NRC Publications Archive Archives des publications du CNRC

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Archives des publications du CNRC
Roofing research - an update on current projects at the Institute for
Research in Construction = La recherche sur les couvertures: survol
des projets en cours à l'Institut de recherche en construction
Baskaran, B. A.; Liu, K. K. Y.
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Roofing Canada, pp. 12-17, 2001-12-01
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Roofing research: an update on current projects at
the Institute for Research in Construction
Baskaran, B.A.; Liu, K.K.Y.
NRCC-45361
A version of this paper is published in / Une version de ce document se trouve dans:
Roofing Canada, Autumn/Winter 2001, pp. 12-17
www.nrc.ca/irc/ircpubs
ROOFING RESEARCH:
An Update on Current Projects at the
Institute for Research in Construction
LA RECHERCHE SUR
LES COUVERTURES
Survol des projets en cours à
l’Institut de recherche en construction
By Bas A. Baskaran, Ph.D., National
Research Council of Canada
Par Bas A. Baskaran, Ph. D., Conseil
national de recherches du Canada
Figure 1: The Field Roofing Facility at the NRC campus in Ottawa. The median
parapet separates the Garden Roof (right) and the Reference Roof (left). The
weather station is located at the median parapet.
Figure 1: L’installation de couvertures sur le terrain au campus du CNRC à
Ottawa. Le parapet central sépare le jardin suspendu (à droite) et la couverture de
comparaison (à gauche). Le poste météorologique se trouve sur le parapet central.
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oofs in Canada are exposed to a wide variety of structural and climatic stresses: from snow loads and driving rainstorms to summer sun and winter chills, our
technology must stand up to nature’s extremes. And
the stresses show: roofing costs constitute a full 30 per
cent of all building maintenance costs. In such a climate, knowing when and how to repair roofs for the
most cost-sensitive and durable result can be a tough
call to make.
The projects include a new standard for evaluating
wind effects on roof systems, research into the benefits and design of rooftop gardens, and the development of tools for predicting service life – all of which
will assist property owners and managers in deciding
how and when to repair existing roofs, and in choosing best practices and products for both design and
repair. In fact, IRC is working closely with project
partners from the property management, construction
and roofing sectors, universities and other research
agencies to ensure that their research delivers the
results that property owners and managers need.
SIGDERS: Raising the Standard
IRC and its partners have developed a new standard test for the dynamic evaluation of roofing systems in order to improve the design of durable,
wind-resistant roofs. This test, a first in North America, is the result of several years of sustained effort,
and will assist property owners and managers in
selecting and evaluating roofing products suited to
their specific needs and environment, thus improving
the performance of their roofs over their life cycle.
The Standard Test Method for the Dynamic Wind
Uplift Resistance of Mechanically Attached Membrane
Roofing Systems was developed by IRC in collaboration with members of the roofing
community, working together as the
Special Interest Group for the Dynamic Evaluation of Roofing Systems
(SIGDERS). Announced by SIGDERS
in September 2000, the standard test is
now in the process of being assessed
as a national standard by the Canadian Standards Association.
“Working with our SIGDERS partners has allowed us to develop a test
that reflects actual construction practices and concerns,” says the IRC’s Dr.
Bas Baskaran. “It incorporates realistic wind effects, failures similar to those found under
field conditions, variation in roofing components and
materials, and compatibility with local building codes.
This makes it useful across the country.”
The test is based on a roofing system that consists of
a deck and roofing membrane (including such compo-
A
u Canada, les couvertures sont exposées à toutes sortes
de tensions structurales et climatiques, des charges de
neige et de la pluie battante jusqu’au soleil de l’été et au
gel de l’hiver, et notre technologie doit résister à des
extrêmes de la nature. Ces tensions sont très évidentes:
les couvertures à elles seules absorbent 30 p. 100 de tous
les frais d’entretien des bâtiments. Dans un tel climat, il
peut être très difficile de savoir quand et comment
réparer les couvertures afin d’obtenir les résultats les
plus durables et économiques.
Les projets de l’IRC comprennent une nouvelle
norme pour l’évaluation de l’effet du vent sur les systèmes de couvertures, l’étude des avantages et de la
conception de jardins suspendus et la mise au point
d’instruments permettant de prédire la vie utile
descouvertures. Tous ces travaux aideront les propriétaires et administrateurs de biens immobiliser à
décider quand et comment réparer les couvertures
existantes et à choisir les meilleures pratiques et les
produits les plus appropriés, tant pour la conception
que pour les réparations. En fait, l’IRC travaille en
étroite collaboration avec des partenaires des secteurs
de la gestion immobilière, de la construction et des
couvertures, des universités et d’autres organismes de
recherche afin de s’assurer que ses recherches obtiennent les résultats dont ont besoin les propriétaires et
administrateurs de biens immobiliers.
