... 3 II. DESCRIPTION SUCCINCTE... 3 II II.2 Liaisons... 5 II.2.1 Liaison Mur / Plancher bas sur vide-sanitaire... 5 II.2.2 Liaison Mur / Plancher bas sur terre-plein... 5 II.2.3 Liaison Mur / Plancher intermédiaire... 6 II.2.4 Liaison Mur / Refend... 7 II.2.5 Liaison Mur / Charpente... 8 II.2.6 Liaison au niveau d un angle rentrant ou sortant... 9 II.2.7 Liaison Mur / Menuiserie... 9 III. METHODOLOGIE III.1 Principe III.2 Règles de calcul III.3 Hypothèses III.3.1 Géométrie III.3.2 Conductivité thermique des matériaux III.3.3 Conditions aux limites III.4 Formules IV. RESULTATS IV.1 Coefficients de transmission surfacique Up des blocs BIPLAN SYSTEM IV.2 Coefficients de ponts thermiques de liaison avec le procédé BIPLAN SYSTEM... 15

3 Page 3/26 I. OBJECTIF DE L ETUDE L objectif de cette étude est de calculer, pour le compte de la société VM - BETON SERVICES, les coefficients de transmission surfacique U p des blocs de coffrage isolant BIPLAN SYSTEM ainsi que les ponts thermiques de liaison liés au procédé étudié en complément de l affaire n L étude présente les résultats suivants pour chaque variante étudiée : - Coefficient de transmission thermique surfacique U p globale des blocs ainsi que la résistance thermique R p, compte tenu des déperditions surfaciques en partie courante, et des ponts thermiques intégrés du procédé (treillis métallique), - Coefficients ψ de la liaison mur / plancher bas sur vide-sanitaire, - Coefficients ψ de la liaison mur / plancher bas sur terre-plein, - Coefficients ψ de la liaison mur / plancher intermédiaire, - Coefficients ψ de la liaison mur / refend, - Coefficients ψ de la liaison mur / charpente, - Coefficients ψ de la liaison au niveau d un angle rentrant ou sortant, - Coefficients ψ de la liaison mur / menuiserie. Cette étude ne traite que de l aspect thermique du procédé et ne préjuge en rien de son aptitude à l emploi. II. II.1 DESCRIPTION SUCCINCTE Le procédé étudié est un bloc de coffrage isolant constitué de deux panneaux de polystyrène expansé de différentes épaisseurs (7,5 cm ou 15 cm). La liaison entre les deux panneaux est assurée à l aide d un treillis métallique. Les blocs s emboîtent les uns aux autres directement sur chantier. Le béton est coulé à l intérieur afin de former un voile de 15,5 ou de 20 cm d épaisseur.

4 Page 4/26 Figure 1 : Représentation du procédé BIPLAN SYSTEM pour un bloc de 38 cm (bloc entier et treillis métallique seul) Les coefficients de transmission thermique U p et de résistance thermique R p ont été calculés en considérant un revêtement intérieur constitué d une plaque de plâtre de 13 mm et de 13 mm d enduit extérieur. Les épaisseurs étudiées pour le calcul des coefficients U p et R p des blocs sont les suivantes : - Bloc de 30,5 cm : 7,5 cm d isolant côté intérieur+15,5 cm de béton+7,5 cm d isolant côté extérieur, - Bloc de 35 cm : 7,5 cm d isolant côté intérieur+20 cm de béton+7,5 cm d isolant côté extérieur, - Bloc de 38 cm : 7,5 cm d isolant côté intérieur+15,5 cm de béton+15 cm d isolant côté extérieur, - Bloc de 40,5 cm : 7,5 cm d isolant côté intérieur+20 cm de béton+15 cm d isolant côté extérieur.

