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Comment poser des bacs acier : comment fixer des bacs acier en toiture ?

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Qu’est-ce qu’un bac acier ?

Les bacs acier sont des matériaux extrêmement utilisés pour les toitures et les bardages. Leur description, leur mise en œuvre précise, et leurs conditions d’utilisation sont décrites dans le DTU40.35 (visionner ce document). Le but ici est d’expliquer comment on peut fixer une toiture en bacs acier.
Les bacs acier sont des plaques nervurées en acier revêtu. Il existe également des bacs en aluminium.
Ils sont également appelés « profils nervurés » ou « tôle d’acier nervurée » (TAN)
schema-bac-acier

Sur la figure ci-dessus nous pouvons voir :
-    Les nervures ou ondes : trapèzes composés de deux âmes et d’un sommet de nervure. Nous avons des nervures principales complètes et deux nervures de rives
-    Le pas ou le module : distance entre deux nervures
-    Les plages : parties entre deux nervures. C’est dans les plages que la grande majorité de l’écoulement d’eau se situe lors du temps de pluie.
-    La largeur utile du bac (1m)
-    La hauteur de nervure : hauteur des trapèzes (h)
-    Les raidisseurs longitudinaux de plage

Les bacs acier sont généralement fixés en somment de nervure (somme d’onde), et ce sur tous types de support (bois, acier…).

Il est néanmoins possible de les fixer en plage sous certaines conditions, et uniquement dans le cas de pannes en acier. Il est dans tous les cas plus délicat de fixer les bacs acier en plage, puisque c’est à cet endroit que nous avons la plus grande quantité d’écoulement d’eau lors de temps de pluie. Pour la pose en plage, il faut donc une certaine expérience de ce mode de fixation, et on aura toujours plus de risques d’infiltration (fuites) avec des fixations en plage par rapport aux fixations en sommet d’onde.

type-fixation-bac-acier
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Le mode de fixation en sommet d’onde (en sommet de nervure) est donc le plus sûr pour éviter des éventuelles infiltrations, c’est pour cela que c’est le mode de fixation le plus répandu en France. Nous ne parlerons donc ici que de la fixation en sommet de nervure.

Forme d’une nervure d’un bac acier :

forme-bac-nervure

Sur la figure ci-dessus nous pouvons voir :
-    le sommet de nervure
-    la petite base (a) en sommet de nervure
-    la grande base (b)
-    la hauteur de nervure (h)
-    L’âme

Ces dimensions sont propres à une référence de bac acier. Ainsi, si on connait le type de bac et sa marque, on peut retrouver les dimensions (a), (b) et (h) dans les catalogues de profileurs. Inversement, si on ne connait pas le type d’un bac en présence, on peut retrouver sa désignation avec les cotes (a), (b) et (h) mesurées.

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Comment fixer les bacs acier en sommet d’onde, en toiture ?

Les bacs acier sont posés sur des supports, que nous allons préciser ici :
En haut du toit, nous avons le « faîtage », avec les « pannes faîtières ». Voir en vert sur le schéma
En bas de toit (bas de rampant), nous avons l’égout (sablière). Voir en bleu clair sur le schéma
Sur les côtés du toit (côtés du rampant), nous avons les rives. Voir en orange sur le schéma

schema-pose-bac-acier

Sur le rampant de la toiture, nous avons les « pannes », qui sont disposées perpendiculairement par rapport à la pente du toit. Voir en rouge sur le schéma. Les pannes sont les « appuis » des bacs acier. La distance entre panne est la « portée » des bacs acier.
En couverture, les bacs acier sont positionnés sur les « pannes », dans le sens de la pente de la toiture (les bacs acier sont posés dans le sens de leur longueur suivant la pente du toit). Voir en violet sur le schéma.
Les lignes des nervures des bacs sont dans le sens de la pente. On sait que l’eau va s’écouler sur le toit suivant la pente. Voir flèche blanche sur le bac acier violet du schéma

