Aperçu
Les structures des toitures ont progressé à travers l'évolution de nombreux nouveaux types de matériaux. La diversité des matériaux qui sont utilisés pour les toits impose que l'évaluateur ait une parfaite connaissance des différents types de matériaux de toiture, ainsi qu'une bonne compréhension de la façon dont le vent, la grêle et les autres éléments peuvent affecter ces matériaux.
Les consultants et les ingénieurs en toiture peuvent généralement émettre une évaluation solide, après une profonde inspection du toit, cela donne finalement trois résultats possibles : constat de dommages, pas de dommages ou dommages possibles. Tout aussi important, en cas de dommages, le consultant ou l'ingénieur en toiture doit émettre un avis définitif en choisissant entre réparation ou remplacement.
L'évaluation de l'état de la toiture et de la portée des dégâts est souvent complexe et requiert plus d'une évaluation visuelle sur site. Avec l'avancée des technologies et les études scientifiques, les experts peuvent désormais déterminer plus précisément l'état et la performance des toits en s'appuyant sur des laboratoires spécialisés en toitures, la thermographie infrarouge, les drones et les équipements de test sur site.
Un laboratoire destiné aux toitures permet d'identifier les matériaux et de déterminer par une analyse scientifique si le matériau d'une toiture est endommagé. Des échantillons, idéalement de 12 X 12 po. et prenant en compte tous les matériaux au-dessus du platelage du toit, peuvent être prélevés et envoyés dans un laboratoire. Quand les échantillons sont découpés, la structure du toit et sa méthode de fixation peuvent être identifiées. L'échantillonnage peut aussi révéler plus d'une couche de toiture. Certaines couvertures de toit basiques, comme les toitures multicouches, peuvent requérir un effort supplémentaire pour identifier le type et le nombre de renforcements. Une fois au laboratoire, les techniciens et les ingénieurs sont également en mesure d’identifier la couverture principale du toit et d’autres composants, notamment les plaques de base, les panneaux de protection, l’isolation primaire, les pare-vapeur et les barrières thermiques.
Autre forme d'analyse d'échantillon hors site : le test de colonne d'eau, réalisée conformément à la norme ASTM D7281 - Méthode de test standard pour déterminer la résistance à la migration d'eau à travers les membranes d'une toiture. Pour ce test, l'échantillon de la membrane de la toiture doit être placé dans six pouces d'eau pendant une période de sept jours en continu. Au terme de ce test, la base de la membrane subit 25 cycles avec 1 psig d'air, permettant aux déchirures les plus infimes de révéler une fuite.
Indépendamment de la couverture du toit, les échantillons sont examinés à l'œil nu et sous un grossissement suffisant pour permettre de détecter les perforations, les déchirures ou les chocs typiques des impacts des grêlons. Les toitures bitumineuses, notamment les toitures multicouches (BUR) et de bitume modifié (mod-bit), ainsi que les bardeaux de composition peuvent être désaturés dans un dégraissant à vapeur et leurs renforts extraits et examinés, afin de rechercher fractures ou zones de contraintes caractéristiques de la grêle. Par exemple, les fractures (autres que celles de type coup d'enclume) apparaît dans le renforcement le plus bas. Les fractures sont les plus longues dans le renforcement le plus base et raccourcissent progressivement dans les renforcements placés au-dessus. Les membranes monocouches en plastique peuvent être examinées lorsqu'elles sont rétro-éclairées par une lumière de forte intensité. La lumière permet d'inspecter le renforcement à la recherche de fractures ou de contraintes dans la matrice plastique sans dissoudre le plastique.
Des désaccords apparaissent souvent concernant les causes des marques sur la toiture, en particulier lorsque les marques sont supposées être attribuées à la grêle. Pour identifier les impacts de la grêle en laboratoire, les impacts comparatifs sont réalisés avec des échantillons et une simulation de grêle conforme à la norme ANSI FM 4473 - Norme de test pour la résistance aux impacts des matériaux de toiture rigides utilisant des glaçons. Dans ce contexte, les membranes sont soutenues dans des conditions réelles et impactées par des glaçons de différentes tailles projetées à des vitesse de chute libre équivalentes à celles des grêlons naturels. Des comparaisons qualitatives sont ensuite réalisées entre les marques existantes consécutives à de véritables grêlons et les marques de la simulation. La disposition des marques est aussi étudiée. Des impacts peuvent aussi être réalisés pour développer des seuils pour les dommages causés par la grêle aux toitures.
