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Guide de l’essai de soulèvement par le vent du Code national du bâtiment du Canada pour les toitures à faible pente : CSA A123.21

Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, la charge du vent sur un toit à faible pente a un impact plus fort que sur les toits en pente. Le vent crée une pression négative sur la toiture à faible pente, exerçant une pression vers le haut qui exerce une pression sur l’ensemble de la structure. Que vous ajoutiez un toit à un nouveau bâtiment ou prévoyez un remplacement partiel ou complet de la toiture de votre bâtiment commercial existant, il est essentiel que votre toit (et le système qui le maintien à votre bâtiment) puisse résister aux fortes charges du vent auxquelles il est confronté. Bref, les produits de toiture dont sont constitués les assemblages, doivent répondre aux exigences de la norme CSA A123.21.

Cette norme est généralement mal comprise. Elle est considérée à tort comme comparable à une norme communément appelée FM 1-90. Cependant, FM 1-90 est un terme erroné, ce n’est pas un test spécifique. La CSA A123.21 est la seule norme acceptable en vertu du Code national du bâtiment du Canada (CNBC) pour répondre aux exigences de charge de vent pour les toitures à faible pente depuis 2015.

Vous serez peut-être surpris d’apprendre que cette norme du Groupe CSA résulte d’une vingtaine d’années de recherche sur l’impact du vent sur les toits en situation réelle, par opposition aux conditions de laboratoire. Contrairement à d’autres normes similaires, cette norme exige des essais dynamiques de soulèvement par le vent. Les essais dynamiques simulent le plus fidèlement possible les conditions de vent réelles sur le terrain auxquelles les systèmes de toiture et les bâtiments sont confrontés.

Si vous n’êtes pas très familier avec cette norme, vous vous demandez peut-être ce qu’elle implique et comment vous pouvez vous assurer que votre système de toiture répond à ses exigences. Nous explorerons dans cet article la valeur de la norme et comment vos concepteurs et couvreurs devraient la mettre en œuvre.

La nécessité de la norme CSA A123.21

Les pressions du vent affectent les toits à faible pente différemment des toits en pente. Les toits à faible pente sont soumis à une pression négative pouvant causer leur soulèvement. Le vent crée cette force en soufflant sur une surface verticale en relief, au lieu de souffler directement sur le toit (si le vent soufflait directement sur le toit, cela causerait une pression positive, mais lorsque le vent rencontre un obstacle, il se crée une pression négative à sa sortie de l’obstacle). Vous pourrez peut-être être témoin de ces forces de pression positives et négatives sous forme de « flottement de membrane » où la membrane de toiture est en mouvement lorsque qu’elle est soumise aux pressions du vent.

Comme les systèmes de toiture plate ont des composants scellés qui sont collés ou fixés mécaniquement aux autres éléments structurels du bâtiment, la force de soulèvement qui provoque ce phénomène sollicite toute la structure.

De plus, la force du vent augmente avec la hauteur. Plus le bâtiment est haut, plus la pression du vent  augmente sur le toit et plus il y a de risques de dommages. Cela est particulièrement vrai pour les toits qui sont plus hauts que les structures environnantes, de sorte qu’ils se trouvent en terrain découvert. Dans ce cas, le vent affectera plus fortement le bâtiment.

En raison des défis liés à la charge de vent sur les systèmes de toiture à faible pente, il était nécessaire de proposer un test pouvant mesurer les charges de vent pour les systèmes de toiture à faible pente, et idéalement, un test qui imitait autant que possible les conditions de vent et les défaillances réelles qui y sont associées. Avant la création de la norme, le laboratoire national d’Oak Ridge a mené une enquête aux États-Unis qui a révélé que pour l’industrie des toitures à faible pente, l’industrie en général, les compagnies d’assurances et d’autres parties prenantes estimaient qu’il était nécessaire d’effectuer un test de vent dynamique.

Élaboration de la norme CSA A123.21

Pour développer ce test, l’Institut de Recherche en Construction (IRC) a créé un organisme chargé d’effectuer les recherches nécessaires. En 1994, ils ont formé le Groupe d’intérêt spécial pour l’évaluation dynamique des systèmes de toiture (SIGDERS), qui comprenait des fabricants, des propriétaires de bâtiments, des compagnies d’assurance et plus encore. Lorsque SIGDERS a commencé, les membres ont cherché à concevoir un test qui répondrait à plusieurs critères, notamment :

  • Imitez étroitement les effets du vent en temps réel
  • Créer des modes de défaillance qui ont été vus sur le terrain
  • S’applique à une grande variété de matériaux et de composants de toiture
  • Permettre aux chercheurs de traiter les résultats en une journée maximum

L’une des principales préoccupations de SIGDERS était que d’autres essais de vent n’utilisaient que la pression statique. Le groupe créerait un test dynamique, simulant les rafales et les fluctuations de la pression du vent qui se produisent sur le terrain. Avec une méthode d’essai plus réaliste, les fabricants et les concepteurs seraient en mesure de créer des systèmes de toiture et des bâtiments qui résisteraient mieux aux effets du vent réel. Les propriétaires de bâtiments et les couvreurs seraient également mieux informés lors de la recommandation et de la sélection de systèmes de toiture capables de résister à des conditions de vent spécifiques.

Cela a pris dix ans, mais en 2004, le Groupe CSA a créé la norme CSA A123.21 basée sur les tests et les recherches effectués par SIGDERS.

Entre 2004 et 2012, les couvreurs, les architectes et les propriétaires de bâtiments canadiens ont peut-être utilisé le test FM 4470 pour évaluer la performance d’un système de toiture sous la charge du vent. En 2012, l’organisation SPRI, Single-Ply Roofing Industry, a publié un bulletin indiquant que le test FM 4470 était statique et qu’il devait être remplacé par le test dynamique CSA A123.21. En effet, le Code national du bâtiment du Canada (CNBC) exigeait un test dynamique à l’époque.

