Technologies de Construction Bois

Technologies de construction bois Module de formation n°2

Coordination : Jean-Claude GUY – CNDB Auteur : Jean-Claude BIGNON – CRITT-CRAI Nancy Dessins : Damien HANSER – CRITT-CRAI Nancy Réalisation : Jérôme GRIVET – CNDB

© CNDB – octobre 2003

SOMMAIRE SOMMAIRE

1 - HISTORIQUE

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2 - CONCEPTION GENERALE

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3 - FONDATIONS

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3 - 1 - CONCEPTION 3 - 2 - SEMELLES FILANTES 3 - 3 - PLOTS ET LONGRINES 3 - 4 - FONDATIONS EN OSSATURE BOIS TRAITÉ 3 - 5 - PIEUX ET PILOTIS EN BOIS

4 - MURS 4 - 1 - CONCEPTION 4 - 2 - MURS À OSSATURE LÉGÈRE EN BOIS 4 - 3 - SYSTÈME POTEAUX ET POUTRES EN BOIS 4 - 4 - MURS EN MADRIERS OU RONDINS EMPILÉS

5 - PLANCHERS 5 - 1 - CONCEPTION 5 - 2 - PLANCHERS EN BOIS MASSIF 5 - 3 - PLANCHERS PAR SOLIVAGE

6 - CHARPENTES 6 - 1 - CONCEPTION 6 - 2 - FERMES ET PANNES 6 - 3 - FERMES INDUSTRIALISÉES 6 - 4 - CHARPENTES – CHEVRONS

7 - REVETEMENTS MURAUX EXTERIEURS 7 - 1 - CONCEPTION 7 - 2 - LES BARDAGES EN LAMES 7 - 3 - LES BARDAGES EN BARDEAUX 7 - 4 - LES BARDAGES EN PANNEAUX 7 - 5 - MATERIAUX DE REVETEMENTS AUTRES QUE LE BOIS

CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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1 - HISTORIQUE Le bois nomade Le bois est sans conteste le plus ancien des matériaux de construction. Les premières habitations construites voient le jour pendant la période s'étendant du paléolithique supérieur au début du néolithique, c’est-à-dire de 35000 à 8000 ans avant J-C.. Ce sont des refuges constitués de branches et branchages accrochés en demi-cercle dans la fourche d’un tronc. Le tout recouvert de peaux, de roseaux ou de feuillage offre alors une protection relative contre les animaux sauvages et les intempéries.

Habitations en bois et paille au Mali

À chaque époque, on retrouve le bois, le roseau, la peau et les os comme matériaux de construction, tant en Europe qu’en Extrême-Orient, en Afrique et dans les civilisations précolombiennes d’Amérique. Cette universalité s’explique largement par la disponibilité de la ressource, la légèreté et la souplesse du bois mais aussi par son mode constructif qui repose sur des techniques simples (assemblages par liens) ne requérant pas d'outils sophistiqués. La rusticité technique de ces premiers modes constructifs nous permet de comprendre pourquoi ils perdurent aujourd’hui chez certaines sociétés nomades ou en voie de développement. La technique du tressage. Les savoir-faire, souvent véhiculés par les femmes, s’appuient sur une habileté de gestes que l'on retrouve dans le tressage lors de la confection d’objets domestiques.

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Habitudes en bois

Habitat nomade en Afrique

Cité lacustre

Cité Lacustre d'Unteruhldingen. Reconstitution d'un village de l'âge de pierre (2200 ans av. J-c)

L’évolution décisive de l’homme, de l’état de chasseur nomade à celui de fermier et d'éleveur de bétail sédentaire, a lieu au néolithique (de 9000 à 5000 ans avant notre ère). Le développement ultérieur de la construction d’habitations lui est étroitement lié. Les toitures de roseau couvrent d’abord des huttes à moitié souterraines, qui sont à leur tour remplacées par des constructions sur pilotis, dans l’eau ou sur terre. Ce sont les précurseurs des habitations à colombages et des constructions à ossature en bois actuelles. Vers 8000 ans avant J-c, alors que d’épaisses forêts recouvrent encore toute l’Europe et le pourtour de la Méditerranée, naissent des villages qui comptent plusieurs dizaines de huttes. La forme circulaire domine. Elle sera partiellement remplacée, vers 3000 ans avant notre ère, par des huttes de forme rectangulaire, forme importée du Proche-Orient avec la construction sur pilotis. On conservera le plan circulaire principalement dans les campagnes, tandis que le plan rectangulaire se développera dans les colonies plus importantes. Site de Catal Hûyük

Reconstitution d'une habitation à Catal Höyük (Asie Mineure)

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En Anatolie, de 7000 à 5000 ans avant notre ère fleurissent de véritables villes faites de maisons à terrasses serrées les unes contre les autres. Ces maisons sont constituées de parois en briques crues soutenant des poutres d’une portée de 4 mètres revêtues de branchages. La toiture est composée de lits de roseaux recouverts d'une couche d’argile. En Syrie, au Liban, et en Palestine, on retrouve également ce genre de vestiges. Plus près de notre époque, aux premiers siècles de notre ère, les pueblos d’Arizona ou du nouveau Mexique sont construits sur ce modèle.

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À l’origine des temples Durant les derniers siècles avant J-c, le bois devient, avec la pierre, un matériau de construction privilégié dans l'architecture Grecque. Ainsi, Pline l’Ancien (23 à 79 ans après Jc) nous donne dans son Histoire naturelle une description précise des essences forestières usuelles dans la construction, des outils utilisés pour le travail du bois (hache, scie, rabot), ainsi que de la préparation et de l’emploi des colles connues à l'époque. les grecs (Etude et Reconstitution J.P.Adam)

Entre 160 et 180 ans après J-c, Pausanias rédige une description de la Grèce. On remarque que le premier temple de Delphes fut construit en bois de laurier et que les temples d’Apollon à Thermes, d’Héra à Lycènes et de Poséidon Hippios à Mantinée étaient bâtis en chêne. Les colonnes du temple d’Héra à Métaponte, elles, auraient été réalisées en bois de vigne.

Charpente du temple de Thermos (Grèce).(Etude et Reconstitution de J.P.Adam)

Vers le VIème siècle avant J-c, on constate une transposition en pierre des éléments en bois ou en terre cuite des temples. Dans son traité d’architecture (environ 25 ans avant J-c), l’architecte-ingénieur Vitruve nous explique comment les structures des entablements doriques et ioniques sont nées de cette transposition. Bien que n’étant pas tout à fait exacte la description de Vitruve nous renseigne pourtant sur un véritable processus de pétrification de l’architecture de bois, dans laquelle l’architecture de pierre puisera son vocabulaire. Reconstitution archéologique de l’entablement des temples doriques.

Reconstitution de l'entablement (d'après la description de Vitruve)

L’entablement est constitué par une double assise de sablières. Sur l’assise la plus haute reposent les arbalétriers, qui, au début, ne sont pas solidaires des entraits; ils répondent à la préoccupation constante des bâtisseurs grecs de rendre la charpente indépendante des murs, et de prendre pour appui les colonnes et les pilastres rappelant les bâtis primitifs entièrement en bois. La première sablière deviendra l’architrave; elle correspond en fait au plafond. La seconde sablière forme l’armature de base de la charpente. La frise des entablements doriques et ioniques est un élément de protection formé par des plaques (les métopes) et des grilles (les triglyphes) correspondant à des fenêtres ou à de simples ouvertures d’aération, par de longues plaques de terre cuite décorées ou encore, par des planches peintes fixées contre les sablières pour fermer le vide laissé entre les deux assises.

Principe de charpente utilisé par

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Opus craticium C’est encore Vitruve qui nous apporte des éclaircissements sur l’art des charpentiers romains. Les colombages en bois étaient un mode de construction courant pour les habitations et les bâtiments profanes, comme le montrent les fouilles de Pompeï, Herculanum et Stabia. Le colombage consistait (comme le laisse voir la Casa a graticco d’Herculanum, restée en bon état) en un quadrillage de bois perpendiculaires rempli par de la maçonnerie. La ville de Pompeï fournit de nombreux exemples de cette technique de construction que Vitruve désigne sous le nom d’opus craticium, ou colombage. Le sciage en long des pièces de bois se fait déjà alors au moyen de scies actionnées par des moulins à eau. Connaissant le rabot, les charpentiers romains disposent également d’un outil pour façonner avec soin les pièces de bois. Casa a graticco d'Herculanum

Pagodes à consoles Un élément caractéristique de la construction chinoise en bois est la pagode. Les premiers exemples rappellent non seulement les tours de l’époque Han (206 ans avant à 220 ans après J-C), mais aussi les tours retrouvées en Inde, en particulier la tour en bois du roi Kanishka (IIème siècle).

Temple de Pusokusa (Japon)

Temple de Kyomizu à Kyoto (Japon) Détail de la console

Ces pagodes avaient un plan de base rectangulaire ; leurs toitures reposaient sur des colonnes en bois et des consoles. La structure à consoles et la multiplication des assemblages qui lui sont liés jouent un rôle structurel très important dans un système de charpente caractérisé par l’absence d’éléments de stabilité triangulés. Cet élément de l’ossature a revêtu au fil du temps des formes de plus en plus variées. Les bras des consoles s’arc-bouteront toujours plus haut, dans une esthétique et une structure remarquables. Cette technique se diffusera dans tous les pays orientaux (Japon, Thaïlande…) CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Les dugong : supports d'encorbellement Les dugong en tant qu'éléments de structure sont des systèmes constitués de multiples petites pièces de bois, qui servent à soutenir les saillies du toit ainsi qu'à réduire la portée libre des poutres principales de l'intérieur de l'édifice. Ils sont constitués de deux parties : des pièces cubiques (dou) et des pièces allongées et recourbées aux extrémités (gong). Ces dernières sont des sortes de corbeaux qui ont pour fonction d'équilibrer les charges s'exerçant en porte-à-faux de part et d'autre des poteaux et d'assurer la liaison entre les travées en portant les madriers. A ces deux pièces se rajoute une pièce inclinée (ang), qui joue un rôle de levier pour maintenir l'équilibre entre la partie intérieure et la partie extérieure de la toiture. Les ang exploitent le poids de la toiture elle-même pour maintenir la stabilité de l'encorbellement.

Églises debout Les premiers siècles de notre ère, avant l’an mille, ont été relativement peu étudiés en ce qui concerne le mode de construction. Nous savons cependant que les châteaux et les églises étaient généralement construits en bois; les rois mérovingiens habitaient des palais de bois et la plupart des églises construites sous Charlemagne étaient également en bois, ce qui leur conférait un caractère provisoire. La Foi enseignait en effet que l’Eglise, rocher du Christ, devait être construite sur le roc et en pierre. Malgré cela, on construisit encore (en dehors des églises russes et scandinaves en rondins), jusque dans la seconde moitié du XVIIème siècle, de grandes églises en colombage, notamment en Silésie. C'est en Norvège qu'une des formes les plus remarquables de la construction en “bois debout” fit son apparition. Les Vikings adoptent une nouvelle religion et empruntent, lors de leurs raids à l'Ouest et au Sud de l'Europe, certaines techniques; Tout au long des XIème et XIIème siècles, ils édifieront des églises à l'expression architecturale remarquable: les stavkirke. Ces églises se composent d’une partie haute -la nef proprement dite- reposant sur des poteaux intérieurs et entourée de bas cotés qui s’appuient sur la construction interne. Chaque paroi de la nef est constituée de plusieurs cadres tandis que chacune des parois des bas cotés est formée d’un seul cadre. L’intérêt structurel de ces édifices réside dans leur stabilité assurée par des croix de Saint André et par des “chevrons formant fermes” dans les combles.

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Stavkirke de Borgund (Norvège)

Stavkirke de Borgund Coupe transversale

Technique du cadre Elle consiste en une structure composée de sablières hautes et basses et de poteaux dont le remplissage est assuré par des madriers fendus, façonnés à la hache et assemblés par de fortes rainures et languettes.

Travée d'une Stavkirke

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Le mur en bois massif empilé Les constructions en rondins ont été largement pratiquées jusqu’à nos jours dans tous les pays d’Europe du Nord (Suède, Finlande, Russie, Pologne…), régions fortement boisées en résineux.

Loft norvégien (13ème siècle)

Les capacités d’isolation du bois en font un mode de construction bien adaptée au climat de ces zones. On retrouve aussi ces murs en bois empilé dans les régions montagneuses du Sud de l’Europe comme dans les Balkans. Des découvertes archéologiques nous indiquent que la technique du rondin était également utilisée, avant notre ère, dans l’Europe méridionale couverte à cette époque par de grandes forêts (en Italie par exemple).

Maison en Pologne construite vers 700 avant J-c La construction de tels édifices requiert des outils de qualité supérieure à ceux qui sont en pierre polie ou en bronze. Ce n’est que vers le VIIIème siècle avant J-c, lorsque les outils en fer se généralisent en Europe, que l’on vit se développent des structures soigneusement assemblées. Maisons à Biskupin (Pologne) Représentation schématique

Pièces équarries assemblées par queues d'aronde

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Le principe consiste à empiler de grands rondins souvent en pin pouvant atteindre 8 à 9 mètres. Les rondins s’encastrent à leur entrecroisement grâce à des entailles. Généralement la tête du rondin conserve la section d’origine tandis que le cou peut présenter des sections très variées. On trouve également des assemblages “sans tête” empruntés à la menuiserie et renforcés par des chevilles. Contrôle des fentes du bois : Pour prévenir les fentes de retrait du bois, on provoque des fentes en enfonçant une série de fiches sur les partie supérieures des rondins.

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Le schéma de base d'un bâtiment en “bois couché” est le carré ou le rectangle, mais l’utilisation d’un plan polygonal permettra d’augmenter les surfaces sans changer les dimensions des côtés. Cette configuration se retrouve dans les églises en rondin construites dans le Nord de la Russie jusqu' à la fin du XVIIIème siècle.

Eglise en bois à Vologda (Russie)

Aux origines de la préfabrication. Depuis le Moyen Âge, il existait en Europe du Nord (Norvège, Russie) des “marchés aux bois” où l’on pouvait acheter les éléments préfabriqués d’une maison, d’un moulin, d’un grenier ou d’une chapelle. Pour conduire ses premières recherche sur l’industrialisation du bâtiment, Walter Gropius va utiliser le madrier empilé pour la réalisation de la maison Sommerfeld à Berlin en 1921. Cette qualité de préfabriqué et de transportable continue aujourd’hui à donner leur valeur à ce type de construction. Maison Sommerfeld à Berlin (Allemagne)

Colombages vernaculaires La construction en colombage se développe au début du Moyen Âge s'inspirant de la construction en bois ronds, dont les montants étaient enfoncés dans le sol. Pour les affermir dans des sols peu stables, on les place sur des socles en pierre et, plus tard, sur une poutre de pourtour: on parle alors de construction sur socle. Au fil du temps, des systèmes régionaux d’assemblage se développeront. Eglise Sainte-Marie

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Le pan de bois à Cruck. C’est une des techniques de colombage les plus anciennes. La forme caractéristique de V inversé, visible sur les deux pignons de la maison, est la résultante de deux arbalétriers allant jusqu’au sol et qui sont les deux moitiés d’une même pièce de bois d’où la symétrie.