Fréquemment, les laboratoires et les ingénieurs doivent déterminer la date probable des impacts. Les échantillons des toitures peuvent être étudiés en laboratoire pour déterminer leur degré de vieillissement, et avec des informations supplémentaires, déterminer l'âge relatif des caractéristiques préoccupantes. Les informations de terrain peuvent inclure la taille des éclaboussures (zones de saleté et d’oxyde enlevées des surfaces par l'impact de la grêle), la taille des bosselures dans les accessoires de toiture en métal et la largeur des bosselures dans les ailettes en aluminium des unités de CVC (la meilleure taille de grêle sur un site). Les autres informations incluent les enregistrements météorologiques du Service météorologique national (enregistrements finaux des Centres nationaux d’information sur l’environnement et des enregistrements préliminaires du Centre de prévision des tempêtes) et les prévisions d’analyses radar. Les informations recueillies sur les matériaux et accessoires de toiture, ainsi que les informations météorologiques et les analyses radar, peuvent servir de base pour identifier la date la plus probable de la tempête concernée.
Observez les éléments suivants lors du prélèvement des échantillons d'une toiture :
La thermographie infrarouge peut être une méthode efficace pour évaluer la structure d'une toiture lorsque des questions se posent concernant la présence et le niveau d'humidité. Sur de nombreuses toitures à usage commercial, trouver la source effective d'intrusion de l'eau n'est pas simple, car les traces d'eau ne mènent pas toujours à la source de la fuite.
La thermographie infrarouge est le procédé d'acquisition et d'analyse de la radiation thermale captée par un appareil d'imagerie thermique non destructive, souvent appelé caméra infrarouge ou caméra IR. Ces dispositifs détectent les variations d'énergie de chaleur émise par les objets et synthétisent ces informations sous la forme d'une image thermique. Une fois captée, les images thermiques des toits sont analysées pour identifier le tracé thermique. En complétant une inspection de toiture par une thermographie infrarouge, on peut obtenir des informations supplémentaires qui ne seraient pas visibles à l'œil nu et imposeraient la réalisation de tests destructifs.
Les inspections IR des toitures doivent être menées lorsque la surface du toit est sèche et lorsque l'intérieur de la structure a au moins à 10 °C (18 °F) d'écart avec la température extérieure. Cette différence de température permet aux zones potentiellement humides d'être identifiées par la caméra IR, car la présence d'humidité d'une zone du toit sera plus froide ou plus chaude que les zones avoisinantes.
Une erreur commune et conséquente à propos de l'utilisation des caméras IR pour les inspections de toiture consiste à penser que la caméra IR peut détecter l'humidité. Il est important de noter que les images thermiques dépeignent les schémas de rayonnement thermique dans les matériaux et peuvent être présentes à la surface à partir de substrats affectés. Les images thermiques ne montrent pas l'humidité et ne font pas la distinction entre humide et sec. Aussi, alors que les irrégularités ou les anomalies détectées sur les toits en tant que schémas thermiques peuvent indiquer des emplacements potentiels d’humidité, les écarts de température et les variations des configurations thermiques se produisent souvent en raison de divers autres facteurs. Pour cette raison, l’analyse des images thermiques des toits doit être effectuée par un thermographe infrarouge parfaitement formé, expérimenté et certifié, utilisant des instruments de terrain supplémentaires et/ou des tests permettant de déterminer si les anomalies de température sont des conditions humides, froides ou connexes à des conditions autres que l'humidité.