sens-pose-bac-acier

Il existe donc différents types de panne, supportant les bacs acier :
-    Les pannes en bois (chevrons en sapin par exemple)
-    Les pannes en acier épais (poutrelles, laminés marchands IPE, IPN…)
-    Les pannes en acier d’épaisseur 1,5 mm à 5 mm.
-    Les pannes en béton avec insert acier.
Il est à noter que l’épaisseur minimale des pannes en acier supportant des bacs acier de toiture est égale à 1,5mm.
Pour fixer les bacs acier, nous avons plusieurs possibilités :
-    par vissage : utilisation de vis autoperceuses ou autotaraudeuses
-    par vissage : utilisation de tirefonds à visser
-    par martelage et vissage : utilisation de tirefonds à bourrer,
-    par l’emploi de crochets de toiture.

Ces fixations doivent être conformes au DTU 40 (voir un extrait de document)

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La Gamme de Produits

L’utilisation de crochet (appelé aussi boulon-crochet) est une méthode traditionnelle simple à comprendre. Il faut pré-percer le sommet de nervure des bacs acier. Le crochet doit avoir une forme adaptée à la panne, et dépasser de la tôle (dépassement de D=70mm au-dessus de la panne, permettant ainsi un dépassement au-dessus de la nervure du bac). Le serrage est réalisé à l’aide d’un écrou. Pour une bonne durabilité, les crochets doivent être galvanisés à chaud.

crochet-bac-acier

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L’utilisation de tirefonds (appelés aussi tire-fonds) est également une méthode traditionnelle. Il faut également pré-percer les bacs acier aux sommets de nervure. Les tirefonds, évidemment, ne se posent que dans des supports en bois.
Il y a deux types de tirefonds de toiture, les tirefonds à visser et les tirefonds à bourrer.

Les tirefonds à visser se vissent dans le bois sous l’action d’un outil en rotation (visseuse ou clé ou vilebrequin).
Les tirefonds à bourrer s’enfoncent principalement au marteau (par martelage), et le serrage final se fait à la clé (visser le/les derniers centimètres).

type-tirefond-bac-acier

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L’utilisation des vis autoperceuses est la méthode la plus moderne, et permet de gagner du temps par la pose directe sans avant-trou, notamment pour les professionnels. Pour une bonne durabilité, les vis autoperceuses sont avec une tête en aluminium (VIS TETALU), matériau inoxydable (atmosphère normale). La tête des vis peut aussi être peinte (laquée) pour être de la même couleur que le bac acier (généralement en couleurs suivant le code RAL). Ces vis devront être installées avec des visseuses électriques adéquates, équipées de butée de profondeur.

Le type de vis autoperceuse dépend du support (type et matériaux de la panne de la charpente) :
-    pour les pannes en bois, la vis à utiliser est la vis TETALU P1,
-    pour l’acier épais de 5 mm à 13 mm, la vis TETALU P13,
-    pour les pannes en acier d’épaisseur plus réduite de 1,5 mm à 5 mm, la vis TETALU P5

Fixation sur pannes en bois :

La vis adéquate est la vis TETALU P1 6,3x100

vis-tetalu-P1

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Fixation sur pannes en acier d’épaisseur 1,5 mm à 5 mm :

Ces pannes sont de types profilés à froid (pannes Z, C ou oméga réalisées par profilage ou pliage). La vis adéquate est la vis TETALU P5 6,3x75.

vis-tetalu-p5

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Fixation sur pannes en acier d’épaisseur 5 mm à 13 mm :

Ces pannes sont de types IPN, IPE, HEA… que l’on appelle des laminés à chaud ou poutrelles. La vis adéquate est la vis TETALU P13 5,5x80

vis-tetalu-p13

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Dans certains milieux plus corrosifs (bord de mer, atmosphère polluée, ou environnement chimique…), il conviendra d’utiliser des fixations en inox (acier inoxydables austénitiques A2 ou A4 selon les cas). Ainsi, il conviendra de choisir les crochets, les tirefonds, les vis autoperceuses en inox.

fixation-inox-bac-acier

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A ces fixations, il convient d’associer un cavalier adapté à la forme de la nervure (forme du trapèze) et un joint d’étanchéité de type rondelle néoprène EPDM, placé sous le cavalier.

cavalier-bac-acier

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Les cavaliers peuvent être en acier galvanisé pour les bacs acier galvanisé, ou en acier pré-laqué, pour les bacs acier pré-laqué de couleur. Ils ont dans ce cas la même couleur que les bacs acier.