GIEDSC : Relever la norme
L’IRC et ses partenaires ont mis au point un nouvel
essai normalisé pour l’évaluation dynamique des systèmes de couvertures, dans le but d’améliorer la conception de couvertures durables capables de résister
au vent. Cet essai, le premier en Amérique du Nord,
est le résultat de plusieurs années d’efforts soutenus,
et il aidera les propriétaires et administrateurs de biens immobiliers à
choisir et à évaluer les produits de
couverture qui conviendront le
mieux à leurs besoins et à leurs climats particuliers, améliorant ainsi le
rendement de leurs couvertures au
cours de leur cycle de vie.
La méthode d’essai normalisée
pour la résistance dynamique à l’arrachement dû au vent des systèmes
de couverture à membranes attachées
mécaniquement a été mise au point
par l’IRC en collaboration avec des
membres de la communauté des couvreurs, réunis au
sein du Groupe d’intérêt sur l’évaluation dynamique
des systèmes de couvertures (GIEDSC). L’essai normalisé, annoncé par le GIEDSC en septembre 2000,
fait maintenant l’objet d’évaluations de la part de
l’Association canadienne de normalisation, qui étudie
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nents as air/vapour barriers,
retarders and insulation) in various
designs typical of construction in
Canada. The new test determines
how the mechanically attached
membrane roofing systems (those
attached by mechanical fasteners,
plates and/or bars) resist wind
when subjected to dynamic wind
load cycles, such as strong gusts of
wind. Testing covered a range of
roof materials, such as poly vinyl
chloride (PVC), thermoplastic polyolefins (TPO), modified bitumen
(Mod Bit) and ethylene propylene
diene monomer (EPDM).
“With the expected adoption of the
standard test nationwide, property
owners and managers will be able to
work with building designers, contractors and suppliers to apply it to
their own situations,” explains
Richard Voyer of Soprema. “It will
help them select roofing membrane
materials and techniques that will
provide the best possible resistance
to storms and to long-term wear and
tear, thus reducing maintenance and
replacement costs.”
Rooftop Gardens
Rooftop gardens offer more than
green oases in urban areas. They
can reduce energy demand on
space conditioning through direct
shading of the roof, evapotranspiration and improved insulation
values. They can delay and reduce
runoff into the sewage system,
which will reduce the frequency of
combined sewage overflow events.
If widely adopted, rooftop gardens
can reduce the urban heat island
effects, which will decrease smog
episodes and problems associated
with heat stress. In addition, they
can increase membrane durability
and improve property value.
The National Research Council
of Canada (NRC) is working with
the Rooftop Garden Consortium
(members include Bakor, Canadian
Roofing Contractors Association,
Climate Change Action Fund,
EMCO, Environment Canada, Garland, Hydrotech, IKO, Oak Ridge
National Laboratory, Public Works
Government Services Canada,
Roofing Consultants Institute,
Soprema and Tremco) on a twoyear research project to study the
various benefits of this technology.
The Field Roofing Facility at
NRC consisted of a wildflower
rooftop garden located next to a
modified bituminous roof system
(See Figure 1). Both roofs are
extensively instrumented to measure the temperature profile and
heat flow across the roofing systems, solar reflectance of the roof
surfaces, microclimate created by
the plants, soil moisture level and
storm water runoff. The local
meteorological conditions are
recorded by a weather station
located on the rooftop. All sensors
are monitored by a data acquisition system.
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la possibilité d’en faire une norme
nationale.