Gousset de stabilité

Maison à Odense (Danemark)

Du point de vue statique, la charpente en bois d’une construction à colombage se présente comme un squelette articulé; c’est uniquement l’expérience professionnelle du charpentier et du maître d’œuvre qui désigne les entretoises nécessaires à la reprise des charges et des efforts. Aussi les différentes pièces de bois sontelles généreusement surdimensionnées. La préparation et l’ajustage des pièces de bois coupées à l’avance se fait alors à plat sur le lieu même de construction. L’ossature à colombage est dressée au printemps, la toiture se place à l’été, ainsi que les remplissages. À l’automne, la maison se trouve sous toit, de sorte que l’aménagement intérieur peut se prolonger tranquillement au cours de l'hiver. Un dimensionnement empirique. Bien que le brugeois Simon Stevin (15481620) eût déjà découvert le parallélogramme des forces, permettant de calculer les entretoises dans les colombages et les autres constructions simples, il faut attendre la fin du XIXème siècle pour que le calcul des colombages se généralise et que les dimensions soient ramenées à celles statiquement nécessaires.

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Construction à Troyes

En règle générale, on utilise le bois trouvé sur place. Mais les maîtres d’œuvre découvriront assez vite que les qualités particulières de résistance aux insectes et champignons du bois de chêne. En Russie et ailleurs, des bâtiments d'importance furent construits dans cette essence, même en pleine région de conifères. En France, on construira, du XIVème au XVIème siècle et jusqu’au XVIIIème siècle en Alsace, des maisons à colombage qui demeurent, encore aujourd'hui, en bon état.

Le "Stick style" Les constructions à colombage apparaissent en Amérique du Nord vers 1600 avec les premiers colons. Ceux-ci construisent leurs maisons en grande partie en s’inspirant des éléments stylistiques médiévaux de leur pays d’origine. Les techniques utilisées rappellent à maints égards la construction navale. La structure consiste en un squelette chevillé - à l'origine de l'appellation “Stick style”- habillé de bois à l’extérieur. À l’intérieur, les panneaux sont revêtus de crépis ou lambrissés.

Maison à San Fransisco (Etats-Unis)

Jusqu’à la guerre de Sécession, le style colonial fait figure de style national. Le matériau utilisé est essentiellement du bois peint en blanc. Mais c'est la technique du colombage, capable d’épouser tous les contours culturels, qui servira de support à la renaissance des styles anciens en Amérique du Nord. Le milieu du XIXème siècle se caractérise par des courants parallèles fort différents: l’architecte A.-J. Downing affirme dans son Pattern Book que le bois doit paraître tel et non vouloir imiter la pierre. Les maisons romantiques de style Tudor des architectes Richard Upjohn et Andrew Jackson Gardening veulent être comprises comme des “beautés architectoniques en harmonie avec la beauté du paysage” et se nourrissent de la nostalgie des colombages de la vieille Angleterre.

Maison à San Fransisco (Etats-Unis)

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Le style “Queen Ann” (1875-1900) revendique le titre de style américain. Il se caractérise par une utilisation emphatique des éléments de structure mis en valeur par des parements extérieurs interrompus. Le style “ bric à brac ” A propos du style “Queen Ann”, on parlera de style “bric à brac” pour caractériser la multiplication des formes et des masses qui composent les maisons ainsi que la variété des effets décoratifs, rendus possibles par la diversité des parements en bois qui remplissent l’ossature.

Le "Shingle style " Entre 1870 et 1880 se développe au Canada et aux États-Unis le “Shingle style” (style bardeaux) dont Henry Hobson Richardson (1838-1886), considéré comme le premier architecte américain moderne, fut le protagoniste. Ce courant architectural ne se fonde pas sur une révolution technique mais plutôt sur une volonté de trouver une écriture architecturale adaptée à une technique courante, celle du bardeau. Maison à San Fransisco (Etats-Unis)

Moins prisonnier des figures stylistiques imposées par l’expression pittoresque de la structure, le “Shingle style” se caractérise par des bâtiments aux formes simples, bénéficiant d’une grande fluidité intérieure, souvent couverts par des toits à forte pente ou un “ comble à la Mansart ” et dont les murs et la toiture sont totalement et uniquement revêtus de bardeaux en bois. L’extrémité des bardeaux est parfois découpée selon des modèles géométriques (triangle, demi-cercle…) à des fins décoratives, mais globalement le “Shingle style” apparaît comme une première tentative de retrouver la vérité du matériau. Maison à San Fransisco (Etats-Unis)

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Une origine pour l'architecture moderne La maison Van Buren de Bruce Price à New York (1886) se caractérise par un plan carré, un espace ouvert et une composition de la façade qui deviendront une des références favorites de l’architecte Frank Loyd Wright. Maison Van Buren à New York (Etats-Unis)

La charpente composée Tandis que l’Europe poursuit la construction en colombage, elle se trouve confrontée pour la réalisation des grandes charpentes à la raréfaction des bois longs réservés à la marine. Dès le XVIème siècle, Philibert Delorme invente la “charpente recomposée”. Face aux contraintes spécifiques des bois courts, il rompt avec l’usage de la ferme latine et met au point une charpente qui prend modèle à la fois sur les arcs en pierre et les couples de bateaux. Cette démarche représente sans doute la première tentative moderne de repenser l’usage du bois dans un dispositif structurel et formel nouveau. La charpente du château de la Muette (vers 1550) est ainsi le premier exemple d’utilisation d’une recomposition d’un arc en bois par le clavetage de pièces courtes. Principe de la charpente recomposée

Ce principe sera repris et amélioré au XIXème siècle par le colonel Emy qui associe un arc en planches boulonnées à un cadre droit pour réaliser par exemple le manège de Libourne (1821).

Charpente de la Caserne Rochambeau Mont-Dauphin, Hautes Alpes (1823) CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

Détail

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Les charpentes ballon et plate-forme

Immeuble en ossature légère (Etats-unis)

La diffusion des scies actionnées mécaniquement, l’invention de la scie multi-lames et la mise au point d’une machine à fabriquer les clous, dès la fin du XVIIIème siècle vont bouleverser les pratiques constructives aux Etats-unis. La planche clouée marque une véritable révolution, non seulement en rendant la construction d’une maison moins onéreuse, mais aussi en permettant à un ouvrier d’ériger sa maison tout seul, au moyen de bois de moindres dimensions. Le système consiste en une ossature légère en bois, avec parois en charpente montant sur deux étages, habillées de planches faisant office de raidisseurs. Les premières maisons de ce type (balloon frame house) furent construites à Chicago entre 1830 et 1840, d’où ce système de construction se répandit d’une manière générale.

Immeuble en ossature légère (Etats-unis)

La construction "Chicago" C’est à George Washington Snow (17971870), un quaker de la NouvelleAngleterre, entrepreneur, marchand de bois et agent immobilier, que l’on doit l’invention de la charpente ballon. Le terme fut donné ironiquement à cette technique en allusion à sa fragilité apparente. D’ailleurs jusqu’en 1870, la charpente ballon fut nommée “Chicago construction”. Pose des panneaux

Charpente en plate-forme Un système analogue dit "plateform frame" en est très vite dérivé. La différence avec le type balloon réside dans les parois en charpente qui ne font qu’un étage, tandis que le plancher du premier étage sert de plate-forme pour la construction de l’étage suivant. Le "balloon frame" est encore en usage de nos jours. Mais c’est l’ossature plate-forme qui s’est généralisée dans le monde. Les panneaux en contre-plaqué sont venus compléter le système à partir du début du XXème siècle. La technique constructive a parallèlement connu différentes formes de préfabrication.

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Le pittoresque industriel Habitations à Arcachon

C’est probablement sous l’influence de la Suisse que la technique du bois découpé apparaît en France au milieu du XIXème siècle. Il ne s’agit pas, comme en Amérique, d’une révolution qui affecte les structures constructives, mais d’une nouvelle approche de l’ornementation qui acquiert son autonomie dans une production industrielle. Alors que le XIXème siècle voit naître une industrie peinant à trouver un langage pour les objets qu’elle produit, et que l’historicisme apparaît comme un système formel de recours, tout un courant architectural tente de renouer avec les approches vernaculaires de l’art de bâtir. Probablement marqué par l’influence du courant “Art and Craft” et des architectes comme Richard Norman Shaw (1831-1912), John Ruskin (18191900) ou William Mooris (1834-1896) ), se développent des théories qui prennent pour terrain d’application de nouveaux types de construction. Les villas en bord de mer (l’architecture balnéaire), les chalets de montagne, les kiosques et abris urbains, et même les bâtiments des expositions universelles, deviennent les supports privilégiés d’une ornementation parfois exubérante. Les lambrequins en bois courant le long des rives de toit, les frises découpant leur dentelle sur les saillies des marquises ou venant dissimuler sous les linteaux les jalousies et autres stores que l’on remonte, témoignent de la vitalité du bois pittoresque. L’entreprise Waaser et Bougleux est une des premières à appliquer en France le “dessin au bois découpé mécaniquement”. En fabricant industriellement des planches en bois découpé, elle ne répond pas seulement à une demande, elle crée une offre de composants qui, indépendamment de projets précis, ouvrent une voie royale à l’industrialisation des produits du bâtiment. Le triomphe du bois découpé L'année 1867 marque le triomphe du bois découpé. Tandis que Krantz et Eiffel construisent en métal la galerie des machines pour l’exposition universelle, Kaeffer et Cie reçoit une médaille pour ses produits en bois découpé. Halle des machines à l'exposition Nationale à Zurich, (Suisse) 1883, d'après les plans de A.Pfister.

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Le bois lamellé-collé

Garage construit avec le système Hetzer Paris 1937

Maison à Nantes Architecte E. Boucher

L’idée d’assembler des lamelles en bois par collage remonte au début du XIXème siècle. C’est en effet vers 1830 qu’un fabricant de sièges, Michael Thonet réalise ses premiers essais de moulage de lamellé collé pour former des structures de siège. Il fait bouillir des lamelles de bois dans de la colle avant de les fixer dans des moules en fer. Thonet présente son premier siège en bois lamellécollé en 1836 et le commercialise rapidement. La faible résistance en milieu humide des colles utilisées alors le conduira pourtant à abandonner cette technique au profit de celle du bois massif étuvé cintré. Il faudra attendre le début du siècle suivant pour voir réapparaître la technique du lamellé-collé cette fois dans le domaine de la charpente. Otto Hetzer, maître charpentier allemand, dépose en 1900 un brevet de fabrication pour des poutres composées de lamelles de pin sylvestre assemblées par de la colle caséine et destinées à servir de solives de plancher. Par la suite, ayant eu probablement connaissance des travaux du colonel Emy, il pense à réaliser des éléments courbes dont la forme serait aussi proche que possible de la ligne de pression. Il dépose donc un nouveau brevet en 1906 pour la réalisation d’éléments de construction en bois cintré. Cette technique du bois lamellé-collé cintré va très vite se développer dans tous les pays d’Europe sauf en France où il faudra attendre les années 1950. On va, en particulier, l’utiliser pour réaliser des hangars, tels ceux qui abriteront les fameux gonflables Zeppelins, et des halls d’exposition, comme le bâtiment construit en 1910 à Bruxelles et dont la portée atteignait déjà 43 mètres.

Au-delà du bouleversement technique induit par la lamellation et la colle, c’est bien l’inscription du matériau dans un système conceptuel renouvelé comme la structure-arc et l’édifice-tunnel qui va donner au Bois lamellé-collé sa pleine capacité d’innovation. Le Laméllé-collé s’immigre

Eglise unitarienne, Westport, Etats-Unis Architecte : Victor Lundy

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La technique du bois lamellé-collé sera importée aux Etats-Unis dans les années 1930 par des immigrés allemands et en particulier l’architecteingénieur Max Hanish qui avait travaillé avec Otto Hetzer. L'architecte américain Victor Lundy sera un des premiers à lui trouver une expression architecturale de qualité.

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2 - CONCEPTION GENERALE La réalisation d’un ouvrage en bois fait appel à des pratiques spécifiques. La nature et les caractéristiques du matériau, ses technologies au niveau de sa transformation, de son façonnage et de sa mise en œuvre induisent des procédures de construction particulières. Tous les acteurs de la filière construction sont concernés et doivent intégrer dans leur travail des méthodes adaptées qui garantiront la qualité de leur prestation et plus globalement la qualité de l’ouvrage réalisé. À l’amont du processus de construction, le travail de conception doit lui aussi prendre en compte ces spécificités. Du point de vue de l’organisation, deux aspects1 sont aujourd’hui fondamentaux : - Une ingénierie fortement concourante. L’architecte, le bureau d’études bois et l’économiste doivent travailler de concert dès l’esquisse pour assurer une conception globale qui prenne en compte l’architecture, la technique et le coût. - Une ingénierie fortement spécifiante. L’équipe de conception doit pouvoir produire des plans d’exécution, des devis descriptifs et quantitatifs très précis et détaillés. Du point de vue du travail même de projet, il importe que tous les problèmes liés à la définition des espaces et des éléments physiques du bâti soient abordés. Nous proposons une méthode d’analyse en quatre thèmes dont l’objectif est d’aider le concepteur dans ses choix. - Comparaison des différents systèmes constructifs. Nous identifions les principales caractéristiques des grandes familles de systèmes structuraux - Comparaison des différentes logiques de production. Nous évoquons les grands traits des systèmes de fabrication et de mise en œuvre. - Facteurs de choix d’un système constructif. • Nous définissons une « check-list » des points qui doivent être envisagés. L’ordre des points, leur importance et les réponses apportées relèvent bien évidemment des particularités propres à chaque projet. - Incidence du choix d’un système constructif sur le projet. • Nous répertorions les principales conséquences des choix constructifs en matière de définition du projet.