Une inspection infrarouge de toiture peut être effectuée à l'aide d'une caméra IR portable ou d'un drone équipé d'une technologie infrarouge. Une caméra IR portable est un bon outil pour détecter des schémas théoriques lors de l'inspection d'une toiture. L'un des avantages d'une caméra IR portable est sa capacité à produire simultanément une image IR et une image numérique. Même sur des toitures plates ou à faible pente, il est utile d'avoir un observateur sur le toit avec l'opérateur de la caméra IR, car ce dernier peut être facilement distrait et ne peut pas connaître les dangers inhérents à l'inspection du toit. Il est également important d'identifier sur un diagramme la localisation de la (ou des) zone(s) des images IR pour documenter ultérieurement où les images IR ont été prises.
Dans le cadre de l'utilisation d'une caméra IR, il faut encore rappeler qu'il ne s'agit pas d'un outil à utiliser de manière autonome, car il identifie uniquement la différence du rayonnement thermique, et non la présence véritable d'humidité. Les capacimètres (ou plus communément appelés humidimètres) sont utilisés comme outil secondaire pour localiser l'humidité sur un toit, mais les échantillons de base sont absolument indispensables pour confirmer que les zones thermiques observées par la caméra infrarouge sont bien de l'humidité.
La norme test ASTM C1153-10(2015) - Pratique standard pour localiser une isolation humide dans les systèmes de toiture avec une imagerie infrarouge , propose des directives et des meilleures pratiques lors de l'observation infrarouge d'une toiture. Comme pour toutes les technologies d'inspection des toits, l'utilisateur doit posséder une solide connaissance des matériaux observés et une compréhension de la manière dont les risques et l'usure peuvent les affecter.
L'utilisation de drones aux États-Unis progresse rapidement d'année en année et avec l'avancée des technologies et de la concurrence, les drones deviennent plus abordables (et seront probablement bientôt soumis à de plus amples réglementations). Dans un environnement commercial, l'utilisation d'un drone peut être idéal pour collecter des données ou résoudre des problèmes en termes d'évaluation des toitures. La technologie des drones a progressé au point où leur prise en main et la saisie de photos/vidéos peuvent se faire avec une formation basique sur l'équipement. Néanmoins, dans le cadre d'une utilisation commerciale, une certification de la FAA et une licence de pilote sont requises pour opérer un drone dans des conditions légales.
Une question revient souvent : pourquoi utiliser un drone plutôt qu'un être humain ? La réponse est liée au niveau de détail requis et à la perspective. Une personne évaluant une toiture en cas de dégâts provoqués par la grêle ou le vent sera la meilleure solution, mais il arrive qu'une personne ne puisse pas examiner la toiture, notamment en raison de questions de sécurité. Les drones peuvent être un outil extrêmement utile pour recueillir des données, notamment lorsqu'il est dangereux de marcher sur la toiture ou si elle n'est pas facilement accessible en raison de son inclinaison, sa localisation ou ses matériaux fragiles (argile, amiante, etc.). Imaginons un bâtiment de sept étages avec un toit disposant d'une inclinaison de 12:12 recouvert de tuiles d'argile. C'est l'exemple même d'une toiture qui pourrait être examinée à l'aide d'un drone.
Les drones peuvent être utilisés pour examiner des couvertures à proximité et les photos/vidéos sont en haute résolution (en général, résolution de 1080p ou 4) ce qui permet d'avoir des clichés offrant un niveau de détail aussi précis que si vous étiez sur la toiture. Le vieil adage qui dit « un dessin vaut mieux qu'un long discours » prend ici tout son sens si l'on considère l'avantage que représente un drone volant à 100 pieds au-dessus d'un bâtiment dont le toit a été emporté par un ouragan. Cette simple image permet d'en savoir plus sur les raisons qui ont provoqué l'arrachement du toit, mais cela donne aussi des détails sur la complexité des réparations si l'accès au bâtiment est limité. De plus, un drone peut aussi venir documenter les accessoires de la toiture tels que le nombre d'unités CVC ou de bordures et les caractéristiques du toit, telles que les enchâssements de cheminée ou les transitions de pente.
