Conception de couverture selon la norme CSA A123.21-10

Conception de couverture selon la norme CSA A123.21-10 Présentée par : Michel Desgranges,T.P. Directeur Toiture & Étanchéité Coordonnateur Programme de simulation d essai d arrachement au vent exp.com

Avec les changements climatiques actuels, nos couvertures spécifiées d aujourd hui résisteront-elles aux tempêtes et aux ouragans de demain? ## 2

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Plan de la présentation Les Services exp inc. Historique de la norme R & D Équipement Exigences du CNBQ 2005 Différence entre FM et CSA Étape de spécification Limitation ## 4

Qui est exp?

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Qui est exp? Nous fournissons à des clients du monde entier des services en génie du bâtiment, en sols, matériaux et environnement, en ingénierie des infrastructures, en planification et conception, en gestion de programme et en développement durable. Bâtiment Développement durable Énergie Industriel Infrastructure Sol, Matériaux & Environnement Plusieurs clients d envergure : Hydro-Québec Ministère des Transports Travaux publics et Services gouvernementaux Canada Kruger, Bombardier, Quebecor Plus d une centaine de villes et municipalités 7

Exp sols, matériaux et environnement «Les Laboratoires Shermont» fondés en 1958 Chef de file en ingénierie des sols, matériaux et environnement Aujourd'hui, 12 bureaux/laboratoires (± 300 employés) Fusion en 2011 Exp comptent ± 3300 employés en Amérique du Nord Enregistrés BNQ ISO 9001 (2000) ## 8

Qui est exp? Champs d activités en toiture & étanchéité: - Contrôle qualitatif des matériaux & application - Couverture (aide à la conception, expertise) - Surveillance de chantier - Essai d arrachement en chantier (norme ANSI/SPRI IA-1) - Essai d arrachement dynamique (norme CSA A123.21-10) - Expertises techniques Étanchéité à l eau et à l air - Programme de maintien des actifs - Thermographie toiture & enveloppe, mécanique/électrique 9

Michel Desgranges, T.P. Cumule 30 ans d expérience dans l industrie de la construction, dont 20 ans de perfectionnement en enveloppe du bâtiment et près de 15 ans dans l industrie de la couverture. Entrepreneur général Consultant / Inspection Firme Ingénierie Entrepreneur couvreur Membre : Academy of InfraRed Thermography (AIRT) «Roof Consultants Institute» (RCI) SIGDERS ACLE (Comité tech. & Conseil Adm.) & AMCQ (3 Comités) AGPI (membre et exposant) AIQ & CECD (Moisson Montréal) DCC (Devis de construction Canada) CNN / ACEC ASTM International, UL ## 10

Historique de la norme 11

Historique Qu est-ce que CSA: CSA est une organisation canadienne chef de file dans le domaine des services de certification et de mise à l'essai de produits. La marque de certification confirme aux clients et aux utilisateurs éventuels que le produit a été soumis à un processus d'évaluation formel incluant un examen, une mise à l'essai et une inspection de suivi. Elle assure aussi la conformité aux normes en vigueur en matière de sécurité et de rendement. Pour pouvoir élaborer une norme CSA, on doit pouvoir accumuler des tonnes de données scientifiques sur le sujet duquel relèvera la norme. 12

Historique Qu est-ce que CSA: Le groupe SIGDERS a compilé ces données scientifiques par des tests dynamiques depuis 1994. Données soumises à CSA pour la révision qui s effectue par des membres de l industrie où la norme sera entérinée. Dans notre cas, il s agit de la section toiture. Étant donné que CSA est une autorité reconnue et indépendante, les normes établies par cette dernière jouissent d une bonne réputation et sont facilement introduites dans la révision du Code national du Bâtiment du Canada. 13

Historique Ce qui nous amène Données de la 6 e rencontre (web-conférence) task group Revue des études ANSI/FM-4474 et UL-580, vs CSA Inscription de la norme CSA A123.21-10 au code 2015 - Section 5.2.2.2. Determination of Wind Load - Référence à la section 4.1.3 - Guide de l usagé section 6 Présentation au comité pour approbation ± décembre 2012 Révision publique ± sept 2013 14

