Solutions - Charpente traditionnelle

Structures porteuses

- Il s'agit généralement des murs ; le technicien commence par les dessiner car ce sont eux qui vont servir de base à la réalisation de la charpente. Les dimensions doivent être parfaitement définies (voir dans concevoir / le projet) pour la bonne réalisation de la charpente. Une fois le dessin des murs établi, le maçon devra respecter rigoureusement les côtes (tolérance ± 1 cm). Le choix des fermes et les pièces passantes.

- Une charpente traditionnelle est constituée généralement d'une superposition à l'équerre de plusieurs pièces :

• La ferme qui est la structure porteuse
• Les pannes qui s'appuient sur la ferme
• Les chevrons ou empannons qui sont cloués sur les pannes
• Les liteaux ou voliges pour le support de couverture

- Aux quels il faut ajouter les solivages.

- Les pièces passantes et solives.

- Ce sont les pièces droites qui s’appuient sur les fermes. Dans le cas de charpente très simple il peut n’y avoir que des pièces passantes comme dans l’exemple ci-contre ou la charpente s’appuie uniquement sur des pignons en maçonnerie. Cette solution peut s’avérer intéressante pour des petits ouvrages par exemple des garages mais est coûteuse pour des maisons ou des bâtiments. Les pannes.

- Elles sont posées soit verticalement, soit plus généralement perpendiculaires à l'arbalétrier de la ferme. Si elles sont en sapin on choisira une section rectangulaire. Pour une portée entre ferme de 4 m et un espacement de 1,80 m environ on utilisera souvent une section commerciale de 75 x 225 mm. Plus rarement on utilise des pannes en chêne de section carrée 150 x 150 mm. Dans tous les cas les pannes devront être calculées soigneusement car c'est souvent un point faible de la charpente traditionnelle.

La sablière

- C'est une panne généralement de plus faible section que l'on vient sceller sur le chaînage de la maçonnerie. Bien que cela ne soit pas conseillé on la voit quelquefois appuyée sur l'entrait de la ferme. La faîtière C'est une panne qui se trouve au sommet de la toiture. Elle est délardée sur deux côtés pour tenir compte des deux versants de la toiture Les chevrons Ils sont toujours présent sur une charpente traditionnelle .ils servent de support à la couverture et sont posés dans le sens de la pente ; ils sont posés parallèlement avec un écartement compris entre 40 et 60 cm en fonction de la charge sur la toiture et de la section des liteaux de couverture. Ils sont cloués sur les pannes, en tête sur la faîtière et en rive sur la sablière Les empanons Ce sont des chevrons avec une coupe biaise pour s’appuyer sur une noue ou un arêtier Les solivages Ce ne sont pas des pièces passantes à proprement parler Ce sont des pièces droites et horizontales généralement sur deux appuis .Elles ont pour fonction le support d’un plancher, d’un plafond ou les deux à la fois. Pour éviter le déversement il faut les entretoiser, sauf si la portée est faible. Elles s’appuient sur de la maçonnerie, des poutres ou des fermes ,mais dans ce dernier cas pour porter un plafond Les fermes La structure porteuse et les indications données par le maître d'œuvre ou le maître d'ouvrage (voir dans concevoir / le projet) vont conduire à un choix de fermes parmi les nombreuses solutions possibles. On distingue :

• Fermes combles perdues
• Fermes combles habitables
• Fermes boiteuses
• Fermes d’arêtiers ou de noues
• Portiques

Les principales pièces d’une ferme sont les suivantes :

Les croquis ci-dessous ne sont pas limitatifs et ne servent qu'à illustrer les différentes catégories de fermes. 1. Les fermes combles perdus

Pour ce type de charpente il faudra toujours vérifier par le calcul qu’il n’y a pas renversement de charges sous certaines conditions. Si c’est le cas il peut être nécessaire de renforcer des assemblages avec des ferrures.

2. Les fermes combles habitables.

3. Les fermes boiteuses.

Ces fermes sont très utiles dans le cas de formes de toiture complexes :

1. Utilisé dans le cas de ferme tronquée, attention a la poussée horizontale 2. Très utile dans certains cas, notamment s’il y a un terrassons 3. Indispensable dans le cas comble avec retour habitable. Elle s’appuie généralement sur une autre ferme ou un mur en maçonnerie. 4. Fermes d’arêtier ou de noue

La portée pour des bois massif doit rester inférieure à 10 mètres. Les aménagements de combles Avec les fermes combles aménageables sur dalle (voir plus haut le «choix des fermes»), il est très facile d'aménager des combles confortables mais il y a quelques points à examiner par le concepteur.

1. La surface habitable, c'est-à-dire supérieure à 1.80 m, lorsque le comble est aménagé, est généralement surestimée car on ne tient pas compte des épaisseurs de l’isolation
2. Il faut tenir compte éventuellement de l’épaisseur de la chape ou d’un revêtement de sol épais.
3. Si l’isolation se pose sous les chevrons il faudra mettre un contre lattage en bois ou en métal pour obtenir une épaisseur suffisant.
4. Les pieds de ferme ont généralement un encombrement de un mètre environ il faudra en tenir compte pour les aménagements des pièces et notamment la salle de bain.
5. Dans certains cas il peut être nécessaire de poser une panne gênante pour la circulation, dans ce cas consulter le charpentier.

Les chevêtres de toiture Il n'est pas possible de couper des fermes pour faire passer une cheminée ou un escalier; ni pour dégager une ouverture de fenêtre. La seule solution est de la déplacer ce qui peut entraîner une modification plus ou moins importante de la charpente. Donc il faudra que tous ces éléments soient positionnés au moment de la conception de la charpente.