La forme du cavalier doit être adaptée à la nervure du bac acier pour un bon maintien. Lors du serrage de la fixation, l’emploi d’un cavalier évitera la déformation ou poinçonnement du bac grâce à la répartition de la pression sur toute la surface en contact entre le dessous du cavalier et le dessus de la nervure. Ils sont obligatoires selon le DTU 40.35.
Voir l'extrait de DTU pour les bacs 63/100e et 75/100e.

Les cavaliers sont donc liés au type de bac acier puisqu’ils s’adaptent aux dimensions (a), (b) et (h) des nervures du bac acier. Si on ne connait pas le type de bac, on peut mesurer (a), (b) et (h) et retrouver le cavalier adapté. Si on connait le type de bac acier, on prend un cavalier pour ce bac.

schema-cavalier-vis-bac

Au niveau du faîtage, les bacs acier sont habillés par accessoires façonnés de finition (bandeaux de faîtière, faîtière simple pente, faîtière double pente à bords découpés, demi-faîtière articulée à boudin…). Ces accessoires de finition sont des tôles planes pliées façonnées, qui ne sont plus compatibles avec les cavaliers. Il en est de même avec les bandes de rive. Il convient alors de remplacer les cavaliers par des rondelles à bossage.

rondelle-bossage-bac-acier

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L’étanchéité au niveau de la fixation est réalisée avec des rondelles d’étanchéité néoprène EPDM. Ces rondelles ont un diamètre extérieur de 20 mm, une épaisseur égale à 3 mm. Le diamètre du trou est choisi en fonction de la tige de la fixation, de telle sorte que la rondelle montée soit serrante sur la partie lisse de la vis. Ainsi pour une vis de 6,3 mm, le trou de la rondelle sera égal à 5 mm pour serrer sur la tige de vis.

rondelle-epdm

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Comment calculer le nombre de fixations sur une toiture en bacs acier ?

Voici la répartition minimale des fixations en sommet d’onde selon le DTU 40.35 (voir ce document)

repartition-fixation-bac-acier

Méthode simplifiée et exemple :
Nous avons vu qu’au faitage il y avait des rondelles à bossage à la place des cavaliers (fixation des faitières façonnées à partir de tôles planes). Sur la partie représentée en vert, nous aurons des rondelles à bossage au droit des pannes faîtières. Pour les autres pannes en rouge sur le reste du toit, les fixations seront avec des cavaliers.
methode-simplifiee

Méthode :
1/ voir le nombre de panne sur le versant et sur le bâtiment.
2/ calculer la longueur cumulée en mètre linéaire des pannes.
3/ voir le nombre de nervures du bac.
4/ calculer le nombre de vis
5/ calculer le nombre de rondelles à bossages (faîtage)
6/ calculer le nombre de cavaliers

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Exemple : Bâtiment de 1 732 m² avec toiture bac acier type 3x333x39
Bâtiment de 100 m de long à deux versants identiques. Largeur 17,32 m et angle 30°
Versant de 10 m, pannes tous les 1,5 m

1/ nombre de pannes par versant :
10 m/1,5 m = 6,666 soit 7 pannes.
Donc si deux versants identiques, il y a 14 pannes.