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Les aspects organisationnels sont développés dans les modules 3 et 4

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Comparaison des différents principes constructifs courants pour l’habitat ou les petits bâtiments

Ossature légère -

Système le plus répandu Bonne adaptation à tout milieu et toute typologie d’ouvrage Grande flexibilité constructive Fabrication sur site ou industrialisée Haute performance en isolation thermique Modes d’expression architecturale très différenciés Coûts compétitifs Poteaux et poutres

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Système « haut de gamme » Grande importance des détails constructifs Ingénierie et production très qualifiées Grandes potentialités formelles et lumineuses Expression architecturale typée (rationalisme structurel) Prix plus élevés Madriers empilés

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Système essentiellement limité à l’habitat diffus non urbain Préfabrication des composants puis montage sur site Bon optimum d’ambiances thermiques (isolation, inertie), acoustiques et phoniques Potentialités formelles limitées Expression architecturale typée (régionalisme « du froid ») Coûts plus élevés Colombage

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Système essentiellement limité à la réhabilitation Bonne flexibilité constructive Expression architecturale typée (régionalisme)

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Comparaison des différentes logiques de production

Artisanale -

Fabrication et pose des ouvrages à la demande Grand savoir faire Grande adaptation à la demande architecturale Coûts parfois élevés Besoin d’accompagnement en ingénierie Industrielle

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Fabrication industrielle de composants standards ou non Maîtrise de la qualité des produits Pose sur chantier par monteurs Bonne adaptation à la demande architecturale Coûts compétitifs

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Facteurs de choix d’un principe constructif Capacité de la maîtrise d’œuvre -

Compétence des architectes (Bonne connaissance des concepts constructifs) Compétence des bureaux d’études et de contrôle (Bonne connaissance des modèles de comportement du matériau et de ses technologies constructives) Capacités constructives de l’entreprise

-

Compétence de l’ingénierie d’entreprise Qualification de la main d’œuvre, outillage, transport… Coût

-

Part de la structure dans le coût global de construction Incidences sur les autres constituants de l’édifice (Fondations, parements, remplissages, fluides…) Maintenance (Concerne les parements et finitions et peu la structure) Performances spatiales

-

Inscription dans le site Volumétrie générale extérieure Rapports pleins-vides dans les parois Fluidité de l’espace intérieur

-

Utilisation du comble Expression de la structure Evolutivité

Performances fonctionnelles -

Confort acoustique et phonique :

-

Confort thermique :

-

Confort d’ambiance :

Isolation des bruits aériens Isolation des bruits d’impacts Ambiance acoustique (absorption, réflexion des sons) Isolation Inertie Visuel…

Comportement en situation de risque -

Feu Séismes Site

-

Nature du sol Topographie Accessibilité du chantier Eloignement de la zone de fabrication Chronologie du chantier

-

Durée totale Découpage séquentiel :

phase humide et phase sèche

Valorisation en fin de vie -

Déconstruction sélective Démontage et réutilisation Destruction (énergie)

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Incidences du choix constructif sur la conception du projet Détermination d’une trame dimensionnelle -

Trame de construction Trame de conception Composition de l’espace

-

Organisation des espaces (formes, relations) en particulier des espaces de circulation (Circulation horizontale et verticale) en particulier des espaces avec fluides (Sanitaires, cuisines, chaufferie, …) Orientation des espaces Distribution des ouvertures Composition des volumes et façades

-

Volumétrie générale Expression architecturale (Éléments de structure, de parements…) Matérialisation des structures, parois et enveloppes

-

Dimensionnement des composants Forme et géométrie Matières, couleurs Jonctions (mode d’assemblage…) Position des éléments porteurs Composition des enveloppes (isolations, parements…) Distribution des fluides

-

Installation intégrée Installation apparente Détails réglant les interfaces entre corps d’états

-

Charpente/Maçonnerie (Tolérances dimensionnelles, contacts bois/maçonnerie…) Charpente/Couverture (Pente de toiture, ventilation…) Charpente/Menuiserie (Étanchéité à l’air, à l’eau…) Charpente/Plâtrerie – Isolation (Étanchéité à l’air, pare-vapeur, joints…) Charpente/Plomberie- Electricité (Engravures et percements dans la structure, respect de l’isolation, du pare vapeur…) Charpente/finitions (Compatibilité…) Organisation du processus de construction

-

Découpage du projet par corps d’état (Définition des lots, limites des prestations, exigences d’exécution et de mise en œuvre…) Découpage chronologique du projet. (Calendrier des travaux, ordre des interventions, durée prévisionnelle…)

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3 - FONDATIONS 3 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes de fondations Semelles filantes -

Charges réparties linéairement, Murs de fondation continus formant un volume habitable ou sanitaire en dessous du rez-de-chaussée, Pressions latérales du sol sur les murs enterrés, Étanchéité des murs à prévoir dans les zones humides, Vides sanitaires (éventuels) à ventiler. Plots et longrines

-

Descente de charges concentrées, Superstructure du bâtiment éventuellement surélevée par rapport au sol, Minimum de transformation du sol naturel, Plancher bas obligatoirement isolé. Ossature en bois traité

-

Principe constructif proche de celui des murs en ossature légère, Bois et panneaux traités (risques environnementaux), Solution sèche et préfabricable, Stabilité latérale des murs assurée : a/ par le plancher du rez-de-chaussée en partie haute, b/ par le sol ou un dallage en béton en partie basse. Pieux et pilotis en bois

-

Descentes de charges concentrées, Superstructure éventuellement surélevée par rapport au sol, Bien adapté aux terrains en pente, Nécessaire pour les sols profonds ou en bordure de plan d’eau.

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Facteurs de conception des systèmes de fondations Coûts -

Choix du système de fondation, Qualités des composants et de la mise en œuvre. Nature des sols.

-

Résistance à la compression du sol, Adhérence du sol, Profondeur du bon sol, Présence d’eau. Zone climatique

-

Profondeur hors-gel, Temps d’ouverture du chantier (régions froides). Topographie du site

-

Degré de modification du site, Incidence des fondations les unes sur les autres (terrain à faible ou forte pente) Somme des charges rapportées au sol

-

Charges propres du bâtiment, Surcharges climatiques (eau, neige, vent), Surcharges d'usage. Compatibilité avec la superstructure

-

Construction par murs à ossature légère, par madriers ou rondins empilés, Construction par poteaux et poutres. Contrôle des ambiances

-

Transmission thermique (isolation, inertie), Migrations d’eau et de vapeur d’eau, Ventilation du vide sanitaire. Protection et récupération des eaux d'infiltration

-

Étanchéité, protection d'étanchéité, drains Intégration visuelle de l'édifice dans le site

-

Bâtiment posé ou flottant, Bâtiment décollé ou surélevé, Bâtiment enterré. Qualité environnementale

-

Toxicité des traitements (protection, préservation) et colles, Déconstruction sélective (démontage).

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3 - 2 - SEMELLES FILANTES Principes Une semelle est un ouvrage linéaire en béton armé généralement réservé aux sols dont la "portance" est au moins égale à 0,1 MPa. Les semelles supportent généralement un mur d’infrastructure maçonné délimitant un soussol ou un vide sanitaire. C’est le système le plus couramment utilisé dans la construction. Il convient que la largeur des semelles ne soit pas inférieure à 0,40 m même pour des charges de faible importance. Les fouilles nécessaires à la réalisation de ces semelles doivent être aussi étroites que possible. Il est recommandé, quelle que soit la nature du sol, d'y couler immédiatement à l'avancement un béton de propreté et de protection.

Semelles filantes

Matériaux Béton Les semelles peuvent être coulées en gros béton peu ou pas armé, si leur débord par rapport au nu du mur est inférieur à la moitié de la hauteur. Afin de prévenir les tassements différentiels, on place en partie basse une armature filante qui sert de chaînage lorsque le sol est hétérogène ou si les semelles sont assez longues (>10 m). Si la contrainte admissible du sol entraîne une largeur trop importante, on devra réaliser des semelles en béton armé. Le dosage des bétons en fonction du type de fondation est donné par le tableau ci-dessous : 3 Béton de propreté épaisseur 4 cm : 150 kg de ciment/m Semelle filante non armée : 200 kg (300 kg dans l’eau) Semelle armée d'un chaînage : 250 kg (350 kg dans l’eau) Fondation en B.A : 300 kg (400 kg dans l’eau)

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Armatures Les sections minimales de chaînage sont essentiellement liées à la résistance des aciers. 3 cm2

Ronds lisses Fe E 215

2 cm2

Barres HA Fe E 400

1,6 cm2

Treillis soudés ou barres Fe E 500

Attention : Si le sol est très hétérogène, les fondations doivent se comporter comme des poutres. Leur calcul doit être effectué avec précision.

Pré-dimentionnement Les dimensions des semelles filantes dépendent des facteurs suivants : • la distribution du système structurel (nombre, longueur des murs porteurs…), • les charges transmises par les murs, • la position de la semelle (à l’axe, en mitoyenneté…), • la nature du sol. PROPORTIONNEMENT : Pour des édifices de type R+1 en maçonnerie ou de type R+3 en ossature bois, les charges au niveau des fondations sont relativement faibles (environ 5 tonnes au mètre linéaire). La largeur des semelles est généralement comprise entre 40 et 60 cm. Semelle de faible largeur (environ deux fois l'épaisseur du mur) : Elle est réalisée en béton non armé. Le débord de la semelle part rapport au mur ne doit pas excéder la moitié de l'épaisseur de la semelle. Semelle de grande largeur (supérieure à deux fois l'épaisseur du mur) : Elle est réalisée en béton armé. Son dimensionnement et celui du ferraillage prennent en compte les efforts de traction transversaux dans le béton.

Semelle en béton

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Semelle en béton armé

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RÉACTION DU SOL La réaction du sol est le plus souvent caractérisée par une valeur de calcul ultime déterminée par une analyse des sols ou déduite de l’expérience. Contraintes de calcul (q - taux de travail du sol) déduite de l’expérience. Nature du sol

q (MPa)

Roches peu fissurées saines, non désagrégées et de stratification favorable Terrains non cohérents à bonne compacité

0,75 à 4,5 0,35 à 0, 75

Terrains non cohérents à compacité moyenne

0,2 à 0,4

Argiles

0,1 à 0,3

Fondation sur sol en pente Sur les sols en pente (>10 %) des précautions particulières doivent être prises. • Cas des fondations parallèles aux courbes de niveau. Pour éviter l'influence d'une fondation sur l'autre, les changements de niveaux entre deux semelles successives ne doivent pas dépasser une pente de 2/3. Attention : On veille à toujours assurer une position hors-gel des semelles. •

Cas des fondations perpendiculaires aux courbes de niveau.

Pour éviter le glissement des fondations sur le sol, on réalise des gradins ou redans sur le sol et les fondations.

Semelles à des profondeurs différentes

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Semelles en gradin

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Semelles excentrées Lorsqu'on construit en mitoyenneté, les semelles de rives peuvent êtres coupées de moitié. Il en résulte une dissymétrie et une excentricité des forces provoquant une répartition triangulaire des contraintes sur la semelle. On rétablit la situation de contraintes uniformes en introduisant des aciers de renfort dans la semelle ou en reliant les semelles excentrées par des longrines perpendiculaires au mur, dites longrines de redressement, qui annulent le couple à la base du mur.

Semelle dissymétrique

Semelle excentrée avec longrines de redressement

Mise hors-gel des fondations Dans les régions tempérées et froides, le gel peut provoquer des mouvements de pression ou des tassements irréguliers sous les fondations. Pour éviter ces désordres, il convient de placer les fondations à une profondeur suffisante qui les rende insensibles aux effets du gel. T° > 0°

P > 0,50 m.

0° > T° > -5°

P > 0,60 m.

-5° > T° > -10°

P > 0,80 m.

-10° > T° > -15°

P > 1 m.

-15° > T°

P > 1 m.

Murs d'infrastructure Un mur d’infrastructure en béton banché ou en maçonnerie de blocs vient prendre appui sur les semelles et former l’enveloppe de l’infrastructure. Il doit être solidaire de la semelle pour éviter tous risques de poussée horizontale due aux remblais.

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Mur d’infrastructure

Protection des fondations Pour limiter les effets de l'eau sur les parties d'ouvrage enterrées et éviter toute remontée capillaire préjudiciable à la construction bois, on peut procéder à des protections particulières. • Étanchéité de la face externe des ouvrages souterrains : - mortier hydrofuge, - enduit pelliculaire à base de résines, de goudron, de caoutchouc..., - feutre bitumeux. •

•

Cette étanchéité peut être protégée par des parois rigides : - blocs de ciments, - tôles ondulées, - Écrans plastiques structurés. Pose d'un drain proche des fondations : -

•

drains en béton, terre cuite, céramique, PVC (∅ = 10 cm), la longévité du drain est accrue par interposition d'une membrane filtrante.

Drainage du site périphérique selon la nature des sols : - La distance entre drains peut être à titre indicatif la suivante : Terrains compacts argileux 8 à 12 m Terrains ordinaires limoneux 12 à 16 m Terres sablonneuses 16 à 20 m. -

De plus il est bon de respecter une distance de15 à 20 m entre les drains et les arbres existants ou à planter.

Normes et DTU DTU 13.11

Fondations superficielles

DTU 13.12

Règles pour le calcul des fondations superficielles

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3 - 3 - PLOTS ET LONGRINES Principes Un plot est un ouvrage de maçonnerie qui s'apparente à une semelle carrée ou rectangulaire massive en gros béton non armé ou peu armé. Les plots s'utilisent sur des sols de bonnes qualités ou/et pour des ouvrages de faible poids. Ils sont bien adaptés à la construction en bois et permettent la réalisation d’ouvrages légers légèrement surélevés du sol. Comme les pieux et les pilotis, les plots nécessitent peu de fouilles. Ils préservent la topographie naturelle du terrain de même que le système de drainage du sol. Les plots sont reliés entre eux par des longrines. Les longrines sont des poutres qui portent les murs et servent aussi à supporter les planchers bas avec vide sanitaire ou à limiter le dallage sur les rives du bâtiment.

Plots

Matériaux Les plots travaillent uniquement en compression. Ils ne sont généralement pas armés et sont réalisés avec des bétons dosés à 250 kg/m3 Les longrines peuvent être réalisées par : • des éléments fabriqués sur site ou préfabriqués en béton armé. Le dosage des bétons est de 350 kg/m3. Le ratio moyen d’acier pour les longrines est de 80 kg/m3 ; • des poutres en bois massif ou en lamellé collé. Compte tenu de la proximité du sol, les bois devront correspondre à la classe de risque biologique4.

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Pré-dimentionnement Plots La section des plots dépend de plusieurs facteurs : • La nature du sol, • La distribution du système structurel (nombre de poteaux, longueur des murs porteurs…), • Les charges transmises par les murs ou les poteaux La section des plots est comprise entre 0,50 m X 0,50 m et 1,20 X 1,20 m. Ils peuvent être de section circulaire avec coffrage perdu en carton. L’espacement des plots se situe généralement entre 4 et 8 m, mais peut aller jusqu’à 12 m.. Longrines en béton On utilise le plus souvent des longrines préfabriquées précontraintes. Ce qui permet d’obtenir des résistances améliorées et une plus grande précision dans les cotes. On les trouve dans les dimensions suivantes : 20 x 20 cm, 20 x 40 cm, 20 X 60cm. Exemple de portées admissibles : Section (cm)

Charges 2500 kg/ml

4000 kg/ml

6000 kg/ml

20 x 20

6,00 m

4,90

4,00

20 x 40

9,80

7,70

6,50

20 x 60

13,50

11,50

9,50

Poutres en bois Des poutres en bois lamellé collé formant longrines peuvent être utilisées jusqu’à 8 m de portée. H= 1/12 à 1/15 P

Jonction des plots et des longrines

Longrines en béton

Des aciers en attente sont insérés dans le plot. Ils sont liés aux aciers des longrines et coulés dans un béton de clavetage pour les longrines préfabriquées ou directement dans le béton des longrines lorsqu’elles sont fabriquées sur place.