Pour les pannes et chevrons, il sera par contre très facile de faire un chevêtre pour créer un passage ou une ouverture .comme on peut le constater sur les deux schéma ci-dessus. Pendant longtemps on a défini la distance au feu; maintenant, pour les conduits de fumée, on définit la distance de sécurité.

La distance de sécurité est définie dans la norme P 51-201 (DTU 24-1) de février 2006 en fonction de la classe de température et de la résistance thermique. X varie de 2 cm à 10 cm pour les conduits maçonnés et de 2 à 15 cm pour les conduits métalliques. L'ancienne règle donnant 17 cm de distance au feu (intérieur du conduit) est pratiquement toujours suffisante. Les singularités Ici on va examiner les saillies en façades et les rives en pignons. 1. Les saillies Leur fonction est de protéger le haut de la maçonnerie contre la pluie, et si elles sont de grande dimension elles peuvent protéger des menuiseries ou un balcon, mais elles sont surtout crées en fonction de l'architecture régionale .Lorsque il n’y a pas de saillie la finition est généralement faite en maçonnerie ou un simple bandeau. Il faut toujours donner une description précise de la saillie car elle a une influence sur l'épure de la charpente.

a) Débord avec chevrons apparents et cache moineaux ou mortier de remplissage b) Débords avec chevron apparent et coyau c) Débord avec coyau important d) Débords avec caisson e) Sans débord avec corniche 2. Les rives Elles ont une fonction de protection du pignon contre la pluie et les salissures mais leur rôle est aussi esthétique et dépend beaucoup de l’architecture locale. Il est nécessaire de se renseigner .au près des services de la préfecture. On distingue les pignons avec ou sans rives en débordement : A. Les rives avec débordement.

L'habillage se fait sur les chevrons extérieurs qui eux même sont posés sur les pannes L'embout des pannes peut être plus ou moins travaillé et nous verrons au chapitre “usiner” les profils qui sont réalisables avec les machines les plus courantes. Il est conseillé de ventiler le caisson. B. Les rives sans débordement

Dans ce cas le chevron vient se poser contre la maçonnerie et la rive est réalisée selon les régions avec une tuile à rabat, avec une finition au mortier, ou un acrotère. Les assemblages Les assemblages bois sur bois Ce sont les assemblages traditionnels par excellence. Ils sont généralement lié par une cheville en bois dur qui ne doit en aucun cas être prise en compte dans le calcul de résistance mécanique de l’assemblage. Si nécessaire ils peuvent être complétés par des pointes, des boulons ou une ferrure. Il existe une très grande variété de ce type d’assemblage certains très sophistiqués nous ne présentons ici que les plus courants.

Les assemblages utilisant des pièces métalliques.

l en existe un grand nombre pour s’adapter à tous les cas de figure. Consultez la liste des fabricants d’accessoires et leurs catalogues.

Les assemblages cloués ou boulonnés.

Ces assemblages sont utilisés en particulier pour les pièces moisées. Ils sont indispensables pour reprendre les efforts de traction. Leur mise en œuvre doit être conforme a l’eurocode 5. Voir dans mettre en œuvre / assembler puis “mise en œuvre des liaisons” Les organes d’assemblages métalliques doivent si nécessaire être protéges contre la corrosion. Voir dans concevoir / analyser puis “classes de services”. Les contreventements En charpente traditionnelle il faut mettre en place les contreventements de stabilité pour éviter un renversement et un dispositif pour éviter le flambage des pannes. Le flambage des fermes n'est à considérer que pour la charpente boulonnée de grande dimension.

1. Le contreventement de stabilité.

Généralement les liens de faîtage (fig. 1) sont suffisants pour assurer la stabilité compte tenu du système tridimensionnel que constitue une charpente traditionnelle complète. Cependant dans de grandes charpentes ces liens de faîtage sont insuffisants, ils sont remplacés par une poutre dans le plan des poinçons (fig. 2). Vous pouvez observer sur de vieilles charpentes que ces éléments fonctionnels étaient souvent utilisés comme éléments décoratifs. Une autre solution très efficace et économique consiste à mettre les antiflambages de pannes en K sur la totalité d'une travée (fig. 3), notamment lorsque le bâtiment est grand ou sur les charpentes avec portique. Pour qu’ils soient efficaces il faut alors les mettre sur des boîtiers dans l’épaisseur des arbalétriers. 2. Les antifléchissements de pannes Les pannes sont généralement le point faible d'une charpente traditionnelle, voir “contraintes techniques et pathologie”. Il convient de surveiller particulièrement les risques de flexion, voir dans calculer.

Comme on peut le voir ci-contre ce sont généralement les chevons qui sont chargés de reprendre les efforts dans le sens de la pente du toit, à condition que ceux-ci soient bien fixés sur une sablière rigide, elle-même fixée sur un chaînage convenablement armé.

Mais dans le cas ci-dessus, la sablière de peut pas reprendre les efforts qui descendent dans les chevrons, et dans ce cas, un antifléchissement s'impose. Les charges dans le plan de la toiture devront être reprises par une triangulation comme sur le plan ci-joint. Les efforts sont renvoyés sur les entraits de ferme, soit par un clouage soigné, soit une ferrure. Si les pannes sont posées verticalement le dispositif n'est pas nécessaire, mais d'autres problèmes peuvent apparaître, notamment si on fixe solidement les chevrons au chaînage, voir “contraintes techniques et pathologie”.