2/ il y a 14 pannes et le bâtiment fait 100 mètres de long.
Il y a donc un total de : 14 pannes x 100 mètres = 1 400 mL
3/ bac acier 3x333x39 : il y a 3 nervures / mL

4/ nombre de vis = longueur cumulée de pannes x nombre nervures / mL
Soit 1 400 mL x 3 = 4 200 vis
5/ nombre de vis au faîtage = 2 pannes x 3 nervures/mL x 100 mL = 600 rondelles à bossage
6 / nombre de cavaliers = 4 200 – 600 = 3 600 cavaliers
Conclusion : il faut 4 200 vis, 3 600 cavaliers, 600 rondelles à bossage et 4 200 rondelles néoprène.

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Le couturage aux recouvrements


Un accessoire indispensable pour une bonne pose de bacs acier est la vis de couture, notamment aux recouvrements longitudinaux.
Ces vis de couture de bacs acier ont la particularité de posséder des pointes-forets réduites permettant d’obtenir une bonne résistance à l’arrachement dans les profils minces (tôles de 63/100e ou 75/100e…)

tetaluP1

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Position des vis de couture sur la nervure d’après le DTU 40.35 :

disposition-couture-bac-acier

La fixation principale (vis + cavalier + rondelle) est considérée comme une vis de couture.
Pour les pentes > 10 %, il faut mettre des vis de couture pour des espacements de pannes supérieurs à 2 mètres, et si l’espace entre panne dépasse 3,5 m, il en faut tous les mètres.
Pour les pentes faibles (<10%) il faut mettre systématiquement des vis de couture.
Il faut mettre une vis de couture au milieu de deux pannes si l’espace entre pannes est inférieur à 2 mètres, et tous les mètres au-delà de 2 mètres.
Exemple : bâtiment pente 10 % / Bac acier 3x333x39 / 1,7 m entre pannes et 5 pannes par versant
Longueur bâtiment : 50 mètres avec 2 versants.
-    Le tableau dit L/2 (il faut couturer entre deux pannes)
-    5 pannes : il y a 4 espacements entre les pannes.
-    Une tôle à poser tous les mètres
-    Nombre de vis de couture par versant : 4 x 50 mètres = 200 vis par versant
-    Il y a deux versants soit 2 x 200 = 400 vis de couture.

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Les Accessoires

Dans certains cas, des compléments d’étanchéité sont installés : joint butyl 12x3 réf 124-048 aux recouvrements transversaux

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et joint butyl en U 18x4 réf 184-048 aux recouvrements longitudinaux,

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tout comme les closoirs mousse (à l’égout ou au faitage)

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Pour réaliser des sorties de toiture (cheminées tubulaires…), des manchons FENOFLASH peuvent être très utiles pour effectuer l’étanchéité autour du tuyau traversant la toiture. Ils sont généralement en EPDM (standard) ou éventuellement en silicone. Ils possèdent une embase déformable en aluminium qui épouse les formes des nervures des bacs acier.

manchon-epdm

manchon-sortie-toiture

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Pour les régions en altitude, des dispositifs pour freiner ou retenir la neige sont généralement installés sur les bacs acier :

Les crochets « garde-neige », installés au niveau des fixations, au-dessus des cavaliers, permettent de freiner la neige sur un toit en tôle nervurée:

crochet-neige-bac-acier

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Les crochets « arrêt de neige », sont installés sur deux nervures successives du bac acier. Leur fonction est de retenir la neige. Ils sont très utilisés dans les régions de montage :

crochet-arret-neige

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Dans les gouttières, ou les chéneaux, afin d’éviter la descente des feuilles dans les descentes d’eau, sont couramment installées des grilles appelées « crapaudines ». Les crapaudines sont des pièces réalisées à partir de fils métalliques qui font office de grille à l’entrée des descentes d’eau pour bloquer les feuilles présentes dans les gouttières :

crapaudine droite

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Il existe aussi des « crochets de sécurité » qui permettent aux personnes, qui montent sur les toits en bacs acier, de s’accrocher et de travailler en sécurité. Cela peut être utile lors des entretiens des toitures réalisées en bacs acier :

crochet-securite

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