Longrines de rives et courantes

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Poutres en bois La jonction se fait par l’intermédiaire d’un étrier métallique fixé mécaniquement au plot. Afin d’éviter la stagnation d’eau en partie supérieur des plots, il est conseiller de façonner ces derniers avec une pente.

Longrines en bois sur plot

Attention : La face supérieure de la poutre doit être si possible protégée par une couvertine ou tout dispositif formant larmier.

Mise hors-gel des fondations La sous-face du plot devra toujours être située sur un sol hors gel (cf. profondeur selon régions)

Normes et DTU DTU 13.11

Fondations superficielles

DTU 13.12

Règles pour le calcul des fondations superficielles

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3 - 4 - FONDATIONS EN OSSATURE BOIS TRAITÉ Principes Les fondations en bois traité sous pression sont relativement récentes. Depuis les premières expériences effectuées au début des années soixante, l’intérêt pour ce mode de construction s’est accru à tel point qu’il est reconnu aujourd’hui au Canada et aux Etats-Unis, sous l’appellation de PWF (Permanent Wood Foundation). C’est une technique bien adaptée aux régions de grand froid ou les temps d’ouverture de chantier sont extrêmement réduits. Les fondations en bois traité remplissent les mêmes fonctions essentielles que les autres fondations. Les murs de fondation en bois traité se construisent comme les murs extérieurs en superstructure. Ils se composent d’une lisse basse et d’une sablière entre lesquelles se placent les poteaux et sont revêtus d’un panneau en contreplaqué. Les recherches effectuées prouvent toutefois qu’il faut tenir compte de certains facteurs lors de la conception d’un mur de fondation en bois traité. Ainsi, les facteurs comme les contraintes latérales imposées au mur par le remblayage, la mise en place du plancher du sous-sol et le raccordement des solives du rez-de-chaussée au mur de fondation doivent être particulièrement étudiés. Un bon drainage du sol est également indispensable.

Matériaux Qualité L’essence de bois la plus utilisée pour son bon rapport résistance-poids, mais surtout pour son aptitude à l’imprégnation en autoclave est le pin. La faible épaisseur des montants et des lisses et les charges reçues conduisent à utiliser des bois présentant de bonnes caractéristiques mécaniques (Classement structure : C22).

Humidité Lorsque le sol et le remblai sont correctement drainés, le taux d’humidité des bois se situe entre 20 % et 22%

Risques biologiques Les fondations en bois traité se trouvant dans des conditions à taux d’humidité pouvant être élevé, il convient de considérer que les éléments de structure et le contreplaqué sont en classe de risque biologique 4. Tous les matériaux devront donc être choisis avec soin si l’on veut construire une fondation en bois traité de qualité. En général, les bois et les contreplaqués utilisés sont imprégnés sous pression avec des sels de type CCA ou CCB.

Pré-dimentionnement Éléments d'ossature Les dimensions des ossatures de fondations dépendent : - de l’essence utilisée et du classement des bois, - des charges transmises par les murs, les planchers et la charpente, - de la profondeur du remblai (pression latérale). CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Sections courantes : - 46 x 97 mm - 46 x 122 mm ou 45 x 120 mm - 46 x 147 mm

Panneaux de contreplaqué L’épaisseur du contreplaqué est fonction : - de l’espacement des poteaux muraux, - de la disposition des panneaux, - de la hauteur du remblai. Épaisseur courante : 12 mm et 15 mm

Semelle des fondations Couche drainante Avant la pose de la semelle, on réalise sur le sol non modifié du fond de l’excavation une couche drainante de gravier ou de pierre concassée d’une épaisseur minimale de 125 mm. Le lit de gravier doit se prolonger sous la semelle et s’étendre sur une distance de 300 mm à l’extérieur de l’enceinte.

Semelles en bois traité Les semelles des fondations peuvent être réalisées en bois traité sous pression ou en béton. Compte tenu de la faible largeur des semelles en bois, on recommande de les utiliser avec un mur de fondation en bois lorsque le sol a une capacité porteuse d’au moins 0,75 MPa. La masse totale des fondations s’en trouve réduite de beaucoup puisque le bois est plus léger que le béton. En reposant sur le lit de gravier, la semelle de bois n’entrave pas l’évacuation normale des eaux. Les dimensions de la semelle doivent être soigneusement calculées. La largeur courante se situe entre 200 et 240 mm. On peut poser la semelle avant le mur de fondation ou la fixer au mur avant de le mettre en place au fond de l’excavation. Dans les deux cas, il faut s’assurer que les joints de la semelle sont décalés d’au moins 600 mm par rapport à ceux de la lisse basse du mur. Attention : Les bouts et les chants des pièces coupées ne doivent jamais être mis en contact avec le sol ni exposés à l’humidité. Plutôt que de couper les pièces à la longueur exacte, on peut les faire déborder aux angles.

Semelles en bois

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Ossature des fondations Les murs de fondation en bois traité se construisent de la même manière que les murs de superstructure en ossature bois. Ils se composent d’une lisse basse et d’une sablière (simple ou jumelée) entre lesquels se placent les poteaux à entraxes de 300 à 400 mm. La structure reçoit sur sa face extérieure un revêtement en panneau de contreplaqué. Le nombre et la taille des clous servant à fixer les éléments en bois traité sont déterminés par le calcul. On utilise des clous en acier inoxydable. Si l’on choisit d’utiliser des agrafes, elles devront également être en acier inoxydable. Tout autre organe de fixation métallique devra être fait d’un matériau résistant à la corrosion (acier galvanisé à chaud ou mieux acier inoxydable). Le mur peut être fabriqué en grandes dimensions en usine pour être ensuite transporté sur le chantier, ou être construit sur site. Angles La réalisation des angles rentrants et saillants est voisine de celle des murs en superstructure. Cependant les angles rentrants peuvent nécessiter des renforts par des feuillards métalliques pour ne pas s’ouvrir sous la pression du remblai. Tous les joints doivent être calfeutrés avec un mastic étanche.

Angles renforcés

Baies Les ouvertures des portes et des fenêtres ménagées dans le mur nécessitent une attention toute particulière. Les ouvertures doivent être solidement clouées et renforcées par des étriers pour transmettre les charges appliquées aux poteaux. Tous les joints doivent être calfeutrés lors de la pose du revêtement mural.

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Revêtements des fondations L’ossature des murs de fondation reçoit sur sa face extérieure des panneaux en contreplaqué. Ceux-ci forment une enveloppe étanche à l’eau. Les panneaux peuvent être posés verticalement ou horizontalement sur l’ossature de la fondation. Ils sont fixés par des clous en acier inoxydable. Toutes les rives des panneaux doivent être en appui sur un élément d’ossature. On place un renfort de clouage de 40 ou 50 mm d’épaisseur derrière tous les joints qui ne donnent pas sur un élément d’ossature. La longueur, l’espacement et le type des clous doivent être déterminés par le calcul. L’écartement ne pourra en aucun cas être supérieur à 150 mm en rive et à 300 mm en partie courante. Il faut assurer une étanchéité entre les panneaux de contreplaqué, pour éviter que l’humidité ne pénètre dans le mur. Tous les joints doivent être calfeutrés au moyen d’une mastic présentant une bonne durabilité. Les mastics étanches au butylène ou les joints à base de silicone conviennent bien au bois traité et permettent d’obtenir des joints élastiques et durables.

Planchers bas On réalise généralement un plancher bas pour faciliter l’usage du sous-sol mais aussi pour reprendre la pression latérale exercée par le matériau de remblai à la base du mur. Le plancher bas est le plus souvent en béton, mais il peut être également fabriqué en bois sur lambourdes traitées. Le plancher bas d’infrastructure comme le plancher haut doit être réalisé avant le remblayage pour éviter que le mur ne se déplace. Une coupure de capillarité doit être posée sur le gravier avant coulage du dallage Afin de transmettre les contraintes exercées par le sol au dallage en béton, celui-ci doit être plus haut que l’extrémité inférieure des poteaux muraux. Une planche en bois traité (épaisseur mini 19 mm) est fixée tout autour du mur. Elle tient lieu de coffrage et de guide de nivellement. Le dallage doit être légèrement incliné pour faciliter l’évacuation des eaux vers un puisard ou un siphon de sol d’où elles seront évacuées par gravité ou à l’aide d’une pompe vers l'égout.

Attention : En l’absence de plancher bas, il est nécessaire de prévoir des dispositifs d’étayage pour éviter la poussée du remblai. Dallage

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Planchers haut Tout comme la base du mur, le sommet du mur de fondation doit être fixé solidement aux solives du plancher haut pour résister à la pression latérale exercée par le sol.

Solives reposant sur l’arase du mur La solive de rive et les solives de plancher sont clouées à la sablière et renforcées par une attache en acier galvanisé. L’attache doit être fixée sur la partie haute du poteau, sur la sablière et sur la solive de rive. Pour reprendre la pression des murs parallèles aux solives, on intercale des entretoises en bois massif perpendiculairement aux solives et en face des poteaux.

Fixation des solives sur sablière

Solives à l’intérieur du mur de fondation

La solive de rive est fixée contre les poteaux et reçoit par l’intermédiaire d’étriers les solives de plancher. Comme précédemment, on intercale des entretoises entre les solives parallèles aux murs.

Fixation des solives sur poteaux

Attention : En cas de réalisation de trémies de plancher pratiquées à moins de 1,20 m du mur de fondation, il convient d’apporter des renforts autour de la trémie de manière à pouvoir résister à la poussée latérale du sol.

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Protection des fondations Les panneaux de contreplaqué doivent être protégés contre l’eau de ruissellement en surface. La réalisation d’un dispositif d’étanchéité : - limite le taux d’humidité du bois sous le seuil de 20 %, - réduit le risque de corrosion des éléments métalliques, - aide à dévier les eaux de surface vers le lit de gravier. On réalise la coupure hydrofuge en appliquant une membrane, généralement une feuille de polyéthylène de 150 µm, sur la paroi extérieure du mur depuis la semelle jusqu’au niveau du sol fini. Les feuilles de polyéthylène se posent à recouvrement (chevauchement minimal de 150 mm). Tous les joints entre les feuilles doivent être calfeutrés avec soin. On calfeutre également le bord supérieur de la membrane, puis on place une planche en bois traité de 200 mm de largeur ou une bande de contreplaqué traité de 300 mm de largeur de telle sorte que sa rive supérieure se situe au-dessus du niveau du sol et sa rive inférieures sous le niveau du sol fini. Ce procédé permet de fixer et de protéger le bord supérieur de la membrane de polyéthylène. Il faut également calfeutrer la rive supérieure de la bande de contreplaqué. Attention : • •

•

Il faut prendre garde de ne pas trouer ni déchirer la membrane de polyéthylène. Il importe de protéger la surface de polyéthylène au moment du remblayage. Dans ce but, on recouvre le polyéthylène d’un panneau de fibres ou de plastique nervuré avant le remblayage. La membrane de polyéthylène ne doit pas se prolonger sur le lit de gravier ni sous la semelle. Ainsi dans le cas ou de l’humidité se déposerait entre le polyéthylène et le contreplaqué, l’humidité pourrait s’écouler vers le lit de gravier.

Drainage Pour limiter les effets de l'eau sur les parties d'ouvrage enterrées, il est conseillé de prévoir des dispositifs d’évacuation des eaux. • Pose d'un drain proche des semelles de fondation - Drains en béton, terre cuite, céramique, P.V.C (ø =10 cm) - La longévité du drain est accrue par interposition d'une membrane filtrante. • • •

Mise en œuvre d’un remblai drainant jusqu’à 20 à 30 cm du sol fini (sable, tout venant de rivière) Réalisation de la couche supérieure du remblai par une terre argileuse afin d’éloigner les eaux superficielles. Pente légère du terrain aux alentours du bâtiment afin d’évacuer au mieux les eaux de pluie.

Normes et DTU Il n’existe pas en France de normes relatives aux fondations en bois traité. Toute réalisation devra donc faire l’objet d’un avis technique.

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3 - 5 - PIEUX ET PILOTIS EN BOIS Principes C’est le plus vieux dispositif connu puisqu’il était déjà utilisé à la préhistoire. La plupart des édifices construits avant le XIX siècle étaient fondés sur des pieux en bois. De fabrication et de manipulation simple, les pieux en bois sont bien résistants en milieu humide à condition de rester toujours immergés. Les pieux sont un dispositif ponctuel utilisé lorsque la profondeur du bon sol est importante. Leur tête est généralement arasée en dessous du niveau du sol. Les pilotis sont particulièrement utilisés lorsque les constructions sont situées sur des terrains en pente, dans des zones humides ou susceptibles d’être inondées, ou des régions de forts vents. Les pilotis permettent de surélever la structure du bâtiment au-dessus du niveau du sol. Ils nécessitent peu de fouilles. Ils préservent la topographie naturelle du terrain de même que le système de drainage du sol. Les pieux et les pilotis transmettent les efforts verticaux par la pointe ou par frottement latéral. Ils transmettent également les moments d’encastrement. Les pieux sont habituellement reliés par des semelles tandis que les pilotis sont reliés par des poutres. Les pilotis en bois peuvent être prolongés pour recevoir la toiture et former une structure particulièrement résistante aux vents latéraux et aux séismes. Les pieux et les pilotis sont généralement réalisés selon une trame définie par le système poteau et poutre du bâtiment. Leur écartement détermine la portée des poutres et des solives et donc les charges verticales qu’ils peuvent recevoir.

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Matériaux Qualité Les essences indigènes qui étaient couramment utilisées en Europe étaient le chêne, le châtaignier, le robinier, le hêtre, l’aulne et les résineux d’un diamètre moyen de 25 à 40 cm et d’une longueur de 10 à12 m. Dans d’autres régions, des essences comme le séquoia, le cyprès, l’azobé, le teck étaient également employés dans un diamètre allant jusqu’à 50 cm et une longueur pouvant atteindre 25 m. Actuellement, l’essence de bois résineux la plus utilisée surtout pour son aptitude à l’imprégnation en autoclave est le pin. En feuillu, on utilise le chêne et le robinier ou encore certains bois tropicaux (azobé…)

Humidité En puits drainants, les pilotis et les pieux sont mis en œuvre avec un taux d’humidité situé entre 20 % et 22 %. En milieu aqueux, le taux d’humidité pourra être de 30 % et plus.

