(La suite de cet article est accessible ici.)
Dans des articles précédents (voir ici), il a été question de la mise en place d’un revêtement métallique en acier pré-peint sur un toit à forte pente (pente 16:12, soit 53 degrés). Le bas de chacun des panneaux de ce toit à forte pente a été muni d’une rangée d’arrêts-neige. Il s’agit maintenant d’évaluer le rendement de ces arrêts-neige et d’examiner les possibilités de renforcer leur action. Le présent article présente la recherche entourant un toit spécifique, mais celle-ci peut facilement être adaptée au cas d’autres toits métalliques, à plus faible pente, par exemple.
Le rendement des arrêts-neige déjà en place
Les arrêts-neige déjà en place sont vissés au toit et mesurent 3 1/4" de hauteur par 5 1/2" de largeur; la base mesure 2 1/4" par 5". Il s’agit du produit MC 2 de l’entreprise américaine Sieger Snow Guards (dont les produits sont distribués à Montréal par le Centre de toiture B et S, 5363, rue Notre-Dame ouest, tél.: 514-932-0302):
Voici une photo d’un des versants du toit, avec les arrêts-neige en place:
Comme on le voit ici, la neige est à peu près maintenue en place. Elle est retenue dans la mesure où elle n’est pas trop abondante et dans la mesure où il fait froid. En fait, une mince couche de glace se forme entre le toit et la neige, et elle aide à fixer la neige (et donc à éviter les avalanches).
Cependant, si la neige est abondante (autour de 25 centimètres) et que le temps est doux (autour de 0 à 2 degrés Celsius), il se forme plutôt une couche d’eau à la surface du toit et l’avalanche se met en marche, soit le jour même (pour le versant exposé au soleil), soit quelques jours plus tard (pour le versant exposé au nord). Voici par exemple l’aspect du versant nord après une chute de neige de 25 centimètres en janvier 2021, quelques jours avant son déferlement fracassant:
Élément positif: les arrêts-neige Seiger ont résisté à l’avalanche: aucun n’a été arraché, ni même affaibli par le mouvement brusque de la neige. Puisqu’il faut augmenter le nombre des arrêts-neige pour éviter d’ensevelir un jour quelqu’un, ce produit spécifique mériterait certainement d’être conservé, ou tout au moins un produit apparenté.
Mais il faut d’abord examiner quelques questions préalables. Première question: s’il faut installer de nouveaux arrêts-neige, faut-il les concentrer au bas du toit ou les répartir uniformément sur tout le toit? Deuxième question: faut-il rester fidèle au type d’arrêts-neige déjà installés, soit de gros arrêt-neige individuels en forme de fleur de lys fixés au toit à l’aide de vis? Sinon, faut-il choisir des arrêts-neige individuels qui se collent au toit? Ou faut-il plutôt privilégier des arrêts-neige en forme de barrière, dans l’espoir que la neige soit retenue par ces barrières comme l’est la terre lorsqu’on veut faire la culture en terrasses à flanc de montagne? Enfin, faut-il plutôt prendre des arrêts-neige qui se fixent aux joints qui relient les panneaux? Et dans toutes les hypothèses, il faut décider combien d’arrêts-neige, ou plutôt combien de rangées d’arrêts-neige il convient d’installer (voir Note 1).
Mais avant d’aller plus loin, disons un mot des différents modes d’installation de panneaux métalliques sur un toit, comme on les trouve illustrés ici:
Il semble que les joints pincés simples conviennent pour les toits à forte pente, mais que les joints doubles sont plus imperméables pour les toits à faible pente. À tout événement, notre toit est à joints pincés simples et c’est sur cette base qu’il faudra fonctionner pour choisir d’éventuels arrêts-neige à fixer sur les joints.
Où convient-il de mettre les arrêts-neige?