5 Page 5/26 II.2 Liaisons Les modélisations des liaisons seront effectuées pour les blocs suivants : - Bloc de 30,5 cm, - Bloc de 38 cm. II.2.1 Liaison Mur / Plancher bas sur vide-sanitaire La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et un plancher bas à entrevous isolant sur vide-sanitaire ou local non chauffé. Le plan de l entrevous a été fourni par la société VM - BETON SERVICES. La conductivité thermique de l entrevous isolant est de 0,035 W/mK avec un coefficient de transmission thermique U p du plancher égal à 0,23 W/(m².K). La hauteur totale de l entrevous isolant est de 0,2 m. L entraxe des poutrelles est égal à 0,6 m. Figure 2 : Liaison Bloc BIPLAN SYSTEM / Plancher bas avec entrevous isolant sur vide-sanitaire (appui longitudinal et transversal) II.2.2 Liaison Mur / Plancher bas sur terre-plein La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et un plancher bas sur terre-plein isolé sous chape. L isolation sous chape est réalisée à l aide de 100 mm de polystyrène expansé de conductivité thermique égale à 0,040 W/(m.K). Les épaisseurs de la chape et de la dalle béton sont respectivement de 50 et 120 mm.

6 Page 6/26 Figure 3 : Liaison Bloc BIPLAN SYSTEM / Plancher bas sur terre-plein isolé sous chape II.2.3 Liaison Mur / Plancher intermédiaire La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et un plancher intermédiaire en béton. L épaisseur du plancher intermédiaire est de 200 mm. Figure 4 : Liaison Bloc BIPLAN SYSTEM / Plancher intermédiaire

7 Page 7/26 II.2.4 Liaison Mur / Refend La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et un refend. Deux types de mur de refend ont été étudiés : - Refend non isolé en béton de 200 mm d épaisseur, - Refend isolé avec un bloc BIPLAN SYSTEM d épaisseur 305 mm. Figure 5 : Liaison Bloc BIPLAN SYSTEM / Refend non isolé et isolé Le refend non isolé est en béton d épaisseur 200 mm. Le refend isolé correspond à un bloc BIPLAN SYSTEM de 305 mm d épaisseur. Un revêtement intérieur constitué d une plaque de plâtre de 13 mm a été considéré de chaque côté du refend isolé.

8 Page 8/26 II.2.5 Liaison Mur / Charpente La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et un plancher haut léger (charpente bois). Figure 6 : Liaison Bloc BIPLAN SYSTEM / Plancher haut léger au niveau de la façade Figure 7 : Liaison BIPLAN SYSTEM / Plancher haut léger au niveau du pignon Les dimensions des fermettes sont les suivantes : 36 mm x 72 mm. Leur entraxe est de 0,6 m. Le plancher haut est isolé à l aide de 200 mm de laine de verre de conductivité thermique égale à 0,040 W/(m.K)).

9 Page 9/26 II.2.6 Liaison au niveau d un angle rentrant ou sortant La liaison étudiée correspond à la jonction entre deux murs réalisés à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM. Figure 8 : Angle rentrant (à gauche) et angle sortant (à droite) avec procédé BIPLAN SYSTEM II.2.7 Liaison Mur / Menuiserie La liaison étudiée correspond à la jonction entre un mur réalisé à l aide du procédé BIPLAN SYSTEM et une menuiserie. On a considéré un retour d isolant de 30 mm de hauteur. Trois types de liaisons ont été étudiés : - Liaison Mur/Menuiserie au niveau de l appui, - Liaison Mur/Menuiserie au niveau du linteau, - Liaison Mur/Menuiserie au niveau du tableau. Figure 9 : Jonction entre blocs BIPLAN SYSTEM et une menuiserie

10 Page 10/26 III. III.1 METHODOLOGIE Principe Le calcul est réalisé par modélisation numérique en tridimensionnel et consiste à évaluer les flux de chaleur transmise à travers le procédé de l ambiance intérieure vers l extérieur et déterminer ensuite les coefficients de transmission thermique surfacique U et linéaire ψ. Les hypothèses de calcul sont fixées par les règles de calcul en vigueur. III.2 Règles de calcul Toutes les simulations ont été effectuées conformément aux règles Th-Bât édition III.3 III.3.1 Hypothèses Géométrie Aucune autre hypothèse signifiante n a été adoptée en ce qui concerne la simplification de la géométrie des éléments.

