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Centre scientifique et technique du bâtiment (France) ;France. Ministère chargé du logement

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Résumé

Points clés de construction paracyclonique d'une maison : charpente en bois. Antilles, Mayotte, La Réunion

Descripteur Urbamet

Descripteur écoplanete

cyclone

Thème

Risques ;Construction

Texte intégral

F IC H E S P R A T IQ U E S Charpente en bois Points clés de construction paracyclonique d?une maison Antilles MAyotte lA Réunion Illustrations : Laubywane, DHUP, AQC Ce guide a été rédigé par des spécialistes du Réseau Scientifique et Technique du Ministère chargé du logement (CSTB) avec l?appui d?un réseau d?acteurs locaux d?Outre-mer. Membres de l?équipe technique du CSTB : ? Philippe LEBLOND ? Réda OUSSENNAN ? Ayman EL HAJ ? Duc Toan PHAM Fiches pratiques : Charpente en bois 3 SOMMAIRE 5 1. INTRODUCTION 5 2. CHOIX DES MATÉRIAUX 5 2.1 Bois 5 2.2 Couverture 5 2.3 Assemblages métalliques 6 3. DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES 6 3.1 Dimensions des éléments de charpente 9 3.2 Conception des contreventements 11 3.3 Assemblages 16 4. ENTRETIEN ET STOCKAGE 16 4.1 Entretien et inspection 17 4.2 Stockage Fiches pratiques : Charpente en bois 5 1. Introduction Cette fiche fournit des indications de mise en oeuvre des charpentes en bois. Elle présente les points singuliers qui ont une influence directe sur la résistance de la charpente face aux effets du vent. Les détails de mise en oeuvre vis-à-vis des autres exigences d?une charpente en bois ne sont pas traités. Chaque fiche contient : ? des préconisations sur les matériaux à employer ; ? des méthodes de mise en oeuvre directement applicables ; ? des rappels relatifs à l?entretien et au stockage des éléments. Une fiche introductive explicite le domaine d?application et les hypothèses de calcul retenus pour l?ensemble des fiches thématiques. L?utilisation de la présente fiche thématique exige par ailleurs le respect des règles de concep- tion, de calcul et de réalisation en situation courante (et en situation sismique pour les terri- toires concernés) dont l?application est précisée dans les textes réglementaires, normatifs et d?évaluation (Eurocodes, DTU, Avis Techniques?). 2. Choix des matériaux Le choix des matériaux et des produits de construction revêt une importance cruciale pour la sécurité et la durabilité des bâtiments. Les performances sont spécifiées par le fabricant conformément au marquage CE et sont directement affichées sur le produit lui-même ou sur l?étiquette qui l?accompagne. 2.1 Bois En raison de l?influence de l?environnement fortement humide, on utilise des bois résineux et des bois feuillus tropicaux. La teneur en eau des bois mis en oeuvre ne doit pas excéder 20 % pour les éléments structuraux. Ces bois destinés aux éléments structuraux répondent aux exigences de la classe d?emploi 4 (conformément à la norme NF EN 335) et doivent donc béné- ficier d?une protection anti-termites. En ce qui concerne les bois destinés aux éléments non structuraux, ils satisfont aux exigences de la classe d?emploi 3 (conformément à la norme NF EN 335), que ce soit grâce à leur durabilité naturelle ou à un traitement approprié. Les panneaux contreplaqués de type EN 636-2, les panneaux de particules de type P5 et P7, ainsi que les panneaux de fibres, ne sont pas destinés à être utilisés pour une fonction structu- rale. 2.2 Couverture La couverture est constituée de plaques métalliques ondulées ou nervurées : se référer à la fiche couverture en toiture. 