Fiche de révision : Charpentes traditionnelles en bois

📋 Plan du Cours

1. Rôles et exigences de la charpente
2. Structures porteuses de couverture
3. Bois et dimensions de charpente
4. Fermes à entrait retroussé
5. Combles habitables et isolation
6. Pignons et traversées de toiture
7. Exemples de réalisations de charpente
8. Définition des fermettes
9. Constitution et avantages des fermettes
10. Types de fermes et porte-à-faux
11. Efforts et flambement des fermettes
12. Dispositifs anti-flambement
13. Dispositifs de contreventement
14. Prescriptions de pose et tolérances
15. Études et obligations des intervenants

📖 1. Rôles et exigences de la charpente

★ À maîtriser

• La charpente doit résister aux charges verticales dues au poids des matériaux et aux charges inclinées dues au vent, notamment par sa résistance à la flexion.

• La charpente porte son poids propre, le matériel de couverture, le plafond suspendu aux solivettes et les charges de neige, et résiste aux efforts du vent.

• La charpente transmet les effets des charges aux murs, aux planchers et aux autres éléments porteurs, tout en protégeant de la pluie et en permettant à l’ensemble de respirer pour éviter la condensation en sous-face.

• La triangulation assure l’indéformabilité de la structure de charpente.

Compléments

• La masse volumique du sapin du Nord est de 500 à 700 kg/m³, la masse surfacique des tuiles de 40 à 50 kg/m² et celle des ardoises de 20 à 22 kg/m².

• La pression dynamique de base du vent varie de 87 à 157 daN/m² selon les régions, avec une pression sur un versant et une dépression sur l’autre.

• Les charges de neige prises en compte varient de 45 à 90 daN/m² selon les régions.

💡 Astuce mémo

La triangulation empêche la déformation de la structure

📖 2. Structures porteuses de couverture

★ À maîtriser

📌 Une structure porteuse de couverture peut s’appuyer sur des pignons maçonnés, une ferme intermédiaire, un ensemble triangulé en béton armé, en bois ou en métal, un poteau ou une demi-ferme appuyée sur un mur de façade et un demi-refend.

📌 La ferme traditionnelle est indiquée pour une pente inférieure à 40 %, tandis que la ferme à entrait retroussé est indiquée pour une pente supérieure à 40 %.

Compléments

• Un poteau central peut s’arrêter sous l’ensemble triangulé pour libérer l’espace des combles, avec une portée réduite, ou monter jusqu’au faîtage, où des sabots normalisés peuvent être utilisés.

• Un pignon intermédiaire maçonné peut être réalisé en blocs de béton, en terre cuite ou en béton cellulaire, et être ajouré pour l’alléger et permettre le passage dans les combles.

• Pour les combles habitables, le plancher haut du rez-de-chaussée est en béton armé.

📖 3. Bois et dimensions de charpente

★ À maîtriser

• Le bois de construction doit être sec, avec une humidité inférieure à 15 %, car sa résistance est supérieure de 40 % à celle du bois frais de sciage.

Compléments

• Les madriers servent notamment aux pannes, aux solives, aux arêtiers et aux arbalétriers pour des portées supérieures à 3,00 m, avec des sections courantes de 80 × 230 mm ou 80 × 205 mm.

• Les bastaings servent notamment aux pannes et aux solives de petite portée, inférieure à 3,00 m, avec des sections de 65 × 205 mm, 65 × 180 mm ou 65 × 155 mm.

• Les chevrons sont disposés perpendiculairement aux pannes et ont couramment des sections de 65 × 80 mm, 52 × 80 mm ou 52 × 50 mm.

• Les liteaux sont disposés perpendiculairement aux chevrons et mesurent couramment 32 × 32 mm pour les tuiles et 15 × 40 mm pour les ardoises.

📖 4. Fermes à entrait retroussé

🔑 Notions clés & Définitions

• Entrait retroussé : utilisé dans les combles aménagés afin de libérer de la hauteur de passage

★ À maîtriser

• Lorsque le blochet repose directement sur un plancher en béton armé, l’effort de glissement introduit par l’arbalétrier incliné est compensé soit par une butée sur le chaînage périphérique, soit par une fixation au plancher qui joue le rôle d’entrait.

