Panneau isolant structurel

Un panneau isolé structural , ou panneau isolant structurel , ( SIP ), est une forme de panneau “sandwich” utilisé dans l’ industrie de construction .

SIP est un composite structuré en sandwich , constitué d’une couche isolante de noyau rigide pris en sandwich entre deux couches de panneaux structuraux, utilisé comme matériau de construction . La carte peut être en tôle, contreplaqué, du ciment, panneau de l’ oxyde de magnésium (MgO) ou de panneaux à copeaux orientés (OSB) et le noyau soit expansé en mousse de polystyrène (EPS), de polystyrène extrudé mousse (XPS), polyisocyanurate mousse, mousse de polyuréthane ou en nid d’ abeille composite (HSC).

Les SIP partagent les mêmes propriétés structurelles qu’une poutre en I ou une colonne en I. Le noyau d’isolation rigide du SIP agit comme une bande, tandis que le revêtement remplit la fonction des brides. Les SIP combinent plusieurs composants de bâtiments conventionnels, tels que les montants et les solives, l’isolation, le pare-vapeur et le pare-air. Ils peuvent être utilisés pour de nombreuses applications différentes, telles que les murs extérieurs, le toit, le sol et les fondations.

Histoire

Bien que les panneaux de mousse-noyau aient attiré l’attention dans les années 1970, l’idée d’employer des panneaux de peau de contrainte pour la construction a commencé dans les années 1930. La recherche et les essais de la technologie ont été effectués principalement par le Forest Products Laboratory (FPL) à Madison, dans le Wisconsin, dans le cadre d’une tentative du US Forest Service de conserver les ressources forestières. En 1937, une petite maison à peau tendue fut construite et attira suffisamment d’attention pour amener la Première Dame Eleanor Roosevelt à dédier la maison. En témoignage de la durabilité de ces structures de panneaux, il a subi le sévère climat du Wisconsin et a été utilisé par l’ Université du Wisconsin-Madisonen tant que centre de soins de jour jusqu’en 1998, date à laquelle il a été retiré pour faire place à un nouvel édifice de l’école de pharmacie. Avec le succès des panneaux de peau de stress, il a été suggéré que les peaux plus résistantes pourraient absorber toute la charge structurelle et éliminer complètement le châssis.

Ainsi, en 1947, le développement de panneaux isolants structuraux a commencé lorsque des noyaux en carton ondulé ont été testés avec divers matériaux de peau de contreplaqué, de panneaux durs trempés et de carton traité. Le bâtiment a été démantelé en 1978 et la plupart des panneaux ont conservé leur résistance initiale à l’exception du carton qui n’est pas adapté à une exposition extérieure. Des panneaux constitués d’un noyau de polystyrène et de papier recouvert de peaux de contreplaqué ont été utilisés dans un bâtiment en 1967 et les panneaux se sont bien comportés jusqu’à ce jour.

Les systèmes SIP ont été utilisés par Woods Constructors de Santa Paula, Californie dans leurs maisons et appartements de 1965 à 1984. Ce travail a été à la base de John Thomas Woods, de Paul Flather Woods, de John David Woods et de Frederick Thomas Woods lorsqu’ils ont utilisé un concept similaire. pour breveter la forme de base pour les maisons modulaires (brevet américain n ° 4817353) émise le 4 avril 1989. De nombreuses maisons à Santa Paula, Fillmore, Palm Springs et les régions avoisinantes utilisent des panneaux SIP comme principale méthode de construction. La conception a reçu l’approbation de (alors) ICBO et SBCCI, maintenant ICC.

Matériaux

Les SIP sont le plus souvent constitués de panneaux OSB pris en sandwich autour d’un noyau en mousse de polystyrène expansé (EPS), de polystyrène extrudé (XPS) ou de mousse de polyuréthane rigide. D’ autres matériaux peuvent être utilisés en remplacement de panneaux OSB, tels que le contreplaqué, les murs de fondation contreplaqué en sous-sol traité sous pression, l’ acier, [1] aluminium, panneaux de ciment tel que HardieBacker, et même des matériaux exotiques comme l’ acier inoxydable, renforcé de fibres de matière plastique et l’oxyde de magnésium. Certains SIP utilisent des panneaux de fibre-ciment ou de contreplaqué pour les panneaux, et des fibres agricoles, comme la paille de blé, pour le noyau.

Le troisième composant des SIP est la spline ou le connecteur entre les panneaux SIP. Le bois d’œuvre dimensionnel est couramment utilisé, mais crée un pont thermique et abaisse les valeurs d’isolation. Pour maintenir des valeurs d’isolation supérieures à travers la cannelure, les fabricants utilisent du bois isolé, des cannelures composites, des verrous mécaniques, des panneaux OSB superposés ou d’autres méthodes créatives. Selon la méthode choisie, d’autres avantages tels que des surfaces de clouage complètes ou une résistance structurelle accrue peuvent devenir disponibles.