Le nombre d'entreprises qui utilise un logiciel et l'imagerie aérienne de drones pour calculer la surface d'une toiture est aussi en augmentation. Cette concurrence permet d'obtenir une plus grande précision dans les résultats de ces calculs et dans leur capacité à être intégrés dans le logiciel d'estimation. Avant les drones, on utilisait les photos satellites et les vies aériennes prises depuis des avions pour mesurer les toitures. Avec l'avancée des photographies satellites, des images aériennes et désormais des drones et de l'intelligence artificielle, nous en avons fini avec l'époque où il fallait grimper sur le toit pour déterminer combien de pieds carrés de membrane étaient nécessaires ou combien de carrés de bardeaux étaient nécessaires pour remplacer la toiture.
Une photo ou une vidéo d'une toiture, quels que soient les dommages, peut s'avérer utile dans l'avenir. Comparable à une photographie aérienne prise par des entreprises telles que Pictometry ou à une photo satellite de Google Earth, une photo de drone aura généralement une bien meilleure résolution et sera beaucoup plus proche de la surface du toit pour distinguer les couleurs et les types de toits (parfois impossible avec des photos aériennes ou satellites).
En termes de meilleures pratiques et pour opérer correctement un drone, les points suivants doivent être respectés :
Les équipements de test sur site sont utilisés pour recueillir des données de performance sur site, au niveau de la toiture. Ces données sont souvent essentielles pour déterminer les opportunité de réparation ou les éventuels problèmes de conception/performance. Les équipements de test sur site sont généralement utilisés pour évaluer les nouvelles toitures après installation afin de s'assurer qu'elles répondent aux exigences de performance ; néanmoins, ce même équipement peut aussi être utilisé pour évaluer les toitures existantes pour obtenir le même type de données de performance.
Arrachement des fixations
De nombreux types de clous, vis et fixations mécaniques spécifiques sont utilisés pour les toitures. Les capacités des fixations peuvent être déterminées par des testeurs de force d'arrachement du type Com-Ten Series 36. Le testeur comprend un vérin à vis et un capteur de force. La roue du testeur est actionnée et la fixation extraite du matériau de base. Le Com-Ten 36 a une capacité de 2 000 livres.
Le testeur peut être utilisé pour s'assurer que la capacité de traction des fixations des nouvelles constructions, y compris la toiture, est conforme aux spécifications. Dans les situations dans lesquelles les fixations ne passent pas le test, le testeur de traction peut aussi servir à déterminer la capacité de traction. Ceci peut servir de base pour savoir si l'échec est consécutif à la conception de la fixation, à un défaut matériel, à l'installation des fixations ou la maintenance.
Une application courante pour les tests d'arrachement de fixations consiste à évaluer les poutres métalliques existants présentant une forme de corrosion et à s'inquiéter de la capacité du pont à résister aux charges de traction exercées par les fixations, notamment au regard des règles de résistance à l'arrachement, conformément aux codes du bâtiment en vigueur. Une poutre métallique capable d'offrir une capacité de résistance de fixations il y a 30 ans n'aura peut-être pas la même capacité selon les nouveaux critères de résistance à l'arrachement par le vent.
Test d'arrachement à vide
La chambre d'arrachement à vide est un outil utilisé pour mesurer la capacité d'arrachement de toitures parfaitement positionnées. L'objectif de cet outil est d’essayer de soulever la membrane de toiture en exerçant une pression négative pour simuler la charge du vent, conformément aux Fiches de données de prévention des pertes de propriétés FM 1-52 ou ASTM E 907 - Méthode d’essai standard pour les tests sur le terrain de résistance à l'arrachement des systèmes de toiture à membrane adhérente (la norme ASTM E907 est actuellement en cours de réaménagement). Les pressions de soulèvement sont calculées conformément aux règles de l'ASCE 7, Charges de conception requises pour les bâtiments et autres structures et critères associés , incluses au code IBC (International Building Code). Les pressions de soulèvement sont plus importantes dans les angles de la toiture, puis les bordures et les champs de la toiture.
Le vide est appliqué sur la toiture via un dôme de 5 X 5 pieds. La pression sous vide est appliquée et augmente progressivement jusqu'à atteindre la pression cible, que le système de toiture cède ou que la membrane s'étire au-delà des valeurs spécifiées. En cas d'échec, la toiture est découpée et observée pour déterminer la raison de cet échec.