• Les entraxes conseillés sont inférieurs ou égaux à 3,50 m entre les fermes, de 1,30 à 1,50 m entre les pannes et d’environ 0,50 m entre les chevrons.

Compléments

• Dans le second cas de mise en œuvre, une jambe de force et une semelle surélèvent l’entrait retroussé, tout en prenant les mêmes précautions pour réduire la poussée des arbalétriers.

• Les sections indicatives sont de 80 × 205 mm pour les pannes intermédiaires, les arbalétriers et les entraits jumelés, et de 80 × 230 mm pour la panne faîtière.

• Les sections indicatives sont de 150 × 150 mm pour le poinçon, de 80 × 120 mm ou 80 × 140 mm pour la contrefiche ou la jambe de force, et de 80 × 205 mm pour la semelle posée à plat et les blochets jumelés posés verticalement.

• Les assemblages des éléments de ferme à entrait retroussé se réalisent par entailles et boulonnage traversant.

💡 Astuce mémo

L’entrait retroussé libère la hauteur de passage, contrairement à l’entrait classique

📖 5. Combles habitables et isolation

★ À maîtriser

• Environ 30 % des déperditions de chaleur d’une maison mal isolée s’échappent par les combles.

Compléments

• Dans l’exemple de combles habitables, l’isolation comprend des panneaux de polystyrène expansé de 80 + 10 mm sur les murs, 260 mm de laine de verre aux plafonds et 200 mm de laine de verre sur les rampants.

• Dans l’exemple de combles habitables, la couverture est en ardoises naturelles à crochets galvanisés et la charpente comporte des pannes et chevrons sur le garage, une ferme à entrait retroussé avec pannes et chevrons sur la zone habitable, une lucarne à croupes et un écran d’étanchéité sous liteaux.

• L’isolation thermique des combles se réalise avec de la laine de verre en rouleaux sur les parties horizontales et en panneaux semi-rigides sur les parties verticales et les rampants.

• L’aménagement des combles vise aussi à protéger des nuisances acoustiques extérieures, notamment les bruits aériens et la pluie; l’IBR Monocouche absorbe les résonances et assure un affaiblissement acoustique conforme à la réglementation en vigueur.

📖 6. Pignons et traversées de toiture

📝 Points essentiels

• Pour un toit à faible pente couvert de tuiles, la charpente représentée est constituée de pannes et de chevrons.

• Pour un toit à forte pente couvert de tuiles ou d’ardoises, les pignons portent les pannes et comportent les sorties de souches.

• Les solutions de renfort représentées sont : le ceinturage du conduit dans l’épaisseur du chevronnage, un montant sur une traverse, deux contrefiches en butée sur les pannes, un mini-entrait avec deux contrefiches

📖 7. Exemples de réalisations de charpente

📝 Points essentiels

• Les combles aménageables d’un pavillon peuvent être éclairés par des fenêtres dans les pignons extérieurs, avec des pannes appuyées sur des pignons extérieurs et intermédiaires.

• Une réalisation représentée associe des pannes et des chevrons, des lucarnes à croupes et un auvent sur piliers en bois avec des jambes de force en façade principale.

• Une ferme porteuse peut soutenir une toiture à faible pente de 33 % avec combles perdus et un faux solivage destiné au plafond.

• Dans une réalisation à combles aménagés, les fermes à entrait retroussé prennent appui sur les murs de façade et le plancher en béton armé, et l’éclairement peut être assuré par des fenêtres en pignon et des vélux éventuels.

• Une toiture à croupes peut comporter des fermes classiques portant les pannes et les chevrons, ainsi qu’un vélux placé entre deux pannes pour l’éclairement zénithal.