11 Page 11/26 III.3.2 Conductivité thermique des matériaux Matériaux Conductivités thermiques W/(m.K) Sources Acier 50 Béton 2 Enduit extérieur 1,3 Plaque de plâtre à parement carton 0,25 Laine de verre (Combles) 0,040 Polystyrène expansé (isolant sous chape) 0,040 Th-U Fascicule2/5 Isolant (entrevous) 0,035 Société VM - BETON Polystyrène expansé des blocs 0,033 0,031 0,030 SERVICES (1) Cavités d air λ (2) Norme CEN 6946 (1) : Valeur à justifier par un certificat, dans le respect des règles Th-Bât, pour toute utilisation des résultats de cette étude (2) : Conductivité thermique équivalente Tableau 1 : Conductivités thermiques des matériaux III.3.3 Conditions aux limites Conditions aux limites Ambiance intérieure avec flux horizontal Ambiance intérieure avec flux vertical ascendant Ambiance intérieure avec flux vertical descendant Ambiance extérieure avec flux vertical descendant Température d ambiance ( C) Coefficient d échange superficiel (W/(m².K)) 20 7, ,9 0 5,9 Autres ambiances extérieures 0 25 Tableau 2 : Conditions aux limites

12 Page 12/26 III.4 Formules a- Le coefficient de transmission surfacique U p du bloc se calcule d'après la formule suivante : U ϕ1 = W/(m².K) p T L H Où ϕ 1 est le flux traversant le bloc en partie courante, obtenu par calcul numérique 3D, en W. T est la différence de température entre les deux ambiances chaude et froide, exprimée en K, L est la largeur du bloc modélisé, en m, H est la hauteur du bloc modélisé, en m. L impact des ponts thermiques intégrés U dû au treillis métallique se calcule d'après la formule suivante : U = ϕ1 ϕ 2 W/(m².K) T L H Avec U est l impact des ponts thermiques intégrés dû au treillis métallique, en W/K ϕ 1 le flux traversant le modèle avec le treillis métallique, obtenu par calcul numérique 3D, en W, ϕ 2 le flux traversant le modèle sans le treillis métallique, obtenu par calcul numérique 3D, en W. b- La résistance thermique R p du bloc se calcule d après la formule suivante : R p = + en m².k/w Up hi he h i et h e les coefficients d échanges superficiels, respectivement, intérieur et extérieur, en W/(m².K).

13 Page 13/26 c- Le coefficient de transmission linéique Ψ de la liaison entre deux parois se calcule d après la formule suivante : - Si les flux associés aux composants de parois du modèle peuvent être déterminés séparément : ϕ tot Ψ = T N i= 1 U L i i en 2D Ψ est le coefficient de transmission linéique du pont thermique de liaison,exprimé en W/(m.K), ϕ T est le flux total traversant le modèle et obtenu par calcul numérique, exprimé en W/m, T est la différence de température entre les deux ambiances chaude et froide, exprimée en K, U i est le coefficient de transmission surfacique des composants i, exprimé en W/(m².K), L i est la longueur intérieure sur laquelle s applique la valeur U i dans le modèle géométrique 2D, exprimée en m, N est le nombre de composants 1D, - Si les flux associés aux composants de parois du modèle ne peuvent pas être déterminés séparément : Φ T Φ spt ϕt ϕ Ψ 0 = Ψ 0 = T P en 3D ou T spt en 2D où Ψ 0 est le coefficient de transmission linéique du pont thermique de liaison en partie courante exprimé en W/m.K, Φ T est le flux total traversant le modèle et obtenu par calcul numérique exprimé en W (modèle 3D) ou en W/m (modèle 2D), Φ spt est le flux traversant le modèle et obtenu par calcul numérique lorsque l effet du pont thermique est annulé, exprimé en W (modèle 3D) ou en W/m (modèle 2D), T est la différence de température entre les deux ambiances chaude et froide, exprimée en K P est la profondeur du modèle, exprimée en m.