Risques biologiques Les pieux et pilotis de fondation en bois se trouvant dans des conditions d’humidité permanente sont en classe de risque biologique 4. Pour les pilotis utilisés en milieu marin, la classe de risque retenue est de 5. En général, les bois utilisés s’ils ne sont d’essence naturellement durable, sont imprégnés sous pression avec des sels de type CCA ou CCB.

Pré-dimensionnement • • •

Longueur des pieux et pilotis : 5 à 15 m Diamètre : 25 à 40 cm Distance entre pieux ou pilotis : 4 à 6 m

Jonctions pilotis - poutres

Des poutres en bois sont boulonnées aux pilotis et servent à réaliser la structure de la plate-forme du plancher. Les pilotis peuvent être arasés au niveau de la plate-forme ou se prolonger pour former la superstructure.

Système pilotis et poutres

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Afin de diminuer le cisaillement au niveau de l’assemblage, on peut réaliser des entailles sur les pilotis ou fixer des blocs de repos. À noter : Les poutres peuvent se prolonger en porte-à-faux dans la limite d’un quart de la portée courante.

Jonction par entaille sur bois rond

Bloc d’appui sur section carrée

Appui avec gousset

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Pieds La profondeur d’enfoncement des pieux et des pilotis dépend : - du type de sol, - de la pente du terrain, - des charges à transmettre, - de la zone sismique. Les pieux et pilotis profonds (>5 m) sont enfoncés au marteau hydraulique et peuvent travailler par la tête ou par frottement latéral (pieux flottants). Les pieux et pilotis peu profonds (50 kg/m2) des précautions doivent être prises. Pour les cloisons perpendiculaires aux solives, on vérifiera que la surcharge ne provoque pas une flèche excessive. Pour les cloisons parallèles aux solives, on disposera des étrésillons de répartition des charges sur deux solives ou l’on doublera la solive au droit de la cloison. Dans les deux cas, il pourra être nécessaire d’augmenter la section des solives ou de diminuer leur écartement.

Cloisons lourdes parallèles aux solives

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Porte-à-faux et trémies Porte-à-faux Les planchers par solivage permettent de réaliser simplement des porte-à-faux pour la confection de balcons ou de murs en encorbellement jusqu'à une longueur de 4 fois la hauteur des solives (60 à 80 cm). Au-delà de cette portée tout porte-à-faux devra être soigneusement calculé. Si le plancher en porte-à-faux est parallèle aux solives, il convient de créer une zone d’équilibrage. Des consoles viennent se fixer à une solive jumelée située à l'intérieur du mur à une distance égale à deux fois le porte-à-faux.

Porte-à-faux parallèles aux solives

Porte-à-faux perpendiculaires aux solives

Trémies

Une trémie pratiquée dans la charpente d'un plancher est réalisée grâce à une disposition appropriée de chevêtres, de solives d'enchevêtrures et de solives boiteuses. Les solives d'enchevêtrures de faible épaisseur (50 ou 75 mm) et les chevêtres doivent être doublés lorsque leur portée dépasse 1,20 m. Les chevêtres de plus de 1,80 m de longueur doivent être supportés aux extrémités par des étriers dont on vérifiera en particulier les contraintes de cisaillement aux fixations. Les chevêtres de plus de 3,60 m doivent trouver appui sur des murs ou des poutres. Attention : Les trémies de grandes dimensions peuvent modifier la rigidité horizontale du plancher et donc son rôle de contreventement pour les murs.

Trémie d'escalier

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Trémie de cheminée

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Plancher sur vide sanitaire Dans le cas de vide sanitaire, la hauteur minimale sous le solivage doit être de 0,30 m. Les solives seront traitées en classe 4. Le sol devra être débarrassé de toute matière organique. Les orifices de ventilation devront être en place et judicieusement répartis. La surface totale des orifices de ventilation doit être au moins égale au 1/500ème de la surface au sol du vide sanitaire.

Isolation Isolation thermique L'isolation thermique se règle ordinairement par la mise en place d'un isolant en fibres ou en flocons entre les solives. L’épaisseur dépend de la performance recherchée. Pour les planchers sur vide sanitaire, l’isolant devra être non hydrophile. Lorsque le plancher est séparatif avec une zone froide (plancher sur vide sanitaire, plancher support de toitureterrasse), il est indispensable de mettre en place un pare-vapeur sur la face chaude du plancher. Le pare-vapeur est placé entre les solives et le plancher quand ce dernier supporte directement le revêtement de sol. Il est placé sur le panneau si celui-ci est destiné à recevoir un plancher flottant. Isolation des planchers

Isolation acoustique L’affaiblissement acoustique aux bruits aériens des planchers par solivage est fondé sur le principe masse-ressort-masse. Un isolant en fibres est généralement placé entre les solives ou déroulé en continu sur une plaque de plâtre formant plafond. La masse est apportée par les panneaux supports de revêtement de sol et par un plafond suspendu. L’expérience montre qu’on peut améliorer l’isolation acoustique des plafonds suspendus : • en utilisant des fourrures métalliques maintenues par des suspentes résilientes (caoutchouc, néoprène), • en fixant le plafond sur des ossatures longues portant de mur à mur. Il peut être nécessaire d’apporter un complément de masse par des matériaux lourds disposés sur le plancher. Les solutions sèches sont à privilégier pour faciliter la mise en œuvre. Les matériaux d’alourdissement les plus employés sont : • les pavés et dalles en béton, • les briques en terre crue ou cuite, • les chapes en béton. Les formes en sable sont à déconseiller (fuites en cas de percement ultérieur, risques de ripage sous charges ponctuelles).

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L’isolement aux bruits d’impact est assuré par la réalisation de planchers flottants. On interpose entre le support de revêtement de sol et l’aire supérieure du plancher un matériau amortisseur. Les matériaux résilients les plus employés sont : • des panneaux en fibres de bois, de lin ou de chanvre, • des dalles en liège, • des isolants minéraux résistant à la compression (fibres de verre, fibres de roche), • des feutres et panneaux résilients en mousses ou fibres de synthèse, • des formes en vermiculite bitumée.

Feu Plancher par solivage apparent

La connaissance de la vitesse de progression du front de carbonisation permet de calculer les planchers en bois apparents, donc exposés, et la section résiduelle des éléments qui le composent (solives et platelage).

Plancher apparent stable au feu 1/2h

Plancher avec écran Si l’on interpose entre le plancher et les locaux un écran formant bouclier thermique, les solives sont calculées hors contraintes dues au feu. Les principaux écrans admis pour faire face au feu sont : • les plaques de plâtre et de gypse-cellulose, • les plaques de fibres-ciment, • les panneaux bois-ciment. Ils sont souvent associés à de la laine minérale. Plancher stable au feu 1/2h avec écran 1/2h

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Plancher avec écran insuffisant

Lorsque l’écran n’assure qu’une fraction de la stabilité au feu requise, le complément est assuré par la structure elle-même calculée selon le principe de la structure bois apparente pour la durée restante.

Plancher stable au feu 1/2h avec écran 1/4h

Autres planchers par solivage Les fabricants proposent aujourd’hui des composants à solivage formant caissons de plancher et permettant de franchir des portées plus importantes.

Panneaux porteurs en V Ces panneaux sont constitués de nervures en caisson triangulaire avec âme en lamellé-collé (42 ou 52 mm) et semelles droites massives. Ces nervures supportent un plancher double peau contrecollée avec lames longitudinales en sous-faces (13 mm) et lames transversales en surface (28 mm). Les rives sont rainurées permettant l’assemblage des tables par fausses languettes avec élégis. Épaisseur : 220 à 336 mm Longueur (portée) : 6 m à 13,50 m Largeur : 1,20 m Proportions : E = L/35

Plancher type Colladello structure

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Panneaux caissons Réalisés à partir de planches aboutées et collées en caisson, ces panneaux sont assemblés par doubles rainures et languettes. Ils peuvent incorporer une isolation par mousse thermodurcissable ou par fibres végétales ou minérales. Épaisseur : mm Longueur (portée) : 5mà7m Largeur : Proportions : E = L/35

Panneaux caissons type Lignatur

Normes et DTU DTU 31.1

Charpente et escaliers en bois

DTU 31.2

Construction des maisons et bâtiments à ossature en bois

DTU 51.1

Parquets massifs contrecollés

DTU 51.2

Parquets collés

DTU 51.3

Planchers en bois ou en panneaux dérivés du bois

DTU 51.11

Pose flottante des parquets et revêtements de sol contrecollés à parements bois

DTU 58.1

Travaux de plafonds suspendus

DTU règles CB 71

Règles de calcul et de conception des charpentes en bois

DTU BF 88

Règles bois feu 88

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6 - CHARPENTES 6 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes d’ossature de toiture Fermes et pannes -

Système massif hiérarchisé Bien adapté aux toitures complexes Possibilité de surcharges importantes Expression architecturale de la charpente Utilisation du comble possible Fermes industrialisées

-

Système léger non hiérarchisé Densité de l’ossature du toit (faible écartement des fermes) Produits industriels Facilité de passages de gaines de ventilation Utilisation du comble possible Faible résistance au feu Prix compétitif Chevrons-fermes

-

Système léger sur appuis Portée limitée Simplicité de mise en œuvre Facilité de jonction avec l’isolation, le plafond et le support de couverture Difficulté de passage des gaines de ventilation Panneaux-caissons

-

Produits industriels Intégration de l’isolation, du plafond et du support de couverture Difficulté de passage des gaines de ventilation Rapidité de mise en œuvre Mal adapté aux toitures complexes Prix plus élevé

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Facteurs de conception des systèmes de charpente Coût -

Choix du système de charpente Complexité de la toiture Résistance mécanique (contraintes verticales)

-

Poids propre (charpente, couverture, isolation, plafond) Poids des équipements (ventilation…) Charges d'exploitation (passage, entretien, montage) Surcharges climatiques (eau, neige, Stabilité (contraintes horizontales)

-

Contraintes du vent Contraintes sismiques Résistance au feu

-

Stabilité au feu Jonction avec les murs et planchers

-

Appuis et fixation des charpentes Contraintes exercées sur les murs et planchers (traction, déversement) Accidents de toiture

-

Faîtages, arêtiers, noues et tous changements de pente Rives, acrotères Pénétrations (châssis, cheminées, ventilations ...) Intersections entre toitures et surfaces verticales. Type de couverture

-

Support du système de couverture (sens de portée, continuité-discontinuité) Pente du système de couverture (feuille étanche, tuiles, ardoises, bardeaux, tôles) Position et type des systèmes d’évacuation d’eau (gouttières, chéneaux encaissés…) Contrôle des ambiances

-

Isolation thermique Migrations de vapeur d'eau Ventilations (comble, charpente, couverture). Qualité environnementale

-

Toxicité des traitements (protection, préservation) et colles Déconstruction sélective (démontage)

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Traitement architectural intérieur du toit -

Forme de l’espace intérieur (hauteur constante, plafond rampant, plafond courbe) Utilisation autonome de l'espace des combles Densité des porteurs verticaux (continuité de l’espace) Expression de la charpente Type et forme de plafond (suspendu, intégré, rampant) Traitement architectural extérieur du toit

-

Toiture plate, à pente ou courbe Forme simple ou multiple Rapport de la toiture avec le système porteur vertical Expression de la charpente Traitement des limites (saillies de toiture, rives…) Matières, couleurs de la couverture

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6 - 2 - FERMES ET PANNES Principes La charpente dite traditionnelle est constituée de fermes, de pannes et de chevrons. Une ferme est composée par l'assemblage de plusieurs pièces de bois massif. Les arbalétriers, l’entrait et le poinçon forment le réseau principal tandis que les contre-fiches, les jambes de force, les diagonales et les potelets forment le réseau secondaire d'une ferme. Les assemblages des parties constitutives de la ferme se font par embrèvement, par boulon ou par clouage. Chaque ferme reporte une charge concentrée importante sur les infrastructures qu'il est nécessaire de prévoir. La ferme traditionnelle est une solution appréciable lorsque la charpente comporte d'importantes pénétrations (cheminées, cages d'escalier au niveau du plancher, lucarnes) ou des raccords (noues, arêtiers...). Du fait de l'utilisation de fortes sections, la ferme offre une bonne tenue au feu. Elle peut donc s'exposer et participer à la qualification de l'espace. On cherche à écarter les fermes au maximum sans le faire au détriment des pannes et des solives (en cas de plancher) qu'elles supportent. La ferme traditionnelle étant placée dans un plan vertical, elle doit être contreventée lors de sa mise en œuvre. On utilise pour cela des liens disposés dans le plan du faîtage.

Ferme traditionnelle

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Matériaux Qualité Les fermes et les pannes sont le plus souvent fabriquées à partir des résineux suivants : épicéa, sapin, douglas, pin maritime, pin sylvestre. Leur forte épaisseur n’oblige pas à utiliser des bois présentant de très grandes caractéristiques mécaniques sauf pour les très grandes portées. Lorsqu’ils sont cachés, les bois n’offrent pas de contraintes visuelles. Par contre les charpentes apparentes doivent faire l’objet d’un plus grand soin d’aspect (Classement structure : C18 ou C22 - Classement d’aspect : choix 2).

Humidité Mis en œuvre dans une ambiance non chauffée, les bois doivent avoir un taux d’humidité voisin de 15% sans excéder 22%. Si les fermes doivent être apparentes dans un local chauffé, le taux d’humidité ne devra pas dépasser 12%.

Risques biologiques Abritées et ventilées, les fermes ne présentent pas d’autres risques biologiques que ceux qui sont liés aux insectes. Les bois doivent présenter une durabilité naturelle ou conférée correspondant à la classe de risque 2, le transport, le stockage ou le chantier pouvant présenter un risque d’humidification. Attention : • •

Les pannes mises en œuvre avec une sous-toiture mal ventilée peuvent être exposées à des risques de condensation (classe de risque biologique 3) ; Les bois noyés en maçonnerie et destinés à recevoir les fixations de fermes ou les extrémités d’entraits encastrées dans des murs maçonnés sont beaucoup plus sujets à dégradation. Le choix de l’essence ou du traitement doit correspondre à la classe de risque biologique 4 si les dispositions constructives ne suffisent pas à éviter une humidité trop importante.