📖 8. Définition des fermettes

🔑 Notions clés & Définitions

• Fermette : petite ferme triangulée à faible section de bois, assemblée par des connecteurs métalliques inoxydables à dents et destinée à porter la couverture, les actions du vent et de la neige, ainsi que l’ossature d’un plafond suspendu dans les combles perdus

★ À maîtriser

• Le calcul d’une fermette part de l’analyse du toit et prend en compte la localisation pour les actions climatiques du vent et de la neige, la pente, le matériau de couverture, les charges permanentes, la répartition de l’espace intérieur et les particularités telles que les lucarnes, les fenêtres de toit et les passages de conduits.

📌 Les charpentes traditionnelles sont généralement dimensionnées par empirisme à partir de sections éprouvées, tandis que les charpentes à fermettes résultent d’un calcul informatisé optimisé tenant compte des règlements en vigueur.

Compléments

• Les fermettes sont fabriquées en usine et sont présentées comme offrant un bon rapport qualité-prix ainsi qu’une garantie de solidité et de durée.

📌 La mise en œuvre des fermettes doit respecter les prescriptions et impératifs du fabricant afin d’éviter les déformations et désordres des couvertures et plafonds.

📖 9. Constitution et avantages des fermettes

★ À maîtriser

• Les fermettes sont constituées de pièces de bois de 36 mm d’épaisseur jusqu’à 15 m de portée, puis de 47 mm au-delà, et sont espacées de 60 à 90 cm d’axe en axe.

• Une charpente industrialisée comprend : des fermettes, des éléments d’ancrage et de fixation sur appui, des éléments transversaux tels que lisses et entretoises, des dispositifs stabilisateurs

Compléments

• Les sections indicatives des pièces de fermettes sont 36 × 60 mm, 36 × 72 mm, 36 × 97 mm, 36 × 112 mm, 36 × 122 mm, 36 × 147 mm, 36 × 172 mm et 36 × 197 mm.

• La fabrication en série en usine permet de livrer les fermettes comme des composants sur le chantier.

• Les fermettes sont appréciées pour leur prix attractif lié aux faibles sections et à l’assemblage en usine, ainsi que pour la répartition régulière des charges entre fermettes.

📖 10. Types de fermes et porte-à-faux

★ À maîtriser

• La ferme en W est la plus courante et convient aux pavillons dont la portée entre murs est inférieure à 12 m.

• La ferme sans entrait en combles habitables permet de rentabiliser les combles et nécessite d’équilibrer la poussée horizontale au niveau du plancher.

Compléments

• La ferme en double éventail convient aux grandes portées et aux charges importantes.

• La ferme en M convient aux plafonds lourds et aux couvertures légères en ardoises.

• La ferme monopente est utilisée pour les toits décalés en hauteur ou pour des choix architecturaux.

• La ferme à entrait porteur destinée à un comble aménageable nécessite d’adapter les sections aux charges permanentes et aux charges d’exploitation.

📌 Une ferme en porte-à-faux doit comporter un écoinçon, un ponlet ou une fiche supplémentaire de même section que l’arbalétrier.

📖 11. Efforts et flambement des fermettes

🔑 Notions clés & Définitions

• Flambement : Une déformation croissante d’un élément comprimé qui peut conduire à la rupture.

★ À maîtriser

• Dans une fermette, l’entrait est généralement tendu, les arbalétriers sont comprimés et certaines diagonales peuvent être comprimées.

Compléments

• Les efforts de traction et de compression dépendent du type de fermette, de l’agencement des pièces et des charges permanentes, du vent et de la neige.

• Le flambement dépend : de la longueur de l’élément, de sa section, de l’effort normal de compression appliqué, du mode de fixation aux extrémités, de l’excentricité par rapport au centre de gravité de la section, du module d’élasticité du matériau et de l’essence de bois

📐 Formule - Le moment associé à la déformation vaut $M = N \times f$, où $N$ est l’effort normal de compression et $f$ la flèche.

💡 Astuce mémo

Une déformation initiale sous compression accroît le moment, qui augmente la flèche jusqu’au flambement.

📖 12. Dispositifs anti-flambement

★ À maîtriser

• Le dispositif anti-flambement s’oppose à la déformation préjudiciable des pièces comprimées, notamment des arbalétriers et des grandes diagonales, sous les charges permanentes et climatiques.