Faut-il concentrer les arrêts-neige au bas du toit ou les répartir uniformément sur sa totalité? Là-dessus, les avis diffèrent, comme on le voit notamment ici:
It is generally accepted all rows of snow guards should be placed on the lower half of the roof surface.
et ici:
In parts of the world that receive winter precipitation, snow and ice on glossy coated metal roofing can create an extremely dangerous avalanche condition. A properly installed snow guard system can mitigate this condition. Our approach to proper placement involves an overall spacing throughout the entire roof area to keep snow and ice from shifting initially. Once frozen precipitation loses its grip on a metal roof and begins a down-hill slide, everything in its path will be destroyed. A row of guards placed along the eave or gutter edge of the roof is not always enough protection against this dangerous condition. An evenly distributed snow [guards] will preserve the long-term integrity of the actual structure, metal roof and snow retention system:
On pourrait penser qu’il est plus prudent de répartir les arrêts-neige sur la totalité du toit, pour éviter que sa partie supérieure concentre une force telle que les arrêts-neige du bas ne puissent y résister. C’est la voie que nous retiendrons ici.
Des arrêts-neige fixés au toit à l’aide de vis?
Les arrêts-neige déjà en place sont fixés au toit à l’aide de vis. Convient-il de faire la même chose pour la totalité du toit? On pourrait soupçonner que des arrêts-neige fixés à travers le toit, et sur toute la surface du toit, vont nuire au mouvement de contraction et d’expansion du métal sous l’effet du chaud et du froid. Car si les arrêts-neige vissés à travers le toit sont plus solides, ils peuvent aussi nuire aux libres mouvements du métal et même provoquer des fuites, comme on l’affirme ici:
One of the challenges with installing snow guards on metal roofs is that most metal roof systems allow the metal panes to float freely above the underlying roof deck off raining. This is done so that the metal panes can expand and contract at a different rate than the underlying structure beneath them. So if you attach a snow guard onto a metal roof by driving fasteners through the metal panels, they will lose their ability to “float” and will allow for leaks to develop.
Peut-être serait-il possible, moyennant certaines précautions, de poursuivre la mise en place d’arrêts-neige vissés au toit, par exemple en évitant d’en mettre plus qu’un par panneau.
Des arrêts-neige collés au toit?
Mais s’il fallait écarter la possibilité de visser les arrêts-neige, cela veut-il dire qu’il faudrait choisir des arrêts-neige qui se collent à la surface du toit? Hélas, ce n’est pas si simple, car la durée de vie de ce type d’arrêts-neige est courte et ils risquent d’abîmer la toiture, comme on le dit ici:
When installed, stick-on snow guards typically have the lowest holding strength (which continues to diminish with age). When they fail, they can rip away paint and protective roof coatings, causing corrosion. They also have the lowest lifespan due to the glue and/or plastic part being unable to handle the harsh elements and total exposure that is required on any roof (e.g. U.V., moisture and temperature change, etc.).
Autant que possible, il faudrait donc éviter les arrêts-neige qui se collent à la toiture.
Des barrières à neige?
On pourrait opter pour des barrières à neige et imiter, sur notre toit, la culture en terrasse en usage dans les régions montagneuses, comme on voit par exemple sur cette photo:
Justement, l’entreprise Snojax (de même d’ailleurs que Sieger Snow Guards) offre ce genre de protection, comme le montre cette courte vidéo promotionnelle:
SNOW BARS
Metal Roof SnoBar Snow Retention
Hélas, ce système exige que le métal du toit soit de calibre 24. Or le métal de notre toit est de calibre 26, et donc il est trop faible pour recevoir des barrières à neige fixées sur les joints des panneaux. Et même si les joints pincés étaient assez résistants, il n’est pas sûr que ces barrières tiendraient longtemps en place, à moins qu’elles soient ajourées. Or les barrières ajourées retiennent notoirement peu la neige, au point où certaines grandes surfaces interdisent de s’en approcher en cas de fortes précipitations de neige.
Des arrêts-neige fixés aux joints des panneaux?
Si l’on s’en tient à des arrêts-neige individuels, on peut penser à des éléments qui se fixent sur les joints des panneaux du toit et ne nuisent donc pas à leur mouvement de contraction et d’expansion, comme on l’explique ici:
There is more than one fastener used with attachment devices for metal roofs and they need to be closely scrutinized to ensure they do not harm the roof and attach without voiding the metal roof manufacturers’ warranty. Many snow guard devices employ a mechanically attached fastener with a round, polished head that creates a ‘dimple’ in a standing seam. This acts as the active holding point of the fastener. The dimple is created by the round head of the fastener integrated with a ‘well’ in the snow guard clamp to accommodate the metal seam protrusion on the other side of the seam (Figure 11, reproduite ci-après). The round point of the fastener is designed specifically to dimple the seam without penetrating it, and subsequently stay within the non-penetrating clause of the metal roof manufacturers’ warranty. The polish given to the round fastener head ensures the roof’s protective coating is intact, eliminating a place for metal corrosion to begin.