Différents types de fermes Il existe plusieurs types de fermes caractérisées par leur triangulation. Les critères intervenant dans le choix sont les suivants : • utilisation du comble, • portée, • débord de toiture, • pente de toit, • poids de la couverture, • poids des plafonds

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Ferme latine Comme son nom l’indique, la ferme latine a été inventée par les romains. Elle est formée de triangles qui ont pour but d’éviter les moments de flexion. Le système le plus simple est constitué d’arbalétriers et de contre-fiches massives, d’un entrait pouvant être moisé et d’un poinçon souvent de section carrée pour recevoir les contre-fiches dans une direction et les liens de contreventement dans une direction perpendiculaire. La ferme constituée d’un poinçon avec contre-fiche ne permet guère de dépasser 8 m de portée. On peut augmenter la portée en renforçant le réseau secondaire par ajout de montants et de diagonales moisées qui soulagent l’entrait.

Ferme latine

Ferme à entrait retroussé Ce type de ferme s’utilise pour les combles habitables. L’entrait est retroussé à la hauteur des volumes que l’on veut utiliser. Elle comporte des jambes de force destinées à soulager la partie inférieure des arbalétriers. Elle peut comporter des liens en partie supérieure situés au droit des pannes. Fortement hyperstatique(1), ce type de fermes ne nécessite pas de pièces de bois de sections importantes. La portée des fermes à entrait retroussé se situe entre 10 et 12 m. Ferme à entrait retroussé

Attention : La réaction en pied de la jambe de force est variable selon l’inclinaison. Elle peut conduire à des poussées horizontales. Le maintien des pieds d’arbalétriers doit alors être assuré par un tirant en acier posé au niveau du plancher. 1) Hyperstatique : (adj.) Se dit d'un système qui n'est pas isostatique, et dont les déformations doivent être prises en compte dans la définition des efforts; d'où la nécessité de le dimensionner au préalable. Isostatique : (adj.) Se dit d'un système dont on peut définir les efforts à l'aide des équations de la mécanique, ce qui permet de calculer les réactions d'appui et, par suite, les contraintes et les flèches. CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Ferme sur blochet Les fermes sur blochet s’apparentent aux fermes à entrait retroussé à la différence que le pied de l’arbalétrier n’exerce aucune poussée sur les murs. Il s’agit d’une ferme à deux articulations qui fonctionne à la manière d’une ferme sur poteau dont la flexion de l’arbalétrier est reprise par les blochets. La portée de ce type de ferme ne dépasse que rarement 12 m. On notera que le pied de l’arbalétrier peut ne pas être en appui sur le mur. Ferme sur blochet

Ferme à la Palladio Ferme dont l’appellation provient du nom de l’architecte italien Andréa Di Pietro, dit Palladio (1508-1580). C’est une ferme pour comble utilisable ne venant pas prendre appui sur un plancher. L’entrait fait fonction d’élément porteur de plancher. Les suspentes latérales ne servent qu’à soulager l’entrait afin qu’il ne se déforme pas sous son poids propre et à reprendre les contre-fiches qui soulagent les arbalétriers. La portée peut atteindre 16 à 18 m. Ferme à la Palladio

Ferme à la Mansart C’est à François Mansart (1598-1666), architecte, que l’on a attribué à tort cette ferme. Elle fut utilisée par Pierre Lescot (1515-1578) au Louvre. Elle offre un maximum de volume pour la réalisation d’un comble habitable. Elle fonctionne à la manière d’un portique. La principale difficulté consiste à assurer la stabilité des fermes dans leurs plans sans réduire le dégagement intérieur. Une première solution consiste à utiliser des contre-fiches qui reçoivent en outre la réaction d’appui des arbalétriers. Cette solution nécessite de fortes sections et les différentes pièces sont situées dans un même plan.

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Ferme à la Mansart

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Les portées courantes ne dépassent pas 8 m. Une autre solution consiste à utiliser une ferme triangulée et des poteaux moisés. La stabilité est assurée dans le plan des entraits par un contreventement qui reporte les efforts au droit des pignons. La portée peut alors atteindre 12 m.

Pré-dimensionnement En plus des charges propres de la toiture (éventuellement du plafond et du plancher des combles), des surcharges climatiques et des caractéristiques mécaniques des bois de construction utilisés, le dimensionnement d'une charpente dépend essentiellement du type de ferme, de la portée des fermes et de la travée.

Les fermes L'entraxe des fermes varie entre 3,00 et 5,00 m. La portée des fermes se situe généralement entre 7 et 12 m, mais peut aller jusqu'à 18 m. Dimensions minimum des différentes pièces de bois (résineux) pour une ferme latine : Portée (en m)

Distance entre fermes (en m)

Arbalétrier

Entrait

Contre-fiche

Poinçon

6

3 3,5 4

65 x 125 65 x 150 65 x 150

65 x 125 65 x 125 65 x 125

65 x 125 65 x 125 65 x 125

65 x 125 65 x 125 65 x 125

7

3 3,5 4

65 x 150 65 x 175 65 x 175

65 x 150 65 x 175 65 x 175

65 x 125 65 x 150 65 x 150

65 x 150 65 x 150 65 x 150

8

3 3,5 4

75 x 150 75 x 175 75 x 175

75 x 150 75 x 175 75 x 175

75 x 125 75 x 125 75 x 150

75 x 125 75 x 150 75 x 150

9

3 3,5 4

75 x 175 75 x 200 75 x 200

75 x 175 75 x 200 75 x 200

75 x 150 75 x 175 75 x 175

75 x 175 75 x 175 75 x 175

10

3 3,5 4

75 x 200 75 x 200 75 x 200

75 x 200 75 x 200 75 x 200

75 x 175 75 x 175 75 x 175

75 x 175 75 x 175 75 x 200

Les pannes Le nombre de pannes dépend de la portée des fermes. Portée (P, en m)

Nb de pannes

5à8

5

8 à 12

7

12 à 15

9

15 à 18

11

La portée des pannes dépasse rarement 4,50 m L'espacement entre deux pannes consécutives varie entre 1,20 et 1,80 m. Il est déterminé par le type de couverture et la pente de toiture.

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Distances admissibles entre pannes : Toiture en tuile : Pente

30°

45°

60°

Distance

1,10 m

1,30 m

1,60 m

Toiture en bardeaux bitumeux : Pente

14°

30°

Distance

1,10 m

1,30 m

Toiture en bac-acier et fibre-ciment : La distance entre pannes dépend du profil de la plaque • Fibre-ciment : 1,35 m • Bac acier : 1,80 m La section des pannes dépend : • de leur portée, • de leur écartement, • de la couverture. Sections admissibles des pannes (hypothèse d'écartement : 1,30 m) Portées

Ch. 80 daN/m2

Ch.150 daN/m2

3,00 m

50 x 150 mm

50 x 175 mm

4,00 m

65 x 175 mm

75 x 225 mm

5,00 m

75 x 225 mm

105 x 225 mm

Assemblages Tenons et mortaises Ce sont les assemblages les plus utilisés en charpente traditionnelle. Ils permettent le bon positionnement de deux pièces l’une par rapport à l’autre, mais ont de faibles performances mécaniques. Le tenon à généralement une épaisseur de 3 cm et une longueur de 7 cm, quant à la mortaise, elle a une profondeur de 8 cm. On utilise généralement ce type d’assemblage pour les liens, les contrefiches, les têtes d’arbalétriers… Une cheville en bois dur assure un bon contact entre les éléments. Assemblage par tenon et mortaise

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Embrèvement Ce sont des assemblages permettant de reprendre des efforts importants qui viennent souvent renforcer un assemblage par tenons et mortaises. Ils présentent cependant l’inconvénient de ne reprendre que des efforts de compression et de réduire les sections, là ou l’effort tranchant est souvent important. Le maintien de l’embrèvement se fait généralement par l’intermédiaire d’un boulon.

Assemblage par embrèvement simple

Assemblage par embrèvement et tenon

Clous Les clous sont réservés à l’assemblage des pièces de bois dont l’épaisseur ne dépasse pas 75 mm. Les clous sont sollicités soit à l’arrachement soit au cisaillement. La résistance à l’arrachement ne dépasse jamais 50 % de la résistance au cisaillement. Le double cisaillement représente la condition idéale d’utilisation des clous. Il se rapporte à l’assemblage de 3 éléments entre eux. On utilise de préférence des clous torsadés. Attention à l'oxydation des clous en atmosphère corrosive. La galvanisation à chaud est recommandée pour assurer une bonne protection des éléments en acier. Le nombre et la section des clous dépendent des efforts à reprendre. Mais on notera que l’augmentation de la densité du clouage conduit à des réductions des charges admissibles (10 % à partir de 10 clous, 20 % à partir de 20 clous) pour tenir compte du fait que tous les clous ne travaillent pas à pleine charge. On peut utiliser comme pièces complémentaires des goussets en contre-plaqué ou des tôles minces. Les diamètres courants des clous vont de 2 à 6 mm et la longueur jusqu’à 200 mm.

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Assemblage par clous

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Boulons Les boulons sont généralement sollicités en flexion alors que le bois l’est à la compression et au cisaillement. Les boulons et les tiges filetées sont montés avec des rondelles ou des plaquettes pour diminuer l’écrasement du bois. Comme les clous, ils doivent être protégés contre la corrosion. Il est recommandé d’utiliser au moins 2 boulons par assemblages afin de diminuer la concentration des efforts au voisinage du boulon. Le diamètre fréquent des boulons est de 18 mm. La longueur va jusqu’à 40 cm pour les boulons et plus pour les tiges filetées. La mise en œuvre de crampons entre les pièces de bois assemblées par boulon permet d’augmenter la rigidité de l’assemblage. Assemblage simple par boulons

Moisements Les moisements sont des usinages destinés à maintenir des éléments dans une position prédéfinie ou à renforcer des assemblages boulonnés ou cloués. Ils peuvent être simples ou doubles selon qu’un seul élément ou tous les éléments sont moisés. Pour qu’ils soient considérés comme étant travaillant (accroissement de la rigidité) leur profondeur minimale doit être de 1,2 cm.

Assemblage avec moisement

Goussets et broches Ces assemblages utilisent le principe des goussets métalliques de formes variées insérés en âme pleine. Les goussets sont maintenus par des broches ou chevilles en acier d’un diamètre supérieur à 6 mm. L’usinage des parties se fait généralement sur machine à commandes numériques. La mise en œuvre doit s’effectuer de manière ajustée et suppose une grande précision. Assemblage par gousset et broches

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Fixation des fermes aux appuis Il faut porter une attention particulière aux appuis car il se produit à cet endroit une concentration d’efforts importants.

Appui sur mur maçonné La surface d’appui doit être suffisante pour éviter les risques de compression transversale du bois. De plus, l’axe de l’appui doit être situé dans le 1/3 intérieur de l’épaisseur du mur pour limiter les risques de chargement excentré du mur (augmentation du flambement du mur). On prévoit en général un calage qui isole le bois de la maçonnerie et assure la surface d’appui nécessaire. Il est également recommandé d’interposer une coupure de capillarité (feutre bitumeux).

Appui sur mur maçonné

Attention :

Lorsque l’appui se fait dans une cavité du mur, il faut prévoir un jeu de réglage latéral autour de l’assemblage qu’il ne faut pas combler au mortier.

Appui sur chaînage ou voile béton

Lorsque le mur maçonné se termine par un chaînage en béton armé, l’arbalétrier trouve un bon repos en termes d’horizontalité et de surface d’appui. Afin d’éviter tous risques de soulèvement, il est nécessaire de prévoir une ferrure boulonnée. Appui sur voile en béton

Appui sur mur à ossature légère en bois La fixation de l’entrait se fait par des équerres ou une ferrure en U boulonnée sur la sablière du panneau. Il est indispensable de renforcer l’ossature du mur au droit de l’appui par l’insertion d’un poteau en bois ou de montants complémentaires dimensionnés pour reprendre les contraintes de flambement.

Appui sur mur à ossature légère en bois

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Appui sur poteau en béton Le poteau est généralement de faible section. L’assemblage courant se fait par une ferrure scellée au milieu du poteau. L’étrier en fer plat est calé au mortier et raidi par un fer d’ancrage en U ou en I d’une largeur voisine de l’étrier afin d’éviter toute déformation des fers plats. Si le poteau en béton est encastré en pied il peut admettre des poussées horizontales légères de la charpente.

Appui sur poteau en béton

Appui sur poteau en bois On fait généralement appel à un système moisant. L’entrait moisant vient enserrer la tête du poteau et la fixation se fait par boulon. On peut prévoir sur la tête du poteau des épaulements afin de diminuer le cisaillement dans les assemblages. Dans le cas d’une ferme à entrait simple, l’assemblage de tête est assuré par deux fers plats boulonnés.

Appui sur poteau en bois

Fixation des pannes Appui des pannes Les pannes sont fixées sur les arbalétriers au moyen d’échantignolles. Pour les toitures à faible pente ( 600 g/m2 Maille = 10 x 25 mm

20

≤ 65 cm

P > 1 200 g/m2 Maille = 50 x 50 mm

15

Comme pour les bardages, on dispose un pare-pluie sous les liteaux. CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Armature L’armature la plus courante est un treillis soudé avec carton incorporé (Stucanet). La fixation des panneaux d’armature est assurée par des agrafes sur les liteaux qui ne doivent pas être trop enfoncées pour que les panneaux puissent bouger. La couture des panneaux d’armature entre eux se fait par des agrafes spéciales (type grillage de clôture) sur leurs 4 côtés. Le chevauchement des panneaux se fait au moins sur une trame (5 cm) sur leurs 4 côtés. Afin de prendre en compte les zones de fragilité de l’enduit, on dispose de renforts : - en bas de mur par des profils stop enduit, - dans les angles par des profils d’angle, - autour des ouvertures par des éléments d’armature posés à 45°. La découpe des panneaux est obligatoire à chaque angle des ouvertures. Dans les angles, il faut assurer la continuité en repliant le panneau à 90°.

Précautions principales de mise en œuvre L’enduit doit avoir un taux de retrait le plus bas possible. Des avis techniques existent, notamment celui de Stucanet/La Pierre Liquide, qui associent le fabricant de l’armature et le fabricant de l’enduit prêt à l’emploi et le résultat technique est plus satisfaisant qu’avec d’autres enduits (des références nombreuses existent depuis plus de 20 ans, sans fissurations). L’enduit est en général projeté à la machine, mais il peut être mis en œuvre manuellement. Son épaisseur totale finie doit être de 25 mm. Il faut le réaliser en 3 phases : - Projection permettant de rigidifier le support en enrobant les armatures et le carton. - Après un temps de séchage (voir Avis Technique CSTB), projection du corps d’enduit qui est resserré et tiré à la règle. - Après séchage de quelques jours, projection de l’enduit de finition coloré. Il est indispensable de prévoir la réalisation de joints de dilatation dès qu’une surface dépasse le maximum indiqué dans le guide technique du fabricant.