« Le travail avec nos partenaires
du GIEIDSC nous a permis de
mettre au point un essai qui tient
compte des pratiques et des préoccupations actuelles du secteur de
la construction, dit M.Bas
Baskaran, Ph. D. de l’IRC. L’essai
se fonde sur des effets de vent réalistes, des défauts semblables à
ceux qu’on constate sur le terrain,
des variations encequi concerne les
éléments et les matériaux de construction des couvertures et la
compatibilité avec les codes locaux
du bâtiment. De cette façon, il peut
être utile dans tout le pays. »
L’essai se fonde sur un système
de couverture comportant un platelage et une membrane de couverture (y compris des éléments tels
que des pare-air et pare-vapeur et
des isolants) de conceptions variées
typiques de la construction au
Canada. Le nouvel essai détermine
comment le systèmes de couverture
à membrane attachée mécaniquement (celles qui sont attachées au
moyen d’attaches mécaniques, de
plaques, de barres ou les deux)
résistent au vent lorsqu’on leur fait
subir des cycles dynamiques de
charge de vent, comme de fortes
bourrasques. Les essais ont porté
sur une vaste gamme de matériaux,
comme le poly-chlorure de vinyle
(PVC), les polyoléfines thermoplastiques (TPO), le bitume modifié et
le terpolymère d’éthylène-propylène diène (EPDM).
« Quand l’essai normalisé aura
été adopté à l’échelle du pays,
comme nous nous y attendons, les
propriétaires et administrateurs de
biens immobiliers seront capables
de travailler avec les concepteurs
de bâtiments, les entrepreneurs et
les fournisseurs afin d’appliquer cet
essai à leurs situations propres, »
explique Richard Voyer, de Soprema. « Cela les aidera à choisir des
techniques et des matériaux pour
les membranes de couvertures qui
assureront la meilleure résistance
possible aux orages et à l’usure à
long terme, réduisant ainsi les frais
d’entretien et de remplacement. »
Les jardins suspendus
Les jardins suspendus promettent autre chose que des oasis de
verdure dans les zones urbaines. Ils
peuvent réduire la demande d’énergie pour la climatisation des
espaces, en ombrageant les couvertures directement, ainsi que par l’évapotranspiration et par une
amélioration des indices d’isolation. Ils peuvent retarder et réduire
le ruissellement pluvial dans les
systèmes d’égouts, ce qui réduira la
fréquence des incidents de débordement des réseaux unitaires d’assainissement. S’ils font l’objet
d’une acceptation générale, les
jardins suspendus pourront réduire
la formation d’ilôts de chaleur
urbains, avec diminution correspondante du smog et des problèmes associés aux tensions
causées par la chaleur. De plus, ils
pourront accroître la durabilité des
membranes et améliorer la valeur
des biens immobiliers.
Le Conseil national de recherche
du Canada (CNRC) travaille avec le
Consortium des jardins suspendus
(dont les membres comprennent
Bakor, l’Association canadienne des
entrepreneurs en couverture, le
Fonds d’action pour le changement
climatique, EMCO, Environnement
Canada, Garland, Hydrotech, IKO,
Oak Ridge National Laboratory,
Travaux publics et Services gouvernementaux Canada, le Roofing
consultants Institute, Soprema et
Tremco) à un projet de recherche de
deux ans devant servir à étudier les
divers avantages de cette technologie.
L’installation du jardin suspendu
du CNRC comporte un jardin-terrasse recouvert de fleurs sauvages
situé près d’un système de couverture
en bitume modifié (voir la figure 1).
Les deux couvertures sont dotées de
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The initial analysis of the data
suggests that rooftop garden will
modify the temperature fluctuations experienced by the roof
membrane. An exposed membrane absorbs solar radiation
during the day and its surface
temperature rises. It re-radiates
the absorbed heat at night and its
surface temperature drops. Diurnal temperature fluctuations cre-
ate thermal stresses in the membrane, affecting its durability.
Our data shows that rooftop garden can significantly reduce the
daily temperature fluctuations
(maximum – minimum) experienced by the roof membrane (See
Figure 2). The effects are most
prominent in the warmer
months. In early summer, while
the median diurnal temperature
fluctuation was 13˚C, the median
daily membrane temperature
fluctuations of the Reference
Roof and the Garden Roof were
45˚C and 6.5˚C, respectively. In
this period, the maximum daily
membrane temperature fluctuation of the Reference Roof was
63˚C, but that of the Garden Roof
was only 18˚C. The rooftop garden moderates temperature fluctuation and reduces thermal
stresses on the membrane and
should extend its service life.
Rheological
Properties of Asphalt
NRC has been working with
CRCA to study the effects of heating on the rheological properties
of Canadian roofing asphalts. Our
preliminary results have revealed
significant differences in the quality and rheological properties of
roofing asphalts coming out of
various refineries across Canada.
We have observed that normal
heating practice in the field
(260˚C/500˚F for 4 hours) could
cause “fallback” or reduction in
the softening point of some Canadian asphalts, and change their
equivicous temperature (EVT) significantly.