Historique CSA A123.21-10 Méthode d essai normalisée de la résistance à l arrachement sous l action dynamique du vent des systèmes de couverture à membrane Possibilité d obtenir des assemblages sur pontage de bois: FM a tout récemment causé une commotion dans l industrie Élimination de milliers d assemblages de FM Global, RoofNav en plus de la modification de décembre 2012 Avec la norme CSA, «les pontages de bois redeviennent une possibilité» et crée moins de stress sur les pontages d acier 15

Historique La création: En 1994, rencontre d intervenants de l industrie au CNRC avec un intérêt commun. C est alors que le groupe SIGDERS (Special Interest Group on Dynamic Evaluation of Roofing Systems) a vu le jour. Le but: Concevoir un protocole d évaluation sur la performance des systèmes d étanchéité sous des charges dynamiques. Un protocole devant inclure tous les éléments requis pour un rédacteur de devis afin d éviter les erreurs de calculs possibles et ainsi être axé sur la sécurité du grand public. 16

Historique L objectif principal de SIGDERS était de développer un cycle de charge dynamique capable de: Reproduire le plus possible les véritables effets du vent; Simuler les modes de rupture similaires aux conditions existantes; Compter sur une variation de composantes et matériaux; Pouvoir être reproduit dans un environnement de laboratoire; Avoir un processus capable de résultats en moins d une journée; Être compatible avec les codes du bâtiment locaux ainsi qu aux vents relatifs à chaque région. 17

Historique Les membres de la Phase I: Manufacturiers: Canadian General Tower ltd. / Prospex Roofing Products ltd, Carlisle SynTec Systems, Cemfort inc., Firestone Building Products Co., JPS Elastomerics Corp. - Construction Products Group, Soprema Canada, Vicwest Steel. Propriétaires d immeubles: Poste Canada Corporation, Département de la Défense Nationale, Travaux Public et Gouvernement Services Canada. Associations: Canadian Roofing Contractors Association (CRCA), National Roofing Contractors Association (NRCA). Agences de recherches: Institut de Recherche en Construction Institut de Recherche Aerospaciale 18

Recherche et Développement 19

Recherche et développement SIGDERS Phase I Accomplissement Élaboration d un équipement d essai dynamique pour les systèmes de couverture 1. Étude à l aide d un tunnel de vent majeur; 2. Développement du nouveau protocole d essai dynamique; 3. Investigations sur des systèmes monoplis; 4. Comparaisons du design de pression / forces exercées sur les fixations démontrant les bénéfices des évaluations dynamiques. 20

Recherche et développement SIGDERS Phase II Objectifs 1. Développer un protocole nord-américain d arrachement au vent dynamique reproduisant les conditions naturelles; 2. Concevoir un équipement pour l évaluation de la performance d étanchéité de systèmes de couverture; 3. Initier les standards (v.g., CGSB et ASTM) ainsi que les manuels de design. 21

Recherche et développement SIGDERS Phase III Objectifs: 1.Recueillir les données de différents types de membranes flexibles; 2.Développer un mécanisme pour propager les méthodes d essais de SIGDERS; 3.Produire un guide sur les bonnes pratiques de calcul; 4.Évaluer la résistance des couvertures à température élevée. 22

Recherche et développement SIGDERS Phase IV Objectifs: 1. Définir l influence des paramètres du pontage sur la résistance; 2. Établir une procédure d essai pour quantifier les taux de pertes d air dans les systèmes attachés mécaniquement; 3. Développer la corrélation sur la résistance d arrachement zones de surfaces / périmètres / coins. 23

Recherche et développement SIGDERS Phase V Objectifs: 1. Monitorer les surfaces de couverture et de leur performance; 2. Quantifier l intrusion d air pour les systèmes de couverture attachés mécaniquement; 3. Mettre à jour la norme CSAA123.21-04 (attache mécanique) pour inclure les systèmes appliqués à l adhésif CSA A123.21-10. 24