2.3 Assemblages métalliques Les systèmes d?assemblage et de fixation de la charpente en bois sont fabriqués en acier avec un revêtement zingué validé pour une utilisation en classe de service3, avec un revêtement de type Z2751 minimum. L?utilisation d?assemblages en acier inoxydable permet une meilleure durabilité. 1 Ce revêtement n?est pas adapté aux assemblages exposés aux embruns marins. Dans de telles situa- tions, les pièces métalliques sont en acier inoxydable A2 pour des conditions normales et en A4 pour une utilisation en front de mer. Points clés de construction paracyclonique d?une maison6 Lors de l?utilisation des pointes et des vis, les bois feuillus tropicaux sont pré-percés. Composant Domaine d?application Figure Boulon tête hexagonale Sabots de charpente, équerres mixtes renforcées, pieds de poteau Goujon d?ancrage inox Fixation dans un chaînage Vis Sabot de charpente Vis à bois structurale Assemblage d?éléments en bois Sabot à ailes extérieures Solives, pannes, poutres lisses, butées de chevrons Équerre structurale Pannes, chevrons Tableau 1 : Domaine d?application des composants principaux de l?assemblage 3. Dispositions constructives 3.1 Dimensions des éléments de charpente Dans cette fiche, les charpentes ont une longueur maximale de 10 m et une largeur maximale de 10 m. Elles sont à 2 ou 4 versants. La pente des versants varie entre 8,5° et 30°. L?ossature de charpente est composée de fermes associées soit à des pannes, soit à des chevrons. Leurs caractéristiques principales sont définies ci-après. Les fermes ont une portée maximale de 10 m et sont espacées de 2 m maximum. Les éléments principaux constituant une ferme sont les suivants : ? Les poinçons sont de section 15 x 15 cm2 minimum ; ? Les arbalétriers sont de section 8 x 25 cm2 minimum ; ? Les contrefiches sont de section 8 x 15 cm2 minimum ; ? Les entraits sont de section 2 x 5 x 15 cm2 minimum ; ? Les contrefiches font un angle de 45° maximum par rapport au poinçon. Fiches pratiques : Charpente en bois 7 Poinçon 15 x 15 cm2 b ? 10 m Max. 45° Arbalétrier 8 x 25 cm2 Entrait 2* 5 x 15 cm2 Contre-fiche 8 x 15 cm2 Figure 1 : Exemple de composants d?une ferme Les pannes ou chevrons sont en bois de section 8 × 12 cm2 minimum et de classe de résis- tance C24 minimum. La portée maximale des pannes ou chevrons est de 2 m. Les pannes ou chevrons sont espacés de 0,6 m maximum. L?espacement est réduit à 0,4 m maximum aux extrémités pour les 4 premières pannes ou 4 premiers chevrons. Pannes espacées 0,6 m b ? 10 m l ? 2 m Figure 2 : Exemple d?espacement des pannes courantes b ? 10 m l ? 2 m 4 pannes d?extrémité espacées 0,4 m 4 pannes d?extrémité espacées 0,4 m Figure 3 : Exemple d?espacement des 4 premières pannes d?extrémité Chevrons espacés 0,6 m b ? 10 m l ? 2 m Figure 4 : Exemple d?espacement des chevrons courants Points clés de construction paracyclonique d?une maison8 4 chevrons d?extrémité espacés 0,4 m 4 chevrons d?extrémité espacés 0,4 m b ? 10 m l ? 2 m Figure 5 : Exemple d?espacement des 4 premiers chevrons d?extrémité Pour assurer une rigidité suffisante d?une charpente à 4 versants, il est nécessaire de respecter les caractéristiques suivantes : ? La panne faîtière est de section 8 x 25 cm2 minimum ; ? Les arêtiers sont de section 8 x 15 cm2 minimum. Panne faîtière 8 x 25 cm2Chevrons Arêtier 8 x 15 cm2 Chevrons Figure 6 : Exemple d?une charpente à 4 versants (les appuis de la poutre faîtière ainsi que les éléments de charpente supportant les pannes ne sont pas représentés) Les jonctions hors appuis ou simplement clouées sont à éviter. Pannes Jonction Figure 7 : Exemple de jonctions hors appuis à éviter Jonction simplement clouée Figure 8 : Exemple d?une