Méthodes de fabrication

Les SIP sont le plus souvent fabriqués dans une usine traditionnelle. L’équipement de traitement est utilisé pour réguler les pressions et la chaleur de manière uniforme et cohérente. Il existe deux principales méthodes de traitement qui correspondent aux matériaux utilisés pour le noyau du panneau SIP. Lors de la fabrication d’un panneau avec un noyau de polystyrène, la pression et la chaleur sont nécessaires pour s’assurer que la colle de liaison a pénétré et est complètement fixée. Bien qu’un certain nombre de variantes existent, en général, le noyau de mousse est d’abord recouvert d’un adhésif et la peau est mise en place. Les trois pièces sont placées dans un grand dispositif de serrage et la pression et la chaleur sont appliquées. Les trois pièces doivent rester dans le dispositif de serrage jusqu’à ce que la colle soit sèche.

Lors de la fabrication d’un panneau avec un noyau de polyuréthane, la pression et la chaleur sont générées par l’expansion de la mousse pendant le processus de moussage. Les peaux sont fixées dans un grand dispositif de serrage qui fonctionne comme un moule. Les peaux doivent être tenues à l’écart l’une de l’autre pour permettre aux matières liquides en polyuréthane de s’écouler dans l’appareil. Une fois dans l’appareil, la mousse commence à s’élever. Le moule / presse est généralement configuré pour supporter la chaleur et les pressions générées par le moussage chimique. Le panneau SIP est laissé dans le moule / presse pour durcir légèrement et lorsqu’il est enlevé continuera à durcir pendant plusieurs jours.

Jusqu’à récemment, ces deux processus nécessitaient un réglage d’usine. Cependant, les progrès récents ont présenté une alternative avec l’équipement de traitement de panneau de SIP qui permet aux panneaux de SIP d’être fabriqués sur le chantier. C’est une bonne nouvelle pour les constructeurs dans les pays en développement où la technologie peut être la mieux adaptée pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et améliorer la durabilité du logement, mais elle n’est pas disponible.

Avantages et inconvénients

L’utilisation de SIP apporte de nombreux avantages et quelques inconvénients par rapport à un bâtiment à ossature conventionnelle.

Le coût des SIP est plus élevé que celui d’un bâtiment à ossature comparable aux États-Unis; Cependant, cela peut ne pas être vrai ailleurs. Une maison bien construite utilisant des SIP aura une enveloppe de bâtiment plus étroite et les murs auront des propriétés isolantes plus élevées, ce qui entraînera moins de courants d’air et une diminution des coûts d’exploitation. De plus, en raison de la nature normalisée et tout-en-un des PAS, le temps de construction peut être inférieur à celui d’une maison à ossature, tout en nécessitant moins de gens de métier. Les panneaux peuvent être utilisés comme plancher, mur et toit, avec l’utilisation des panneaux car les sols sont particulièrement avantageux lorsqu’ils sont utilisés au-dessus d’un espace non isolé. En conséquence, le coût total du cycle de vie d’un bâtiment construit par SIP sera, en général, inférieur à celui d’un bâtiment classique – jusqu’à 40%.

Un système à peau OSB surpasse structurellement la construction à cadre en bâton classique dans certains cas; principalement dans la force de charge axiale. Les SIP conservent une polyvalence similaire pour coller des maisons encadrées lors de l’incorporation de modèles personnalisés. De plus, étant donné que les SIP servent d’ossature, d’isolant et de revêtement extérieur et peuvent être prédécoupés en usine pour le travail en question, l’enveloppe extérieure du bâtiment peut être construite assez rapidement. Les panneaux SIP ont également tendance à être légers et compacts, ce qui facilite cette construction hors site. De plus, les performances environnementales des SIP sont très bonnes en raison de leur isolation thermique exceptionnelle. Ils offrent également une résistance aux problèmes d’humidité et de froid comme le rétrécissement par compression et le pontage à froid qui ne peuvent pas être égalés par le bois et les matériaux de construction plus traditionnels. [2]

Lorsqu’il est testé dans des conditions de laboratoire, le SIP, inclus dans un mur, une fondation, un plancher ou un système de toiture, est installé dans un environnement stable (sans infiltration d’air); Les systèmes intégrant de l’isolant en fibre de verre ne sont pas installés dans des environnements stables car ils nécessitent une ventilation pour éliminer l’humidité.

À l’exception des métaux structuraux, tels que l’acier, tous les matériaux structuraux se faufilent avec le temps. Dans le cas des SIP, le potentiel de fluage des SIP à face OSB avec EPS ou des noyaux de mousse de polyuréthane a été étudié et des recommandations de conception de fluage existent. [3] [4] Les effets à long terme de l’utilisation de revêtements et de matériaux de base non conventionnels nécessitent des essais spécifiques aux matériaux pour quantifier les valeurs de conception de fluage.