Recherche et développement SIGDERS Phase V Membres: Manufacturiers: Atlas Roofing Corporation, Canadian General Tower ltd., Carlisle Syntec Incorporated, Duro-Last inc, GAF Materials Cooperation, Firestone Building Products Co., IKO industries Canada, Johns Manville Corporation, OMG, Sarnafil ltd, Soprema Canada, Stevens Roofing Systems, Tremco, inc. Propriétaires d immeubles: Poste Canada Corporation, Travaux Public et Services Canada Associations: Canadian Roofing Contractors Association, Canadian Sheet Steel Building Institute, National Roofing Contractors Association and the RCI inc. 25

Recherche et développement Résistance au vent des couvertures en service Une récente recherche effectuée par SIGDERS - Sur une superficie de 1,8 million de pc avec capteurs - Démontre des lacunes de performance sur les couvertures modernes vs les couvertures traditionnelles - Les codes de 30 ans vs progrès technologique de membrane Résultats - Les membranes souples modernes subissent des charges dynamiques plus élevées que les toitures traditionnelles - L information obtenue sera utilisée pour mettre à jour les exigences des codes et les normes de fabrication - La prochaine phase du SIGDERS portera sur des essais de type «hybride» 26

Recherche et développement 2004 Publication de la norme CSA A123.21-04 Standard Test Method for the Dynamic Wind Uplift Resistance of Mechanically Attached Membrane Roofing Systems 2005 Inscription comme exigence au code national à la section 4.1.7.2 et annexes. 2007 Un laboratoire a acquis la technologie développée par SIGDERS pour promouvoir et commercialiser des essais indépendants. Ce laboratoire est exp 2010 Modification de la norme CSA A123.21-10 pour les systèmes à l adhésif (méthode 2). 2012 FM 4470 ne peut plus être la base des spécifications (référence SPRI: Information bulletin 11/05/12, no 1-12) 2015 Inscription plus qu imminente au CNB. 27

L équipement Appareil de simulations des vents sur des systèmes de couvertures Cet appareillage de simulation des vents et rafales sur les couvertures est unique en Amérique du Nord Cet appareil, installé à Drummondville, permet aux fabricants de tester leurs produits de façon dynamique, c est-à-dire en tenant compte des variations du vent selon la norme CSA A123.21-10 28

L équipement Appareil de simulations des vents sur des systèmes de couvertures Cet appareil est le fruit de plusieurs heures d installation, d essai, d erreur, de mise à niveau et de recherche et de développement constant Notre grand responsable interne c est M. Denis Isabelle, technicien émérite M. Isabelle connait cet équipement comme s il en était le concepteur, sans rien enlever bien sûr au Docteur Bas Baskaran, en fait il s agit de son bébé! Comme certains installateurs de manufacturiers l ont appris, les règles d application de la norme se doivent d être bien respectées 29

Exigences du code de construction du Québec 2005 30

Exigences du code de construction Résistance au feu (articles 3.1.14 et 3.1.15) www.ulc.com Résistance à la charge du vent (article 4.1.7) www.exp.com/fr/rooftesting Protection contre les précipitations (article 5.6.1) ## 31

Exigences du code de construction Résistance au feu (articles 3.1.14 et 3.1.15) En surface, la norme CAN/ULC-S107 Essai de résistance au feu des matériaux de couverture (venant de l extérieur) En dessous, la norme CAN/ULC-S126-M Essai de propagation des flammes sous les platelages de toits (venant de l intérieur) ou l assemblage de la toiture doit avoir une barrière thermique; ou le bâtiment doit être entièrement protégé par gicleurs; ou le toit doit avoir un degré de résistance au feu d'au moins 45 minutes selon la norme CAN/ULC S-101 «Essais de réaction au feu pour les bâtiments et les matériaux de construction». 32

Exigences du code de construction Résistance à la charge du vent (article 4.1.7) Utilisation d un coefficient de risque de la charge dans le calcul dynamique de l'action du vent Calcul complexe, le Centre National de Recherche du Canada (CNRC) offre un calculateur simplifié, disponible gratuitement sur Internet Développement de la norme CSA A123.21 pour tester les systèmes de couverture selon l action dynamique (rafale) du vent Résultats d essais disponibles sur Internet au www.exp.com/fr/rooftestingtp:// 33