Normes NF P 15-201-2 (DTU 26.1) Enduits aux mortiers de ciments, de chaux et de mélange plâtre et chaux aérienne – Cahier des clauses spéciales. NF P 15-201-1 (DTU 26.1) (mai 1993, mai 1994, janvier 1999) Enduits aux mortiers de ciments, de chaux et de mélange plâtre et chaux aérienne – Cahier des clauses techniques.

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Parement en maçonnerie

Principes Cette technique est assez courante en Amérique du Nord, mais aussi en Europe (Sud de la Suède, Allemagne, Belgique et Nord de la France). Elle consiste à réaliser un parement de briques, en général apparentes, d’une largeur de 100 mm, devant le mur à ossature bois, avec une lame d’air ventilée de 25 mm minimum entre les deux murs.

Fixations La fixation de la brique sur le mur à ossature bois se fait par des attaches (2 au m2) clouées dans les montants d’ossature et posées dans les joints entre briques. Les attaches doivent être légèrement inclinées pour canaliser les condensations éventuelles côté maçonnerie. La pose d’un pare-pluie n’est pas obligatoire dans le mur à cavité fermée mais en général, on le pose par sécurité et pour protéger le mur à ossature bois avant et pendant la pose des briques.

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Précautions principales de mise en œuvre −

Il est conseillé de prévoir un décalage du niveau de la dalle de 5 cm afin d’éviter toute rétention d’humidité éventuelle au pied du mur à ossature bois.

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Un feutre bitumeux de type 36 S doit être posé sous la brique pour éviter les remontées d’humidité. Ce feutre devra d’autre part être relevé sur une hauteur minimum de 10 cm le long du mur à ossature bois et être recouvert par le pare-pluie si celui-ci existe.

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La ventilation basse est généralement réalisée sur le deuxième rang de briques. On forme des chantepleures en laissant creux un joint vertical sur deux (minimum d’ouverture : 10 cm2/m.l. de façade), ce qui permet l’évacuation d’éventuelles eaux de condensation.

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La ventilation haute se fait en laissant la lame d’air ouverte dans la sous-toiture ou sous un larmier métallique.

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Lors de la mise en œuvre, il faut veiller à ne pas mettre de mortier en excès afin qu’il ne vienne pas combler l’espace de ventilation.

Parement en brique sur mur à ossature bois

Normes P 10-201-1 (DTU 20.1) (sept. 1985, oct. 1993, avril 1994, déc. 1995, déc. 1999) Ouvrages en maçonnerie de petits éléments – Parois et murs – Partie 1 : Cahier des clauses techniques. P 10-202-2 (DTU 20.1) (sept. 1985, oct. 1993, avril 1994, dé. 1995, dé. 1999) Ouvrages en maçonnerie de petits éléments – Parois et murs – Partie 2 : Règles de calcul et dispositions constructives minimales P 10-202-3 (DTU 20.1) (septembre 1985, octobre 1993, avril 1994, décembre 1995) Ouvrages en maçonnerie de petits éléments – Parois et murs – Partie 3 : Guide pour le choix des types de murs de façades en fonction du site.

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Revêtements plastiques épais (RPE)

Principes La technique consiste à passer un enduit acrylique ou polyuréthanne sur un panneau support. Il ne faut pas assimiler cette finition avec un "crépis", car il s’agit d’une peinture qui doit faire l’objet d’un entretien régulier (en général tous les 7 ans, selon les Avis Techniques) afin d’assurer la protection permanente du panneau.

Support Les panneaux de particules CTBH et les panneaux OSB sont exclus. Les panneaux de contreplaqué CTBX sont admis s’ils sont en bois exotique ou feuillu indigène et sans nœud sur la face extérieure. Leur épaisseur minimum est de 15 mm. D’autres panneaux peuvent être utilisés comme les panneaux de fibres-ciment et les panneaux de particules liées au ciment. On vérifiera pour chaque produit l’avis technique relatif aux panneaux supports.

Précautions principales de mise en œuvre Le panneau support doit recevoir en atelier, sur ses 6 faces, le produit primaire préconisé par le fabricant de façon à ce qu’il ne s’imprègne pas d’humidité sur le chantier avant l’application du RPE et qu’il soit équilibré. Lors de la pose du panneau, il faut respecter un écartement entre les plaques pour réaliser le joint en permettant une variation dimensionnelle du panneau. Les joints horizontaux ne doivent jamais être exécutés dans le même plan, comme les joints verticaux. Deux solutions sont pratiquées : . Débords du panneau haut décalé sur panneau bas, . Bavette aluminium si les panneaux restent dans le même plan. La réalisation des joints doit être effectuée avec soin et avec des produits spécifiés dans l’avis technique : . Fond de joint sur l’ossature ou le liteau pour éviter qu’il n’adhère, . Joint de remplissage en mousse, . Joint à la pompe, . Calicot ou marouflage. Lors de l’application du RPE, on doit veiller aux conditions de température et d’humidité : température supérieure à 5°C et pas de pluie sur le RPE pendant l’application et le temps de séchage. De plus, on préférera un aspect "gratté" aux aspects trop "rugueux" afin d’éviter l’apparition de micro-organismes qui vont salir la façade. Cet ensemble de conditions (non exhaustives) rend cette solution technique délicate à mettre en œuvre. Cependant, si toutes les conditions de l’Avis Technique sont respectées et si l’entretien est fait régulièrement, cette solution peut être préconisée.

Normes Cette technique n’est pas prise en compte dans le DTU 31-2 et elle doit donc faire l’objet d’un Avis Technique du CSTB. Plusieurs fabricants ont un tel avis.

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Pierres minces Principes Cette technique consiste à utiliser des parements en pierres naturelles de faible épaisseur (15 à 30 mm) maintenue par des attaches métalliques sur la paroi. Lorsque les pierres sont très minces, et afin de limiter la fragilité aux chocs, on dispose sur les liteaux un coffrage perdu (panneaux de fibres-ciment par exemple). Comme pour la brique, une lame d’air ventilée doit être ménagée.

Fixation La solution la plus courante consiste à utiliser des pattes d’accrochage réglables en acier inoxydable. Celles-ci sont introduites dans les rainures horizontales pratiquées dans la pierre. Quatre pattes doivent être prévues par plaque de pierre. Il existe également des solutions par clipage de la pierre mince sur des profils horizontaux spéciaux. Cette solution facilite le remplacement d’une pierre en cas de bris.

Support La mise en œuvre doit être effectuée sur un support discontinu protégé par un pare-pluie. L’entraxe maximal du support doit être inférieur à 0,40 m. La largeur d’appui des supports doit être supérieure ou égale à 35 mm.

Précautions principales de mise en œuvre L’emploi de revêtements muraux attachés en pierre mince est limité aux bâtiments à deux niveaux au plus. Le revêtement de pierre doit être désolidarisé de la paroi par une lame d’air ventilée ayant en tout point une épaisseur supérieure à 10 mm.

Normes NF P 65-202-2 (DTU 55.2) (octobre 2000) Travaux de bâtiment - Marchés privés - Revêtements muraux attachés en pierre mince - Cahier des clauses spéciales. NF P 65-202-1 (DTU 55.2) (octobre 2000) Travaux de bâtiment - Revêtements muraux attachés en pierre mince Cahier des clauses techniques DTU 55.2

Mémento pour les maîtres d’œuvre - Conception des revêtements muraux attachés en pierre mince

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Feuilles métalliques pliées

Principes La technique consiste à utiliser des feuilles métalliques (zinc, cuivre, acier inoxydable) en grande longueur (jusqu’à 10 m) mais en faible largeur (inférieure à 60 cm). Ces feuilles sont agrafées entre elles sur toute leur longueur. Le pliage se fait sur chantier ou par préfabrication. Il a pour but d’assurer la rigidité et l’étanchéité des feuilles. La fixation se fait par des pattes clouées, visées ou agrafées sur un support en bois.

Support Les panneaux de contreplaqué, d’OSB ou de particules peuvent être utilisés. Leur épaisseur varie de 16 à 22 mm selon l’écartement du support et la pression du vent. On veillera à vérifier leur compatibilité, notamment avec le zinc (voir l’Avis Technique). Le voligeage en bois représente cependant la solution la plus courante. Les voliges en sapin, épicéa, pin ou peuplier ont une épaisseur comprise entre 20 et 27 mm (minimum 12 mm). On exclut les voliges, dont l’essence de bois a un PH supérieur à 5 (chêne, châtaignier…) afin d’éviter les problèmes de corrosion. Les voliges dont la largeur est toujours inférieure à 14 cm doivent avoir leur cœur situé vers l’extérieur, sinon les irrégularités du voligeage apparaîtront sur le métal. Les voliges sont généralement clouées jointives sur les tasseaux mais elles peuvent aussi être montées à claire voie. Elles doivent être correctement ventilées sur leur face arrière.

Fixation La fixation des feuilles se fait par des pattes clouées, agrafées ou vissées. On utilise de préférence des vis inox (4 x 40 mm). Les fixations servent à éviter le glissement, mais aussi la succion des feuilles par le vent.

Précautions principales de mise en œuvre Les phénomènes d’ondulation des métaux en feuilles minces sont nuisibles à l’esthétique des façades. Ceci conduit à proportionner correctement les dimensions des feuilles selon leur épaisseur et leur longueur. Les feuilles doivent avoir une épaisseur au moins égale à 0,8 mm. La longueur courante est de 3 m avec une largeur de 50 cm. Au-delà de 6 m, la largeur de base des feuilles ne doit pas dépasser 40 cm. •

• Les joints debouts ou à double pli offrent une belle finesse de lignes, mais les joints à pli angulaire permettent de réaliser des joints pliés plus rigides et plus rectilignes.

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• On veillera à permettre la libre dilatation des métaux, notamment en évitant les fixations bridantes en bout de feuille. Une solution courante consiste à utiliser des bandes d’agrafes avec un jeu de 20 mm. • L’interposition d’un élément intermédiaire (feutre ou film plastique) entre le métal et le voligeage est interdite. Afin de faciliter le travail sur chantier, il existe des bacs préfabriqués et petits éléments du type losanges ou micro-bacs.

Normes DTU 40.41 (DTU P 34-211)

Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en zinc Cahier des clauses spéciales

DTU 40.41 (DTU P 34-211)

Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en zinc Cahier des clauses techniques

NF P 34-215-2 (DTU 40.45)

Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en cuivre Cahier des clauses spéciales

NF P 34-215-1 (DTU 40.45)

Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en cuivre Cahier des clauses techniques

P 34-214-2 (DTU 40.44) (décembre 1994) Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en acier inoxydable étamé Cahier des clauses spéciales P 34-214-1 (DTU 40.44) (décembre 1994) Couverture par éléments métalliques en feuilles et longues feuilles en acier inoxydable étamé Cahier des clauses techniques

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Bacs et tôles métalliques

Principes Les bacs et tôles métalliques représentent une solution courante dans la construction métallique, mais ils peuvent également trouver un domaine d’application dans la construction à ossature bois. Réalisés par des bacs préfabriqués de grande longueur et d’une largeur voisine de 1 m en acier protégé, en acier inoxydable ou en aluminium, les bardages métalliques permettent de recouvrir économiquement les grandes surfaces murales. L’existence de nombreux accessoires (profilés d’angle, bavettes diverses…) permet la réalisation simple de tous les points singuliers. Du type d’ondes et de leur orientation (verticale ou horizontale) dépendent la rigidité de la tôle, sa portée et son esthétique.

Supports Les bacs sont fixes sur des lisses en bois ou des profilés à froid en acier galvanisé. L’écartement des supports dépend du profil, de l’épaisseur et des pressions/dépressions appliquées sur le bardage. L’écartement moyen est compris entre 1,50 m et 3 m. La largeur minimum des appuis en acier est de 40 mm pour un appui en bout, de 60 mm pour un appui intermédiaire sous une tôle continue, et de 70 mm pour un appui intermédiaire servant d’appui pour deux tôles bout à bout. Les appuis en bois doivent avoir une largeur au moins égale à 60 mm.

Fixations La fixation des bacs se fait en creux d’ondes par des vis auto foreuses (6 x 25 mm) sur un appui en acier et des vis à bois sur un support en bois. Les vis à tête hexagonale sont munies de rondelles d’étanchéité. Pour certains bacs alu de faible largeur (< 400 mm), on utilise une technique de fixation par pattes dérivées du bardage en feuille à joint debout. Cette solution permet de mieux gérer les problèmes de dilatation. La pince (distance entre la fixation et l’extrémité de la tôle) doit être au moins de 15 mm.

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Précautions principales de mise en œuvre Les bacs peuvent être utilisés en grande longueur (jusqu’à 12 m pour l’acier et 20 m pour l’aluminium) et ne posent pas de problème de calepinage particulier. La pose peut se faire à ondes verticales ou horizontales. Leur mise en œuvre forme une étanchéité continue des parois qui ne nécessitent pas de pare-pluie sauf en cas de protection temporaire des parois en bois. Attention à la dilatation thermique des métaux pour les bacs de grande longueur et de couleur sombre. Ceci est particulièrement vrai pour l’aluminium. La durabilité des tôles dépend de l’environnement et de la qualité du traitement des surfaces. Sur les bacs en acier, la protection par des laques fluorées est aujourd’hui la plus durable. Pour les bacs en aluminium, il est recommandé d’utiliser également des bacs protégés (protection zinc/alu, laquage…). Il faudra veiller à la compatibilité entre les bacs et les autres matériaux (cuivre, plomb, bois, …).

Normes NFP 34-206-2 (DTU 40.36) Couvertures en plaques nervurées issues de tôles d’aluminium prélaqué ou non. Cahier des clauses spéciales. NFP 34-206-1 (DTU 40.36) Couvertures en plaques nervurées issues de tôles d’aluminium prélaqué ou non. Cahier des clauses techniques DTU 40.42 (DTU P 34-212) (juin 1965, avril 2000) Travaux de couverture par grands éléments métalliques en feuilles ou bandes en aluminium. Cahier des charges. DTU 40.42 (DTU P 34-212) Travaux de couverture par grands éléments métalliques en feuilles ou bandes en aluminium. Cahier des charges. NFP 34-205-1 (DTU 40.35) Couvertures en plaques nervurées issues de tôles d’acier revêtues. Cahier des clauses techniques. NFP 34-205-2 (DTU 40.35) Couvertures en plaques nervurées issues de tôles d’acier revêtues. Cahier des clauses spéciales. NFP 84-206-1 (DTU 43.3)

Mise en œuvre des toitures en tôles d’acier nervurées avec revêtement d’étanchéité. Cahier des clauses techniques.

NFP 84-206-2 (DTU 43.3)

Mise en œuvre des toitures en tôles d’acier nervurées avec revêtement d’étanchéité. Cahier des clauses spéciales.

DTU 40.43 (DTU P34-213)

Couverture par grands éléments métalliques en feuilles et bandes en acier galvanisé. Cahier des charges.

DTU 40.43 (DTU P 34-213) Couverture par grands éléments métalliques en feuilles et bandes en acier galvanisé. Cahier des clauses spéciales.