jonction simplement clouée à éviter Figure 9 : Exemple d?une jonction vissée Fiches pratiques : Charpente en bois 9 3.2 Conception des contreventements Le contreventement de la charpente est assuré par : ? les contreventements de versants (stabilité hors plan des fermes) ; ? un diaphragme ou une poutre au vent au niveau des entraits (rigidité et résistance pour re- distribuer les efforts aux murs primaires). ? Contreventement de versants Les versants sont contreventés : ? soit par des panneaux rigides (panneaux à base de bois) ; ? soit par des éléments diagonaux type croix de contreventement situés dans le plan des ver- sants et rejoignant les extrémités du versant. Contreventement par des panneaux rigides (panneaux à base de bois) La mise en oeuvre sur les chevrons ou pannes de panneaux en contreplaqué ou panneaux de sous-toiture hydrofuges couvrant toute la surface des versants permet une meilleure stabilité de la charpente dans le plan horizontal. Les caractéristiques principales sont les suivantes : ? l?épaisseur est de 14 mm minimum pour les panneaux en contreplaqué ou les panneaux de sous-toiture hydrofuges ; ? les dimensions des panneaux sont supérieures ou égales à 120 × 240 cm2 en partie courante ; ? les panneaux ne présentent pas d?ouverture, de trou, de défectuosité ou de défaut ; ? les panneaux sont disposés en quinconce (pas d?alignement des joints) ; ? les panneaux sont vissés sur tout leur pourtour. Les vis sont espacées de 15 cm maximum et placées de 1 à 1,5 cm des bords ; ? la largeur des joints entre panneaux est d?environ 1 mm/m de longueur de panneaux ; ? les liteaux de section 5 × 8 cm2 sont fixés par le dessus sur les panneaux, au droit des joints de panneaux. Les vis sont espacées de 15 cm maximum ; ? les vis sont à tête plate. Les pré-trous sont nécessaires et ont un diamètre inférieur d?au moins 2 mm par rapport au diamètre de la vis. Panneau vissé ? 120 × 240 cm2 en partie courante Liteau 5 × 8 cm2 fixé par vis espacées 15 cm max. Espace de 1 mm/m de panneau Chevron Vis sur le pourtour tous les 15 cm max. Figure 10 : Exemple de contreventement de versants par des panneaux à base de bois Chevron Vis Liteau 5 x 8 cm2 Panneau vissé Vis Figure 11 : Exemple de fixation de liteau sur le chevron au travers du panneau Points clés de construction paracyclonique d?une maison10 Contreventement par des diagonales en bois La mise en oeuvre des diagonales entre chevrons ou pannes permet également une meilleure stabilité de la charpente dans le plan horizontal. Les caractéristiques principales sont précisées sur les schémas suivants. b ? 10 m l ? 2 m Chevrons Diagonales 8 × 10 cm2 min. fixées à la charpente par 2 clous crantés ou torsadés 3,1 mm max. Figure 12 : Exemple de diagonales mises en oeuvre entre chevrons b ? 10 m l ? 2 m Pannes Diagonales 8 × 10 cm2 min. fixées à la charpente par 2 clous crantés ou torsadés 3,1 mm max. Figure 13 : Exemple de diagonales mises en oeuvre entre pannes Panne faîtière Diagonales Chevrons Arêtier Figure 14 : Exemple de diagonales mises en oeuvre pour une charpente à 4 versants Fiches pratiques : Charpente en bois 11 ? Diaphragme ou poutre au vent au niveau des entraits Le contreventement horizontal de la charpente est réalisé dans le plan horizontal des entraits par la pose d?