Exigences du code de construction Protection contre les précipitations (article 5.6.1) Selon le code de construction du Québec Composante exposée aux précipitations, elle doit être réalisée de façon à empêcher l infiltration à l intérieur du bâtiment La protection préventive pour la santé ou la sécurité des occupants Respecter le bon fonctionnement des installations techniques Conformité avec le Code national de Plomberie Canada selon l article, 2.4.10.4 de la division B. 34

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 35

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 FM = essai statique Durée 5 à 10 minutes Pression positive venant sous le système CSA = essai dynamique Durée Méthode 1= 11 heures Pression négative venant par-dessus le système 36

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 Séquence de charge statique selon Factory Mutual 4470 Dimension de la 12' X 24' table 5' X 9' Séquence 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pression (psf) 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Durée (min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Group 1 Group 2 Loading sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 Total Number of gusts (cycles) 400 700 200 50 400 400 25 25 2200 ± 4.9 hrs Level A Test pressure range (%) 0-25 0-50 0-75 0-100 25-50 25-75 25-100 50-100 Test pressure (psf)¹ 0-15 0-30 0-45 0-60 15-30 15-45 15-60 30-60 ¹Test pressure established at 60psf 37

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 Group 1 Group 2 Loading sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 Total Number of gusts (cycles) 400 700 200 50 400 400 25 25 2200 ± 4.9 hrs Level A Test pressure range (%) 0-25 0-50 0-75 0-100 25-50 25-75 25-100 50-100 Test pressure (psf)¹ 0-15 0-30 0-45 0-60 15-30 15-45 15-60 30-60 Number of gusts (cycles) 0 500 150 50 0 350 25 25 1100 ± 2.5 hrs Level B Test pressure range (%) - 0-63 0-94 0-125 - 31-94 31-125 63-125 Test pressure (psf)¹ - 0-38 0-56 0-75 - 19-56 19-75 38-75 Number of gusts (cycles) 0 250 150 50 0 300 25 25 800 ± 1.8hrs Level C Test pressure range (%) - 0-75 0-113 0-150 - 38-113 38-150 75-150 Test pressure (psf)¹ - 0-45 0-68 0-90 - 23-68 23-90 45-90 Number of gusts (cycles) 0 250 100 50 0 50 25 25 500 ± 1.1hrs Level D Test pressure range (%) - 0-88 0-131 0-175 - 44-131 44-175 88-175 Test pressure (psf)¹ - 0-53 0-79 0-105 - 26-79 26-105 53-105 Number of gusts (cycles) 0 200 100 50 0 0 25 25 400 ± 0.9hr Level E Test pressure range (%) - 0-100 0-150 0-200 - - 50-200 100-200 Test pressure (psf)¹ - 0-60 0-90 0-120 - - 30-120 60-120 ¹Test pressure established at 60psf 38

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 1. Force statique progressive VS force dynamique séquentielle 2. Réaction par pression progressive VS fluctuation de pression 3. Aucune fatigue sur le système VS effet de fatigue 4. Aucune corrélation de vent réel VS imitation réaliste des vents 5. Méthode de calcul empirique pour coins et bords VS réalité 6. Méthode mise en place par assureur VS groupe de l industrie 7. Calcul non considéré au code VS élabore les exigences du code 8. Méthode complexe via Roofnav VS calculateur simple Wind-RCI 9. Facteur de sécurité de 2 VS facteur de 1,5 10.Résultat = Aucune corrélation possible entre les deux principes 39

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 Images : interface; septembre 2006; Bas Baskaran 40

Différence entre CSA A123.21 et FM 4470 Images : interface; septembre 2006; Bas Baskaran 41