Or justement, le fabricant Sieger met aussi en marché un modèle d’arrêts-neige adapté à notre toit en métal de calibre 26, fait de joints simples en forme de L inversé, dont la patte horizontale mesure 1/4 pouce et la patte verticale un (1) pouce. Il s’agit de son modèle SS2A:
Voici ses caractéristiques (specifications):
Par ailleurs, on précise ailleurs que cet arrêt-neige convient au métal de calibre 26:
Measure your closed seam width to make sure your core size will fit onto seam:
- 1/4″ Core – For thinner materials (26ga steel, 16oz copper)
- 3/8″ Core – For thicker materials (24ga steel, 20oz copper)
- Snap Lock – A 5/16″ – 7/16″ taper to fit most snap lock profiles
- SS2A – Aluminum
- Weight: 7.5 oz
- Height: 3-1/2″
- Width: 5-3/8″
- OAL: 4-1/4″
- Fits Seam Size: 1″ H x 1/4″ W x 3/8″W
Précision qui a son intérêt: ce type d’arrêt-neige est maintenu en place au moyen de six vis robustes qu’on tourne à l’aide d’une clé hexagonale (appelée parfois Allen wrench). On suggère d’installer un premier arrêt-neige en appliquant la force qui nous paraît convenir. On retire ensuite l’arrêt-neige et on vérifie si l’enfoncement des vis ressemble à ce qui est illustré à la figure 5 ci-dessus. Si on a l’équipement nécessaire, on peut aussi mesurer la force à appliquer (torque), qui devrait rester inférieure à 28 livres au pouce, comme indiqué ici:
Torque set screws in a manner to align snow guard with the roof panel. Torque will vary depending on the type and gauge of the metal roofing; the recommended method for determining proper torque is to install one first, with the blade on the uphill side. After tightening the setscrews, loosen and remove the unit, and inspect the indentations
created in the metal to see that proper compression was obtained. Over tightening can cause damage to snow guard resulting in failure. Maximum torque 28 ft lbs
Conclusion
Il faut maintenant conclure et décider de ce qui convient le mieux à notre toit spécifique, avec ses contraintes (il est à joints simples, à forte pente et fait d’un métal de calibre 26) et ses autres caractéristiques (il est fait de panneaux d’un maximum de 8 pieds de longueur, reliés par des joints horizontaux).
Les joints horizontaux à un maximum de 8 pieds vont avoir leur utilité ici. Ils permettent au métal de bouger un peu, selon l’action du chaud et du froid. Par conséquent, des arrêts-neige fixés avec des vis peuvent être acceptables, pour peu qu’on en fixe une seule rangée par section de panneau, à la hauteur qui paraîtra la plus appropriée, par exemple à 12 pouces du bas.
Voici quelle disposition on peut envisager pour les arrêts-neige individuels (modèle Sieger MC 2), les traits horizontaux indiquant les joints des panneaux de métal sur le versant sud de notre toit de métal pré-peint à joints pincés:
Mais il serait aussi possible d’utiliser des arrêts-neige fixés sur les joints (modèle Sieger SS 2A), qui pourraient être disposés comme suit:
L’une dans l’autre, ces possibilités sont peut-être équivalentes. Mais la deuxième a un avantage appréciable: les éléments ne percent pas le métal et ne sont donc pas susceptibles de provoquer des fuites; de plus, il serait possible de les retirer au besoin, par exemple s’il fallait un jour remplacer certains panneaux.
Il nous reste à obtenir l’avis de l’entrepreneur, bien qu’on n’exclut pas de faire le travail nous-mêmes. Il faudra aussi faire l’expérience d’une prochaine bordée de neige de 25 centimètres, par temps doux. Histoire à suivre…
Cet article a été amendé le 20 octobre 2021: on envisage maintenant la possibilité d’installer des arrêts-neige fixés aux joints, en plus de celle de nouveaux arrêts-neige vissés à travers les panneaux.