Dimensions et caractéristiques

Aux États-Unis, les SIP ont tendance à entrer dans des tailles allant de 4 pieds (1,22 m) à 24 pieds (7,32 m) de largeur. Ailleurs, les dimensions typiques du produit sont de 300, 600 ou 1 200 mm de large et de 2,4, 2,7 et 3 m de long, avec des SIP de toit jusqu’à 6 m de long. Des sections plus petites facilitent le transport et la manutention, mais l’utilisation du plus grand panneau possible créera le meilleur bâtiment isolé. À 15-20 kg / m², les panneaux plus longs peuvent devenir difficiles à manipuler sans l’utilisation d’une grue pour les positionner, et c’est une considération qui doit être prise en compte en raison des coûts et des limites du site. Il convient également de noter que lorsque cela est nécessaire pour des circonstances spéciales, des portées plus longues peuvent souvent être demandées, par exemple pour une longue portée de toit. La hauteur US typique pour les panneaux est de huit ou neuf pieds (2,44 à 2,75 m). Les panneaux ont une largeur de 4 à 12 pouces et un coût approximatif de 4 à 6 $ / pi2 aux États-Unis [5] Au cours du quatrième trimestre de 2010, de nouvelles méthodes de formation du rayon, de la courbe sinusoïdale, des arcs et des SIP tubulaires ont été commercialisées. En raison de la nature personnalisée et de la difficulté technique de former et de traiter des formes spéciales, le prix est généralement trois ou quatre fois plus élevé que celui des panneaux standard par pied. [6] [7]

L’EPS est la plus commune des mousses utilisées et a une valeur R ( résistance thermique ) d’environ 4 K · m 2 / W par 25 mm d’épaisseur, ce qui donnerait la mousse de 3,5 pouces (89 mm) dans un 4,5 pouces. – épaisseur (110 mm) et valeur R de 13,8 (attention: l’extrapolation des valeurs R sur l’épaisseur peut être imprécise en raison des propriétés thermiques non linéaires de la plupart des matériaux). Cette valeur nominale semble être comparable à un matelas de fibre de verre R-13, mais parce que dans une maison à ossature de bâton standard, il y a beaucoup plus de mur contenant du bois à faible valeur R qui agit comme un pont froid, la performance thermique du R-13.8 Le mur SIP sera considérablement meilleur.

Les caractéristiques d’étanchéité à l’air des maisons SIP ont conduit le programme Energy Star de l’Environmental Protection Agency à établir un protocole d’inspection au lieu de l’essai de porte de soufflante généralement requis pour évaluer les fuites d’air de la maison. Cela permet d’accélérer le processus et d’économiser l’argent du constructeur / propriétaire.

Normalisation et conception

Le Code international du bâtiment fait référence à l’APA, spécification de conception de contreplaqué 4 – Conception et fabrication de panneaux sandwich en contreplaqué pour la conception de SIP. [8] Ce document traitait de la mécanique de base des panneaux SIP, mais ne fournissait pas de propriétés de conception pour les panneaux fournis par un fabricant en particulier. En 2007, les dispositions normatives relatives à la conception des PSI à face OSB ont été introduites pour la première fois dans le Code international de l’habitation de 2006. Ces dispositions fournissent des indications sur l’utilisation des SIP en tant que panneaux de murs uniquement.

En dehors de ces normes non exclusives, l’industrie du SIP s’est largement appuyée sur des rapports d’évaluation de code exclusifs. ICC-ES publie de nombreux rapports d’évaluation, le plus souvent destinés à des fabricants majeurs tels que R-Control et PorterSIP . Au début de 2009, SIPA s’est associée à NTA Inc , une agence de certification de produits, pour produire le premier rapport de code à l’échelle de l’industrie accessible à tous les membres du SIPA qui se qualifient. Contrairement aux rapports de code précédents, les dispositions prescriptives fournies dans le rapport de code SIPA sont dérivées d’une méthodologie de conception technique qui permet au concepteur de prendre en compte les conditions de chargement non traitées dans le rapport de code. [4] [9]

Références

  1. Aller^ ^ http://greenhome-supply.com/docs/sips/Engineering%20and%20Architectural%20Design%20Guidelines.pdf
  2. Jump up^ “Panneaux Isolants Structuraux | Modulaire Vert” . Vert Modulaire . Récupéré le 2016-04-19 .
  3. Jump up^ Taylor, SB, Manbeck, HB, Janowiak, JJ, Hiltunum, DR “Déformation de fluage en flexion du panneau isolé structural de modélisation (SIP).” J. Structural Engineering, vol. 123, n ° 12, décembre 1997.
  4. ^ Aller jusqu’à:b NTA IM 14 TIP 01, Guide de conception technique utilisant les données du rapport de listage NTA. NTA, Inc. Nappanee, IN. 19/03/2009, 12 pg.
  5. Aller^ ^ http://www.greenwall.us/services.php
  6. Jump up^ http://www.cowleytimberwork.co.uk/CurvedPanels.html
  7. Aller^ ^ http://www.earthcoresips.com/42-2/sip-radius-panels/
  8. Aller en haut^ APA. Spécification de conception de contreplaqué Supplément 4: Conception et fabrication de panneaux sandwich en contreplaqué. Document U814-H. Mars 1990.
  9. Jump up^ Informations sur lerapport du code SIPA Exigences du rapport sur le code SIPA sur le site web de SIPA
  • Breyer, Stephen (octobre 1972), «Copyright: A Rejo …», UCLA Law Review , 20 : 75-83