Building on the results and findings of the preliminary study, NRC
will work with CRCA to further
examine the rheological properties
of Canadian roofing asphalts upon
heating under different configurations. The data will provide a better understanding of the changes
in rheological properties of roofing
asphalts and help to establish practice guidelines for proper heating
(temperature range and heating
time) in field applications.
IRC welcomes enquiries about
its research projects. For more
information on the research highlighted in this article, or how to
become involved in the projects,
please contact:
SIGDERS: Dr. Bas Baskaran at Tel.:
(613) 990-3616, Fax: (613) 998-6802,
or E-mail: [email protected]
Rooftop gardens: Dr. Karen Liu at
Tel.: (613) 993-4584, Fax: (613) 9545984, or E-mail: [email protected] ■
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nombreux instruments servant à
mesurer le profil de température et les
flux thermiques sur les systèmes de
couverture, la réflectance solaire des
surfaces des couvertures, le micro-climat créé par les plantes, le niveau
d’humidité du sol et l’écoulement des
eaux de pluie. Les conditions
météorologiques locales sont enregistrées par un poste météorologique
situé sur la couverture. Tous les capteurs sont observés au moyen d’un
système d’acquisition de données.
L’analyse initiale des données
suggère que les jardins suspendus
peuvent modifier les fluctuations
de 13˚ C, la médiane des fluctuations de température quotidiennes
de la membrane sur la couverture
de comparaison était de 63˚C, mais
celle du jardin suspendu n’était
que de 18˚C. Le jardin suspendu
modère les fluctuations de température et réduit les tensions thermiques qui s’exercent sur la
membrane; il devrait ainsi en prolonger la vie utile.
Propriétés
rhéologiques de l’asphalte
Le CNRC a travaillé avec l’ACEC
afin d’étudier les effets du réchauffement sur les propriétés rhéologiques
des asphaltes de couverture utilisés
au Canada. Nos résultats
préliminaires ont révélé
d’importantes différences
quant à la qualité et aux
propriétés rhéologiques
des asphaltes de couverture provenant de diverses raffineries du Canada.
Nous avons observé que
les pratiques normales de
chauffe sur le terrain
Figure 2: Comparison of the daily temperature fluctua- (260˚C/500˚F pendant 4
tions experienced by the roof membranes.
heures) pourrait provoFigure 2: Comparaison des fluctuations quotidiennes de quer une diminution du
température subies par les membranes de couvertures. point de ramollissement
de certains asphaltes
de température subies par la memcanadiens, et modifier considérablebrane de la couverture. Une membrane exposée absorbe les rayons
du soleil pendant la journée et la
température de sa surface augmente. La nuit, elle réfléchit la
chaleur ainsi absorbée et la température de sa surface diminue.
Les fluctuations des températures
diurnes créent des tensions thermiques dans la membrane, qui en
affectent la durabilité. Nos données démontrent que le jardin suspendu peut réduire considérablement les fluctuations quotidiennes de température (maximum – minimum) subies par la
membrane de couverture (voir la
figure 2). Ces effets se font le plus
sentir pendant les mois plus
chauds. Au commencement de
l’été, quand la médiane des fluctuations de température diurne était
ment leur température d’équiviscosité (TEV).
À partir des résultats et des constatations de l’étude préliminaire,
le CNRC va travailler avec l’ACEC
dans le but d’examiner de façon
plus approfondie les propriétés
rhéologiques des asphaltes de couverture canadiens qui seront
chauffés selon des configurations
différentes. Les données vont permettre de mieux comprendre les
changements des propriétés
rhéologiques des asphaltes de couverture et aider à établir des lignes
directrices concernant la façon
appropriée de chauffer l’asphalte
(gamme de températures et durée
de chauffe) pour les applications
sur le terrain.
L’IRC accepte les demandes de
renseignements au sujet de ses projets de recherche. Pour obtenir de
plus amples informations au sujet
des travaux résumés dans le présent
article ou de la façon d’y participer,
veuillez vous adresser au :
GIEDSC : M. Bas Baskaran, Ph.
D., tél. : (613) 990-3616, télécopieur :
(613) 998-6802, ou courriel :
[email protected]
Jardins suspendus: Mme Karen
Liu, Ph. D., tél. : (613) 993-4584,
télécopieur : (613) 954-5984 ou
courriel : [email protected]
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