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Plaques de fibres ciment Principes Le système consiste à utiliser des plaques de faible épaisseur (6 à 8 mm) en fibres ciment comprimées et autoclavées. Les plaques peuvent avoir un parement brut ou lisse, coloré et satiné. Leurs dimensions sont comprises entre 60 cm et 120 cm en largeur et peuvent atteindre 3 m en longueur. Elles sont vissées sur des tasseaux.

Plaques planes en fibre-ciment

Support Le support est réalisé par des tasseaux dont la section est au moins de 20 x 65 mm cloués sur le mur à ossature légère. Ceux-ci sont toujours disposés verticalement quelle que soit la disposition des plaques. Leur entraxe dépend du format des plaques sans pouvoir excéder 60 cm.

Fixation La fixation des plaques est assurée par des vis inox de 4 x 30 mm à tête large. L’écartement des vis dans le sens vertical dépend de la région et du site d’exposition. Il est généralement compris entre 300 et 500 mm. La position par rapport aux bords de plaques est au moins de 20 mm afin d’éviter tout risque de casse. Les plaques sont percées avant vissage.

Précautions principales de mise en œuvre Les plaques peuvent être montées verticalement ou horizontalement. On veillera à assurer un calepinage soigné prenant notamment en compte la position et les dimensions des baies. Une lame d’air ventilée d’au moins 20 mm doit être assurée. On prévoit un jeu d’environ 6 mm au pourtour des plaques. Les joints horizontaux sont obstrués à l’aide de joints H de type Batiprofil pincés sur la plaque inférieure. Ils peuvent également être laissés ouverts. Les joints verticaux peuvent être laissés ouverts à condition de placer un joint d’étanchéité sur le tasseau . Ils peuvent aussi être revêtus d’un couvre-joint en bois ou en métal.

Normes GS n° 5 : CTP Couvertures en plaques profilées en fibres-ciment faisant l’objet d’un avis technique Cahier des prescriptions techniques d’exécution (juin 2000) (Cahiers du CSTB 3297 novembre 2000)

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Ardoises Principes Dérivée des systèmes de toiture, la technique des revêtements muraux en ardoises fait appel à des ardoises naturelles ou en fibre-ciment fixées par des crochets sur un lattage ou un voligeage.

Ardoises naturelles

Ardoises en fibres-ciment

Supports Le support peut être réalisé par des voliges ou des liteaux posés sur un contre liteaunage afin d’assurer une ventilation. L’épaisseur minimum des liteaux dépend de la distance des appuis : - De 14 à 19 mm pour portées < 40 cm, - 25 mm pour portées > 40 cm. La largeur des liteaux est comprise entre 40 et 50 mm. L’écartement entre liteaux est compris entre 12 et 30 cm selon le type d’ardoise.

Fixations Les crochets sont constitués par des fils de ∅ 3 mm en acier galvanisé ou de préférence en acier inoxydable. Ils peuvent être à pression pour les épaisseurs de liteaux inférieures à 18 mm et à pointe pour les épaisseurs supérieures. La pose des ardoises à clous est également pratiquée, mais elle rend les opérations de remplacement beaucoup plus délicates en cas de bris.

Précautions principales de mise en œuvre Les ardoises peuvent être posées droites (à pureau entier) ou en diagonale. Cette dernière pose s’accommode mieux des façades de formes simples et comportant peu d’ouverture. Une lame d’air d’au moins 20 mm doit être assurée sur la face arrière de l’ardoise. Il est préférable pour éviter les risques de bris, de poser les ardoises situées en partie basse de façade sur des voliges. Tous les points singuliers (angles, baies…) seront réalisés de préférence avec des feuilles métalliques façonnées (zinc, cuivre, inox…).

Normes NF P 32-201-1 (DTU 40.11)

Couverture en ardoises – Cahier des charges

NF P 32-201-2 (DTU 40.11)

Couverture en ardoises – Cahier des charges spéciales

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Bardeaux en terre cuite

Principes La technique des revêtements muraux en terre cuite renvoie à deux grandes familles de produits. Les produits à simple accrochage sont voisins des tuiles plates de couverture. Ils se posent à recouvrement en écaille et s’accrochent sur des liteaux en bois. Les produits à double accrochage sont plus élaborés. Ils sont posés dans un même plan et viennent s’emboîter sur des profilés métalliques.

Supports Le support peut être réalisé par des liteaux en bois ou des profilés en aluminium dont la section (forme et dimension) est appropriée au système d’accrochage du bardeau. Les fabricants de bardeaux assurent généralement la fourniture de ces produits spécifiques.

Bardeaux de terre cuite

Fixation La pose se fait par suspension et emboîtement sur le profilé support. Un blocage mastic adapté est parfois nécessaire selon les produits.

Précautions principales de mise en œuvre Un joint d’environ 5 mm doit être prévu en périphérie pour les bardeaux accrochés dans un même plan afin de permettre un mouvement de structure. On assurera un calepinage soigné afin de limiter les coupes et de contrôler l’esthétique de la façade. En cas de coupe horizontale, on doit veiller à ne pas sectionner le profil d’accrochage. Une lame d’air d’au moins 20 mm doit être assurée sur la face arrière des bardeaux en terre cuite. Sur certains produits, des crochets anti-arrachement doivent être posés sur le premier rang. CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Les points singuliers (angles, baies…) seront réalisés avec des accessoires spécifiques réalisés par le fabricant.

Normes NF P 31-203-2 (DTU 40.211)

Couvertures en tuiles de terre cuite à emboîtement à pureau plat - Partie 2 : Cahier des clauses spéciales

NF P 31-203-1 (DTU 40.211)

(septembre 1996, janvier 1999) Couvertures en tuiles de terre cuite à emboîtement à pureau plat - Partie 1 : Cahier des clauses techniques

NF P 31-202-1 (DTU 40.21)

Couvertures en tuiles de terre cuite à emboîtement ou à glissement à relief - Cahier des clauses techniques

NF P 31-202-2 (DTU 40.21)

Couvertures en tuiles de terre cuite à emboîtement ou à glissement à relief - Cahier des clauses spéciales

NF P 31-204-2 (DTU 40.23)

Couvertures en tuiles plates de terre cuite Partie 2 : Cahier des clauses spéciales

NF P 31-204-1 (DTU 40.23)

Couvertures en tuiles plates de terre cuite Partie 1 : Cahier des clauses techniques

Mais encore … Ce rapide panorama des revêtements est loin d’avoir épuisé toutes les solutions possibles pour recouvrir les murs à ossature bois. Des projets d’architectes ont eu recours à d’autres solutions : • Toiles • Membranes d’étanchéité • Bardeaux bitumeux • Verre • Plaques en polycarbonate alvéolaire • Tuiles en béton • Céramique • …

Plaques alvéolaires en polycarbonate

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Table des matières SOMMAIRE

1 - HISTORIQUE Le bois nomade Habitudes en bois À l’origine des temples Opus craticium Pagodes à consoles Églises debout Le mur en bois massif empilé Colombages vernaculaires Le "Stick style" Le "Shingle style " La charpente composée Les charpentes ballon et plate-forme Le pittoresque industriel Le bois lamellé-collé

2 - CONCEPTION GENERALE Comparaison des différents principes constructifs courants pour l’habitat ou les petits bâtiments Comparaison des différentes logiques de production Facteurs de choix d’un principe constructif Incidences du choix constructif sur la conception du projet

3 - FONDATIONS 3 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes de fondations Facteur de conception des systèmes de fondations 3 - 2 - SEMELLES FILANTES Principes Matériaux Pré-dimentionnement Fondation sur sol en pente Semelles excentrées Mise hors-gel des fondations Murs d'infrastructure Protection des fondations Normes et DTU 3 - 3 - PLOTS ET LONGRINES Principes Matériaux Pré-dimentionnement Jonction des plots et des longrines Mise hors-gel des fondations Normes et DTU 3 - 4 - FONDATIONS EN OSSATURE BOIS TRAITÉ Principes Matériaux Pré-dimentionnement Semelle des fondations Ossature des fondations Revêtements des fondations Planchers bas Planchers haut Protection des fondations Drainage Normes et DTU 3 - 5 - PIEUX ET PILOTIS EN BOIS Principes Matériaux Matériaux Pré-dimensionnement Jonctions pilotis - poutres Pieds Contreventement CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Normes et DTU

4 - MURS 4 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes porteurs verticaux Facteurs de conception des systèmes porteurs verticaux 4 - 2 - MURS À OSSATURE LÉGÈRE EN BOIS Principes Matériaux Pré-dimensionnement Lisses et sablières Liaisons des parois Baies Contreventement Éléments de renfort Percements et entailles Constituants du mur Feu Isolation Types de panneaux Types de mise en œuvre Normes et DTU 4 - 3 - SYSTÈME POTEAUX ET POUTRES EN BOIS Principes Matériaux Pré-dimensionnement Assemblages des poteaux et des poutres Contreventement La structure et les fondations La structure et les remplissages Feu Normes et DTU 4 - 4 - MURS EN MADRIERS OU RONDINS EMPILÉS Principes Matériaux Types de profilés Pré-dimensionnement Tassement Assemblages Appuis Baies Isolation Fluides et gaines Fixation des éléments suspendus Feu Entretien Exemple de chantier Normes et DTU

5 - PLANCHERS 5 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes de planchers Facteurs de conception des différents systèmes de planchers 5 - 2 - PLANCHERS EN BOIS MASSIF Principes Matériaux Pré-dimensionnement Clouage Appuis et jonctions Supports de revêtements de sols Fluides et gaines Porte-à-faux et trémies Isolation Feu Autres planchers en bois massif Normes et DTU 5 - 3 - PLANCHERS PAR SOLIVAGE CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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43 43 43 44 45 45 46 46 47 53 56 59 62 64 65 67 68 71 73 76 77 77 78 78 79 82 85 87 89 89 90 90 90 91 92 92 93 94 94 95 96 96 96 96 97 97

98 98 98 99 100 100 101 102 102 103 104 104 105 106 107 107 108 109

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Principes Matériaux Pré-dimensionnement Appuis et jonctions Liaisonnement des solives Platelage Fluides et gaines Cloisons intérieures Porte-à-faux et trémies Plancher sur vide sanitaire Isolation Feu Autres planchers par solivage Normes et DTU

6 - CHARPENTES 6 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents systèmes d’ossature de toiture Facteurs de conception des systèmes de charpente 6 - 2 - FERMES ET PANNES Principes Matériaux Différents types de fermes Pré-dimensionnement Assemblages Fixation des fermes aux appuis Fixation des pannes Contreventement Rives et saillies Normes et DTU 6 - 3 - FERMES INDUSTRIALISÉES Principes Matériaux Différents types de fermes industrialisées Pré-dimensionnement Assemblages Antiflambement Contreventement Appuis Fixation aux appuis Trémies Rives et saillies Formes particulières Normes et DTU 6 - 4 - CHARPENTES – CHEVRONS Principes Matériaux Différents types de charpentes-chevrons Pré-dimentionnement Assemblages Antiflambement Contreventement Fixation aux appuis Trémies Feu Rives et saillies Normes et DTU

7 - REVETEMENTS MURAUX EXTERIEURS 7 - 1 - CONCEPTION Comparaison des différents revêtements extérieurs 7 - 2 - LES BARDAGES EN LAMES Principes Matériaux Types de lames Dimensions des lames Fixation CNDB – Module de Formation n°2 – version 2

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Tasseaux Types de pose Ventilation Pare-pluie Arrêt au sol Jonctions entre bardages Baies Angles Feu Préservation / finitions Autres produits Normes et DTU 7 - 3 - LES BARDAGES EN BARDEAUX Principes Matériaux Types de bardeaux Dimensions des bardeaux Fixations Tasseaux Types de pose Ventilation Pare-pluie Arrêts au sol Jonctions entre bardages Baies Angles Feu Préservation / finitions Autres produits Normes et DTU 7 - 4 - LES BARDAGES EN PANNEAUX Principes Matériaux Types de panneaux Dimensions des panneaux Fixations Tasseaux Types de pose Ventilation Pare-pluie Arrêt au sol Jonctions entre panneaux Baies Angles Feu Préservation / finition Autres produits Normes et DTU 7 - 5 - MATERIAUX DE REVETEMENTS AUTRES QUE LE BOIS Enduits hydrauliques Parement en maçonnerie Revêtements plastiques épais (RPE) Pierres minces Feuilles métalliques pliées Bacs et tôles métalliques Plaques de fibres ciment Ardoises Bardeaux en terre cuite Mais encore …

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BIBLIOGRAPHIE

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• Construction à ossature bois. Conception et mise en œuvre / Hélène Skoutarides ; Marcel Denance. Paris : Eyrolles, 1995. • Construire en bois. Choisir Concevoir Réaliser / Karl-Heinz Götz ; Dieter Hoor ; Karl Mölher ; NATTERER, Julius. Lausanne : Presses polytechniques et universitaires Romandes, 1988. • Construire en bois 2 / Thomas Herzog ; Michael Volz ; Julius Natterer. Lausanne : Presses polytechniques et universitaires Romandes, 1994. • Bardages bois / CTBA. Paris : CTBA/Techniques et Architecture, 1990. • La charpente industrialisée en bois. Un ensemble à bien concevoir et à bien mettre en œuvre. Paris : Eyrolles/CTBA, 1998. • Construire avec le bois / Dominique Gauzin-Müller. Paris : Le Moniteur, 1999. • Détails bois : collection des 11 numéros Paris : CNDB, 1995-2000. • Lignatec 8/2000. Revêtements de façade en bois non traité. Zürich : Lignum, 2000. • Manuel de la construction en bois. Guide complet des utilisations architecturales du bois dans la construction. Ottawa : Conseil Canadien du Bois (CCB), 1997. • Construction de maison à ossature bois – Canada. Ottawa : Société canadienne d'hypothèques et de logement (SCHL), 1998. • Planchers en bois pour les bâtiments destinés à l'habitation, à l'industrie et l'administration. Zürich : Forum du bois CSRB, Lignum, Cedotec, 1996. • Enveloppe de bâtiments à ossature de bois. Ottawa : Société canadienne d'hypothèques et de logement (SCHL), 1999.

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Module de formation n° 2

Technologies de construction bois Coordination : Jean-Claude GUY – CNDB Auteur : Jean-Claude BIGNON – CRITT-CRAI Nancy Dessins : Damien HANSER – CRITT-CRAI Nancy Réalisation : Jérôme GRIVET – CNDB

COMITÉ NATIONAL POUR LE DÉVELOPPEMENT DU BOIS

6, avenue de Saint-Mandé - 75012 Paris Tél : 01 53 17 19 60 Fax : 01 43 41 11 88 E-mail : [email protected]

www.bois-construction.org

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