(La suite de cet article apparaît ici.)
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Note 1: calcul théorique du nombre d’arrêts-neige nécessaires à notre toit métallique 16:12:
Faisons le calculs visant à déterminer combien d’arrêts-neige seraient nécessaires pour notre toit métallique. Il faut d’abord évaluer la charge de neige de ce toit spécifique, ce qui peut se faire avec le calculateur jabacus, où il faut entrer la localisation (Québec, Montréal-nord), la pente du toit (16:12), de même que les dimensions du versant concerné (21 pieds par 18 pieds en gros), tout en précisant qu’il s’agit d’un toit glissant (slippery). On obtient un résultat ULS (Ultimate Limite State) de 15 psf (voir Note 2). Donc, pour fins de calcul (prudents) la charge de neige de notre toit est de 15 livres par pied carré (valeur 1).
On sait par ailleurs que la pente de notre toit est 16:12 (soit à peu près 53 degrés). Ce rapport 16/12 permet de calculer le sinus de l’angle de 53 degrés, le sinus étant le rapport entre le côté opposé à l’angle, ici 16, et le côté près de l’angle, ici 12. On obtient 1.33 en divisant 16 par 12. (valeur 2)
La surface approximative d’un versant de notre toit est de 378 pieds carrés (18 pieds par 21 pieds). (valeur 3)
Multiplions nos trois valeurs (1), (2) et (3): 15 x 1.33 x 378 = 7541, ce qui nous donne la force angulaire (valeur 4). Cette force angulaire de 7541 livres doit être contrée par une résistance équivalente représentée par l’action conjointe de la totalité des arrêts-neige.
Choisissons maintenant un type d’arrêt-neige. Nous allons prendre comme référence un arrêt-neige individuel en acier galvanisé très proche de ce qui est déjà installé sur le toit: le Snowcatcher de Snojax, tiré d’une brochure qu’on peut voir ici. Le voici extrait de cette brochure:
Ce type d’arrêt-neige a une puissance de rétention de 1866 livres (valeur 5).
Pour savoir combien il nous faut de rangées de cet arrêt-neige, il faut diviser notre valeur (4) par ce chiffre (5): 7541 divisé par 1866 donne 4.04. Donc, les calculs suggèrent que 4 rangées d’arrêts-neiges sont indiquées pour retenir la neige sur notre toit.
(texte original (constructioncanada.net) suivi ici pour les calculs:
Engineering snow guards on metal roofs
The forces of snow on a rooftop should be mathematically calculated to ensure product success. Simply stated, the calculation takes the vertical weight of the snow and reduces it by the sine of the roof angle to arrive at the angular force exerted on the snow guard.
In the case of a metal roof, the force snow guards can withstand can be calculated simply by following these steps […]:
1. Obtain the roof snow load.
2. Multiply the roof snow load by the sine of the roof angle.
3. Multiply the sum of Step 2 by the eave-to-ridge measurement of the roof.
4. Multiply the sum of Step 3 by the seam-to-seam width measurement of the roof.
The final answer is the angular force. (There are several commercially available calculators on the Internet that can walk through this process and complete the calculation.)
Once the angular force is calculated, snow guards can be chosen by consulting the published test data from the manufacturers. To determine the number of snow guard rows needed, the tested allowable load of the snow guard being considered should be divided into the angular force sum. For example:
1. If angular force equals 461 kg (1016 lb), and a cleat snow guard device with the tested allowable load of 125 kg (470 lb) has been chosen, four rows of these parts per seam will be needed to withstand the angular force (125/461=3.68, or ‘4’).
2. If angular force equals 461 kg (1016 lb), and a fence-type snow guard device with a tested allowable load of 476 kg (1050 lb) has been chosen, only one row of this type of device would be needed to withstand the angular force (476/461=.968, or ‘1’).
Note 2: Charge de neige de notre toit en livres par pied carré, obtenu avec le calculateur Jabacus (la valeur ULS correspond à la charge en situation extrême par opposition à la charge la plus courante, légèrement inférieure, qui n’est pas reproduite ici):
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