Étapes à suivre pour spécifier la résistance d arrachement au vent 42

Résistance au vent - étapes à suivre 1. Complexité du calcul au code section 4.1.7.2 et annexe P = Iw * q * Ce * Cg * Cp P = pression extérieur spécifiée, s exerçant de façon statique et dans une direction normale à la surface, soit positive (pression) ou négative (succion); Iw = coefficient de risque de la charge due au vent décrit au tableau 4.1.7.1.; q = pression dynamique de référence décrite au paragraphe 4); Ce= coefficient d exposition décrit au paragraphe 5); Cg = coefficient de rafale décrit au paragraphe 6); Cp = coefficient de pression extérieure, calculé d après la moyenne des ## valeurs sur la surface considérée. 43

Résistance au vent - étapes à suivre 1. Rendez-vous au site Internet www.exp.com/fr/rooftestingbo- 2. Choisissez le lien du calculateur en ligne du CNRC 3. Choisissez le système de couverture qui rencontre les résistances d arrachement calculées 4. Pour assistance, contactez Michel Desgranges au 819.477.3775 44

Résistance au vent - étapes à suivre 1 ère étape : Localisation du bâtiment Géométrie du bâtiment Exposition du bâtiment Ouvertures du bâtiment Catégorie de risque ## 45

Résistance au vent - étapes à suivre ## 46

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Résistance au vent - étapes à suivre ## 49

Résistance au vent - étapes à suivre ## 50

Résistance au vent - étapes à suivre ## 51

Résistance au vent - étapes à suivre 52

Résistance au vent - étapes à suivre 2 e étape : Sélectionnez «Rapport d essais par manufacturier» Déterminer les systèmes de couverture dont les résultats d essai sont supérieurs au calcul de la charge admissible. www.exp.com/fr/rooftesting ## 53

Résistance au vent - étapes à suivre ## 55

Résistance au vent - étapes à suivre ## 56

Résistance au vent - étapes à suivre 2 e étape Publications par manufacturiers Sommaire du système de toiture : - Membrane de finition : TYPE DE MEMBRANE ou membrane équivalente - Membrane de sous-couche : TYPE DE MEMBRANE ou membrane équivalente (si requis) - Panneau de support : TYPE ou Optionnel - Isolant : TYPE ou produit équivalent - Pare-vapeur : TYPE ou membrane équivalente - Barrière thermique : TYPE ou Optionnelle - Platelage : Platelage métallique 22 gages ou équivalent - Résistance dynamique d arrachement (RDA) selon la norme CSA A123.21-10: Système A : -1,6 kpa (-33,3 psf) Système B : -1,3 kpa (-26,7 psf) - Mode d attachement Espacement Résistance observée aux essais: Des rangées Des fixations Observée à l essai Avec CS de 1,5 - Système A : - Système B : 890 mm (35 po) c.c. 457 mm (18 po) c.c. -2,4 kpa (-50 psf). -1,6 kpa (-33,3 psf) 890 mm (35 po) c.c. 600 mm (24 po) c.c. -1,9 kpa (-40 psf). -1,3 kpa (-26,7 psf) 57

Résistance au vent - étapes à suivre 3 e étape Rédaction du devis Dans la PARTIE 1 GÉNÉRALITÉS du devis, insérer l article suivant dans la section «RÉFÉRENCE» xx.1 CSA A123.21-10 Méthode d'essai normalisée de la résistance dynamique à l'arrachement sous l'action du vent des systèmes de couverture. Dans la PARTIE 2 PRODUITS, insérer l article suivant dans la section «CRITÈRES DE PERFORMANCE» xx.1 Système de couverture: conforme à la norme CSA A123.21 en ce qui concerne la résistance dynamique à l'arrachement sous l'action du vent..1 Résistances minimums :(spécifiez si avec ou sans CS).1 [ ] kpa pour la zone de surface.2 [ ] kpa pour les zones de bord.3 [ ] kpa pour les zones de coin 58

Limitation 59

Essais et calculs d arrachement ne comprend pas : ##

Le calculateur WindRCI n est pas pour les édifices de construction inhabituelle ##

## Faire attention aux diverses projections de la jungle urbaine. Une réparation n est pas un jeu Une rafale est si vite arrivée!

Merci Période de question exp.com