Au-delà de la justification de la capacité d'une nouvelle toiture, le test d'arrachement à vide joue un rôle important dans le domaine judiciaire. Prenons l'exemple d'un arrachement partiel d'une membrane fixée sur un toit. Le test d'arrachement sous vide peut être appliqué aux zones apparaissant intactes pour mesurer leur capacité afin qu'une réparation efficace puisse être mise en place.
Autre exemple, celui d'une toiture à membrane fixée à un panneau de couverture ou une isolation touché(e) par la grêle. La membrane sera peut-être désolidarisée du panneau ou de l'isolation dans des zones où l'adhérence a été rompue par l'impact des grêlons. Dans certaines situations et lorsque les conditions sont optimales, le test d'arrachement sous vide peut être utilisé pour déterminer si la membrane de la toiture conserve ses capacités en testant les angles, les bordures et les champs. Le test peut fournir une base pour déterminer si la capacité d'arrachement de la toiture est adéquate, partiellement adéquate ou inadéquate.
Test de la plaque collée
Le test de la plaque collée repose sur les mêmes normes que le test d'arrachement sous vide et les mêmes normes et codes pour calculer les pressions d'arrachement d'une toiture. La force de soulèvement est appliquée mécaniquement sur un panneau en contreplaqué de 2 X 2 pieds collé avec un adhésif à la toiture. Une bande d'une largeur de 2 à 3 pouces est découpée au niveau de la toiture autour des bordures du panneau en contreplaqué pour isoler la zone de toiture testée. Le panneau en contreplaqué est tiré mécaniquement avec un mécanisme au-dessus d'un trépied équipé d'un capteur de force. De la même façon, la force augmente par incréments puis maintenue pendant une période déterminée. Ce régime est répété jusqu'à atteindre la pression ciblée ou jusqu'à ce que la toiture cède. En cas d'échec, la toiture est découpée et examinée pour trouver la cause de cet échec.
Qu'il s'agisse d'un toit commercial immense couvrant une superficie de plusieurs acres ou d'une maison individuelle avec deux pentes de toit, la combinaison d'une expertise et d'une technologie de pointe facilite davantage l'analyse scientifique des problèmes de toiture.
La première étape dans l'évaluation d'une toiture implique une parfaite identification de la structure du toit. Ensuite, l'évaluateur doit pouvoir déterminer si la toiture a subi des dommages durables et l'ampleur des réparations. Dans des situations complexes, une utilisation adéquate de la technologie peut conforter la performance des toitures en termes quantitatifs, en allant au-delà de l'observation visuelle, tout en aidant à évaluer l'ampleur des réparations.
Nous remercions Scott Morrison, PE, Chad Zielinski, PE et Dan Parker pour les informations et l'expertise qu'ils ont apportées à cette étude.
Dan Parker est vice-président du cabinet de conseil en construction de J.S. Held . C'est un expert en dommages de toiture qui est spécialisé dans l'évaluation des dommages et l'analyse judiciaire de toutes sortes de toiture. Parmi les domaines d'expertise de Dan, on retrouve l'analyse judiciaire d'un large éventail de projets industriels, collectifs, commerciaux, de transports, éducatifs, gouvernementaux et résidentiels à travers tout le pays. En plus de son expertise en toiture, Dan bénéficie d'une vaste expérience en évaluation de dommages, impliquant différents sinistres tels que les incendies, les dégâts des eaux, les vols, le vandalisme, les inondations et les tremblements de terre. Ses connaissances relatives à l'évaluation des dommages sont issues de son expérience sur le terrain en travaillant auprès de certaines des sociétés les plus respectées au monde, comme DSI, Allstate, CNA et Haag Engineering, pour n'en citer que quelques-unes.
Dan peut être contacté à l'adresse [e-mail protégé] ou au +1 470 287 3929.
La thermographie infrarouge est le processus permettant d'acquérir et d'analyser des informations d'image thermique capturées par un dispositif d'imagerie thermique non destructif, souvent appelé caméra infrarouge ou caméra IR. Ces appareils détectent l'énergie thermique...