LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
Ouvrages en commandePhotovoltaïque autonome
Photovoltaïque raccordé au réseau
Toitures > Les charpentes
La charpente, support de la couverture, est la plupart du temps en bois mais les charpentes métalliques sont également rencontrées.
Les charpentes en bois
Il existe trois types différents de charpente en bois :
- La charpente en bois traditionnelle qui est composée d'un assemblage d'éléments en bois constituant des fermes, elles mêmes soutenant des pannes et des chevrons en bois.
- La charpente en bois industrialisée, dénommée fermette. Préfabriquée et plus légère que la charpente en bois traditionnelle, elle ne comporte ni pannes ni chevrons, la couverture est directement posée sur ces fermettes. Les fermettes sont de faible épaisseur (36 à 47 mm environ) et sont reliées par des pièces de contreventement et d'antiflambement. Ce type de charpente permet des portées plus importantes que la précédente.
- La charpente en bois lamellé-collé. Cette technique permet de constituer des équarrissages introuvables naturellement par collage de lamelles de bois avec des mises en forme particulières. Les portées possibles sont très importantes.
| Charpente bois traditionnelle | Charpente bois industrialisée | Charpente bois lamellée-collé | |
|---|---|---|---|
| Inconvénients | - Assemblage bois sur bois à entailles, plus performants en compression qu'en traction. - Reconduction empirique d'équarrissages prédimensionnés par des habitudes locales de sciage. |
- Avec les fermettes pour combles perdus, l'aménagement ultérieur des combles est difficile et couteux, voire impossible. La surface en combles est alors perdue car encombrée par les éléments de triangulation des fermettes. | - Nécessité d'une étude particulière, surtout pour les charpentes extérieures (exposées aux intempéries). Doit faire l'objet d'une fabrication particulière en usine. Les contraintes de transport des grands éléments entre l'usine et le lieu de pose renchérissent les coûts. Pour de très grandes portées, les poutres peuvent atteindre 2 m de large. |
| Portée | Les inconvénients précités conduisent à un surdimensionnement créant des ouvrages lourds ainsi que des murs porteurs conséquents. Dès lors, cette charpente n'est utilisée que pour des portées n'excédant pas 10 mètres. |
La portée peut atteindre 40 mètres. | Théoriquement illimitée; des portées supérieures à 100 m peuvent être atteintes. |
| Espacement des éléments | Entre fermes : jusqu'à 4 m Entre pannes : jusqu'à 2,50 m Entre chevrons : 0,35 à 0,40 m |
Entre fermettes, l'entraxe est de l'ordre de 0.5 à 1.5 m maximum. | De 5 à 10 m environ. |
| Points de vigilance | - Utiliser des bois secs afin d'éviter les retraits, déformations et fentes importantes. | - Concernant les transports des fermettes, il est conseillé de les transporter verticalement afin d'éviter leur désarticulation (DTU 31.1 art 7.1) |
Attention en ce qui concerne l'utilisation des charpentes bois industrialisées (fermettes), des pathologies récurrentes sont observées par l'Agence Qualité Construction (AQC); il s'agit de déformations des fermettes pouvant aboutir à l'effondrement de la toiture. Elles sont dues à l'absence ou la mauvaise mise en place des barres de contreventement et d'antiflambement; ces défauts de mise en oeuvre sont surtout le fait d'entreprises non spécialisées dans la technique. En conséquence, il faut veiller à ce qu'un plan de pose détaillé et explicite quant à la position et aux liaisons des barres rapportées soit établi et joint à la livraison.
En matière de résistance au feu, il est admis que la vitesse de destruction en profondeur par le feu est de l'ordre de 0,7 mm par minute et par face exposée dans le cas de bois résineux utilisés couramment en charpente (DTU 31.1 art 4.1.3.2). Ce qui explique que les charpentes en bois massif aient une meilleure résistance au feu que les charpentes métalliques, l'acier devenant mou au-dessus de 600°C lorsqu'il n'est pas protégé.
Les charpentes métalliques
Il s'agit pour l'essentiel de charpentes en acier mais elles peuvent également être réalisées en alliage d'aluminium pour obtenir des charpentes plus légères.
L'utilisation de charpentes métalliques pour certains types de constructions repose sur les particularités suivantes :
- leurs qualités mécaniques de résistance, de fiabilité et de tenue;
- leur facilité de fabrication et de mise en oeuvre;
- leur légèreté;
- leur coût.
Les profilés constituant les charpentes métalliques sont assemblés par l'intermédiaire de goussets, pattes, équerres et à l'aide de boulons haute résistance (HR) à serrage contrôlé, par rivetage ou par soudage.
L'attention doit surtout être portée à la phase chantier où l'on peut rencontrer des erreurs de montage telles que :
- défaut de contreventement;
- inobservation, lors de soudage sous intempéries, des précautions adéquates à prendre ;
- emploi de boulons ordinaire à la place de boulons HR (d'aspect identique, seul le marquage permet de les différencier);
- serrage des boulons HR ne respectant pas l'ordre prescrit.
Les charpentes légères à poutrelles en I
Les poutrelles à section en I de ce type de charpente sont constituées de deux membrure de section rectangulaires et d'une âme mince. Leur portée dépasse rarement 10m.Le procédé le plus couramment rencontré est la poutre NAIL-WEB qui est réalisée avec des membrures en bois massif et une âme ondulée en tôle, les dents de cette âme étant enfoncée par pressage dans les membrures (voir ci- contre).
D'autres procédés existent qui associent des membrures en bois massifs ou lamellé-collé et des âmes métalliques ou en panneau de particules ou encore en panneau de fibres (Nordex, Poutralpha, Mega Poutre, Trica, Optipanne, Solipanne,... ).
L'emploi de ces poutrelles est du domaine non traditionnel et n'est donc pas visé par une norme (DTU). En conséquence, il est préférable de s'assurer que le procédé envisagé a un avis technique favorable et de prendre connaissance de ce dernier notamment en ce qui concerne le comportement en cas d'incendie.
Pour information, ces poutrelles sont également utilisées pour la réalisation de planchers.