En 2014, le Groupe CSA a ajusté la norme. Il y avait des exigences mises à jour pour calculer les charges de pression négative exercées sur les bâtiments par le vent et comment choisir un système de toiture en fonction de ces informations. Cette version du test pourrait également tester de nouveaux types de toits, y compris ceux avec des platelages en acier, en bois et en béton.

Par la suite, en 2015, le test CSA A123.21 a été intégré au Code national du bâtiment du Canada (CNBC).

Spécificités de la norme CSA A123.21

Le test lui-même est une mesure de la résistance dynamique au soulèvement par le vent pour les systèmes de toiture à membrane. Cela comprend les systèmes de toiture à membrane fixée mécaniquement, collée et partiellement fixée (hybride). Les tests sont effectués sur un modèle d’assemblage de toit de 12 pieds sur 24 pieds et l’assemblage est testé à une pression différentielle maximale de 100 lb/pi2.

Le test est destiné à mesurer les conditions de vent maximales qu’un toit peut supporter avant qu’il ne cède. Les systèmes de toiture soumis à l’essai, doivent demeurer intacts pendant toutes les séquences de pression du vent pour réussir chacun des niveaux. Le logiciel qui prend en charge le test génère des rapports sur la performance au vent que le fabricant du système de toiture doit analyser.

Comment mettre en œuvre la norme

En tant que propriétaire de bâtiment commercial ou couvreur, vos architectes ou concepteurs et fabricants de toitures, effectuent la majeure partie du travail de mise en œuvre de la norme. Sur les nouvelles installations, vos concepteurs doivent mesurer la charge de vent sur votre toit. Comment calculer la charge de vent sur un toit à faible pente? Ils peuvent utiliser le site Wind RCI du CNRC en cliquant sur le lien qui se trouve sur l’onglet situé à droite sur la page d’ouverture du site web d’IKO Commercial.

Une fois qu’ils ont obtenu les résultats des charges de vent spécifiques pour votre bâtiment, les concepteurs doivent choisir des systèmes de toiture pour répondre aux charges prescrites. Les fabricants publient divers assemblages testés selon le protocole de la norme CSA A123.21, qui affichent les performances des assemblages de toiture testés pour leur résistance dynamique au soulèvement par le vent. Dans ses rapports, IKO inclut également un facteur de sécurité de 1,5 sur ses fiches d’assemblages testés, ce qui permet à votre concepteur de voir facilement si l’assemblage de toiture choisi, répond aux exigences de résistance aux charges du vent prévues pour votre bâtiment.

Troisièmement, si le système de toiture que vos concepteurs ont sélectionné n’est pas associé à un test spécifique pour fixer l’assemblage du toit au bâtiment (à l’aide de fixations ou d’adhésifs), vos concepteurs doivent en choisir un et obtenir l’approbation du fabricant.

Comparaison entre la norme CSA A123.21 et d’autres méthodes d’essai

La confusion la plus courante concernant la norme CSA A123.21 est sa comparaison avec la norme FM 1-90. Bien que le FM 1-90 soit largement cité, il s’agit d’un terme erroné et non d’une méthode de test spécifique.

Dans ce contexte, FM signifie Factory Mutual Global. Il s’agit d’un système de normes destiné à évaluer et à atténuer le risque de dangers spécifiques, tels que les incendies et l’effondrement structurel, sur les bâtiments.

FM 1-90 est dérivé de la norme FM 4470, qui comprend un large éventail de systèmes pour tous les ensembles de toiture incombustibles. La résistance à la pression négative du vent n’est qu’un aspect des normes FM 4470. Le « 1 » dans FM 1-90 est dérivé des matériaux de « Classe 1 » (systèmes de toiture incombustibles), et « 90 » est dérivé d’une exigence d’avoir une résistance à la pression négative du vent de 90 lb/pi². Il ne s’agit donc pas du tout d’un test spécifique. De plus, FM Global Standards fait référence à divers minimums pour la résistance à la pression négative du vent, parfois aussi bas que 60 lb/pi².

Vous avez peut-être également entendu parler de la norme FM 4474 « American National Standard for Evaluating the Simulated Wind Uplift Resistance of Roof Assemblies Using Static Positive and/or Negative Differential Pressures ». Ce test est statique et ne répond donc pas à l’exigence du Code national du bâtiment du Canada pour un test dynamique.

En fin de compte, la méthode d’essai normalisée CSA A123.21 est la seule norme qui satisfait aux exigences relatives aux essais de charge de vent des systèmes de toiture à faible pente en vertu du Code national du bâtiment du Canada.

La résistance au soulèvement par le vent est essentielle

Il est important pour les couvreurs commerciaux et les propriétaires de bâtiments de comprendre que FM 1-90 n’est pas seulement un terme erroné, mais ne garantit pas non plus que votre système de toiture et votre bâtiment, répondront aux exigences du code national du bâtiment canadien en matière de résistance au soulèvement par le vent. Comme le vent peut exercer une force si puissante sur une toiture à faible pente, il est essentiel que votre toiture respecte les normes CSA A123.21.

IKO offre d’autres informations sur les autres risques auxquels votre toit est confronté au-delà du vent, et comment vous pouvez mieux le protéger. Cela comprend la protection des bâtiments contre la foudre, l’évaluation et l’élimination des charges de neige sur les toits.

Outil CSA de résistance à l'arrachement dû au vent
Calculateur de résistance à l'arrachement dû au vent