📌 Les pièces anti-flambement sont clouées sous les arbalétriers selon un angle voisin de 45°, du lattage vers les appuis des fermes, et chaque travée entre fermes d’un versant doit en être traversée par au moins une.

Compléments

📌 Les diagonales comprimées sont stabilisées contre le flambement par une lisse filante centrale renforcée par triangulation.

• Les dispositifs anti-flambement peuvent aussi être des feuillards en acier galvanisé croisés et tendus à la pose, des poutres triangulées parallèles au versant ou des supports de couverture fixés sur les arbalétriers.

• Chaque intersection de ferme est fixée par deux pointes torsadées, annelées ou crantées de 70 mm pour des bois de 25 mm d’épaisseur et de 90 mm pour des bois de 36 mm d’épaisseur.

• Les sections des pièces anti-flambement sont définies par le plan de pose du fabricant et sont toujours plus fortes que celles des autres pièces stabilisatrices.

📖 13. Dispositifs de contreventement

🔑 Notions clés & Définitions

• Contreventement : Système qui s’oppose au déversement, à la déviation et à la translation des fermettes sous l’effet du vent et d’autres sollicitations, afin de les maintenir verticales.

★ À maîtriser

• Le contreventement est assuré par des lisses filantes reliant les arbalétriers et les entraits près des nœuds, ainsi que par des diagonales qui triangulent la structure et empêchent sa translation.

📌 Le contreventement ne peut en aucun cas remplacer le dispositif anti-flambement.

Compléments

• Les sections minimales des lisses filantes, pièces anti-flambement et pièces de contreventement dépendent de l’entraxe des fermes : pour 78 cm au maximum, elles sont respectivement de 25 × 48 mm, 25 × 100 mm et 25 × 72 mm ; pour 78 à 92 cm, de 25 × 72 mm, 36 × 96 mm et 25 × 72 mm ; pour 93 à 110 cm, de 36 × 72 mm, 36 × 122 mm et 36 × 96 mm.

📖 14. Prescriptions de pose et tolérances

★ À maîtriser

📌 Les fermes doivent être d’aplomb avec une tolérance inférieure à 5 mm par mètre de hauteur et sans dépasser 18 mm en haut de ferme.

Compléments

📌 L’écartement des fermes doit être régulier, avec un écart de position inférieur à 20 mm et conforme aux prescriptions du CCTP.

📖 15. Études et obligations des intervenants

★ À maîtriser

• Les travaux de charpente comprennent : les études, justifications techniques, dessins et plans nécessaires à l’exécution et à la pose, la fabrication en atelier ou en usine, la mise en œuvre sur le chantier

• Les plans architecturaux doivent préciser les types de couverture, plafond, plancher et cloisons des combles à entrait porteur, les conditions du chantier et son site de vent, ainsi que l’emplacement exact des conduits de fumée et des ouvertures de toit cotées par rapport au pignon.

• Le fabricant dimensionne et conçoit l’ouvrage, réalise les éléments de charpente et effectue les calculs informatiques des combinaisons d’actions et vérifications de stabilité selon les règles applicables aux charpentes en bois assemblées par connecteurs métalliques.

📌 L’entreprise de pose doit respecter le plan, les sections et positions des stabilisateurs, la continuité des lisses et des contreventements, et fixer les éléments avec des pointes torsadées plutôt que lisses.

Compléments

• Le fabricant fournit un plan de pose indiquant les hypothèses de calcul, l’implantation et l’espacement des fermettes, les détails du bas de pente, les plans et sections des contreventements, anti-flambements et lisses, les dispositions aux appuis ainsi que les chevêtres et renforts nécessaires.

📌 Le blocage des anti-flambements sous arbalétriers est indispensable à la stabilité et à la prévention du déversement sous l’effet du vent.

• Les équerres aux appuis peuvent être fixées : par chevilles dans le béton de chaînage périphérique, par tirefonds dans un tasseau filant noyé dans le chaînage de rive, sur une sablière filante