14 Page 14/26 IV. RESULTATS Les résultats ci-dessous ont été obtenus à partir des hypothèses décrites au paragraphe III.3. IV.1 Coefficients de transmission surfacique Up des blocs BIPLAN SYSTEM Le coefficient de pont thermique intégré U lié au treillis métallique ainsi que le coefficient de transmission surfacique U p et la résistance thermique R p du procédé BIPLAN SYSTEM sont présentés dans le tableau ci-dessous : Conductivité thermique de l isolant du bloc en W/(m.K) Epaisseur du bloc BIPLAN SYSTEM en mm U du treillis métallique en W/(m².K) U p en W/(m².K) R p en m².k/w 305 0,05 0,25 3,83 0,033 (1) 350 0,05 0,24 4, ,04 0,17 5, ,04 0,17 5, ,04 0,24 4,00 0,031 (1) 350 0,04 0,23 4, ,04 0,16 6, ,03 0,16 6, ,05 0,23 4,18 0,030 (1) 350 0,04 0,23 4, ,04 0,16 6, ,03 0,16 6,08 (1) Valeur à justifier par un certificat, dans le respect des règles Th-Bât, pour toute utilisation des résultats de cette étude. Tableau 3 : Coefficients de transmission surfacique U p et Résistance thermique R p des blocs BIPLAN SYSTEM

15 Page 15/26 IV.2 Coefficients de ponts thermiques de liaison avec le procédé BIPLAN SYSTEM Liaison / Coupe indicative λ isolant =0,030 W/(m.K) Bloc 300 mm Bloc 380 mm MUR / PLANCHER BAS SUR VIDE SANITAIRE Appui longitudinal (rive) 0,27 0,24 MUR / PLANCHER BAS SUR VIDE SANITAIRE Appui transversal (about) 0,14 0,15 MUR / PLANCHER BAS SUR TERRE PLEIN 0,10 0,13

16 Page 16/26 Liaison / Coupe indicative λ isolant =0,030 W/(m.K) Bloc 300 mm Bloc 380 mm MUR / PLANCHER INTERMEDIAIRE 0,21 0,10 MUR / REFEND ISOLE 0,13 0,08 MUR / REFEND NON ISOLE 0,20 0,10

17 Page 17/26 Liaison / Coupe indicative λ isolant =0,030 W/(m.K) Bloc 300 mm Bloc 380 mm MUR / CHARPENTE Liaison façade 0,03 0,05 Valable pour un entraxe de fermettes de 0,6 m MUR / CHARPENTE Liaison pignon 0,07 0,09 MUR - Angle rentrant 0,06 0,04

18 Page 18/26 Liaison / Coupe indicative λ isolant =0,030 W/(m.K) Bloc 300 mm Bloc 380 mm MUR - Angle sortant 0,05 0,06 MUR / MENUISERIE Liaison tableau 0,04 0,07 MUR / MENUISERIE Liaison appui - linteau 0,04 0,07 Tableau 4 : Coefficients de ponts thermiques de liaison avec procédé BIPLAN SYSTEM

19 Page 19/26 V. ANNEXES

20 Page 20/26 ANNEXE 1 : COUPES DES BLOCS ET LIAISONS ETUDIES Figure 10 : Bloc BIPLAN SYSTEM (305 mm d épaisseur et 606 mm de hauteur) avec le détail du treillis métallique Figure 11 : Bloc BIPLAN SYSTEM (380 mm d épaisseur et 606 mm de hauteur) avec le détail du treillis métallique

21 Page 21/26 Figure 12 : Bloc BIPLAN SYSTEM avec le détail du treillis métallique

22 Page 22/26 ANNEXE 2 : CARTOGRAPHIES DE TEMPERATURE DES PROCEDES ET LIAISONS ETUDIEES Figure 13 : Bloc BIPLAN SYSTEM d épaisseur 250 mm et 300 mm de hauteur Figure 14 : Liaison MUR / PLANCHER BAS SUR VIDE SANITAIRE AVEC ENTREVOUS ISOLANT

23 Page 23/26 Figure 15 : Liaison MUR / PLANCHER BAS SUR TERRE PLEIN Figure 16 : Liaison MUR / PLANCHER INTERMEDIAIRE

24 Page 24/26 Figure 17 : Liaison MUR / REFEND ISOLE Figure 18 : Liaison MUR / REFEND NON ISOLE

25 Page 25/26 Figure 19 : Liaison MUR / CHARPENTE au niveau de la façade Figure 20 : Liaison MUR / CHARPENTE au niveau du pignon

26 Page 26/26 Figure 21 : Liaison au niveau d un angle rentrant ou d un angle sortant Figure 22 : Liaison MUR / MENUISERIE (Appui-Linteau)

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