éléments de triangulation en bois de section minimale 8 × 10 cm2 créant des poutres au vent. Un diaphragme complet noyé dans le plancher peut également jouer le rôle de contreventement horizontal. Ferme de charpente Poutre treillis au vent en bois section 8 × 10 cm 2 Figure 15 : Exemple de contreventement d?une charpente à 2 versants par poutres au vent horizontales dans le plan des entraits Poutres au vent Figure 16 : Exemple de contreventement d?une charpente à 4 versants par poutres au vent horizontales dans le plan des entraits (certains éléments de la charpente ne sont pas représentés pour mieux visualiser les poutres au vent) De manière générale, le diaphragme horizontal relie les différents murs primaires comportant les éléments de contreventement et est mis en oeuvre dans un plan général unique. 3.3 Assemblages ? Assemblages entre éléments de charpente Les assemblages structuraux réalisés au moyen d?éléments métalliques sont soumis à un marquage CE, à une évaluation technique européenne et à un cahier des charges technique du fournisseur. Les clous, même s?ils sont torsadés, ne sont pas utilisés dans les assemblages soumis à la trac- tion. Les assemblages travaillant à la traction sont réalisés avec des tire-fonds ou boulons éven- tuellement combinés avec des plats ou cornières. Points clés de construction paracyclonique d?une maison12 Les assemblages de charpentiers (embrèvements, enfourchements, tenons-mortaises, etc.), qui fonctionnent essentiellement par contact, ne sont pas utilisés pour assembler des éléments principaux participant au contreventement, sauf à fournir une justification particulière. Ces assemblages sont associés à des assemblages métalliques complémentaires. Il pourra s?agir de tiges métalliques (éclisses, boulons, vis, etc.), éventuellement associées à des équerres et sabots. Clé de Jupiter Queue d?arronde Enfourchement Mi-bois Mi-bois perpendiculaire Tenon et mortaise Les assemblages ci-contre ne sont pas autorisés pour les assemblages des éléments principaux, sauf à fournir une justi?cation particulière ou à les renforcer par des assemblages métalliques complémentaires. ! Figure 17 : Exemple d?assemblages de charpentiers nécessitant des dispositifs assurant leur maintien en position, même avec une inversion des efforts ? Assemblage des éléments de la ferme Les assemblages pour constituer une ferme sont : (1) assemblage arbalétrier ? poinçon ; (2) assemblage contrefiche ? poinçon ; (3) assemblage entrait moisé ? arbalétrier ; (4) assemblage entrait moisé ? poinçon. Poinçon Max. 45° Arbalétrier Entrait Contre-?che 1 2 3 4 Assemblage arbalétrier - poinçon Assemblage contre?che - poinçon Assemblage entrait moisé - arbalétrier Assemblage entrait moisé - poinçon 1 2 3 4 Figure 18 : Exemple d?assemblages des éléments de la ferme (1) L?assemblage arbalétrier ? poinçon est réalisé par un embrèvement avec tenon, renforcé par un boulon horizontal de diamètre de 10 mm. Poinçon Arbalétrier Figure 19 : Exemple d?assemblage arbalétrier-poinçon par un boulon Fiches pratiques : Charpente en bois 13 (2) L?assemblage contrefiche ? poinçon est réalisé par un embrèvement, renforcé par un boulon de diamètre de 8 mm. Poinçon Contre-fiche Figure 20 : Exemple d?assemblage contrefiche ? poinçon par un boulon (3) L?assemblage entrait moisé ? arbalétrier est réalisé par un embrèvement avec tenon, renforcé par un boulon vertical de diamètre de 10 mm, ou dans le cas d?un entrait moisé par assemblage avec 2 boulons de diamètre de 8 mm. Entrait Arbalétrier Figure 21 : Exemple d?assemblage entrait ? arbalétrier par un boulon Arbalétrier Entrait Figure 22 : Exemple d?assemblage entrait moisé ? arbalétrier par 2 boulons (4) L?assemblage entrait moisé ? poinçon est assuré par réalisation d?un embrèvement simple, renforcé par 2 boulons de diamètre de 8 mm. Poinçon Entrait Contre-?che Figure 23 : Exemple d?assemblage entrait moisé ? poinçon par 2 boulons Points clés de construction paracyclonique d?une maison14 ? Fixation des pannes sur l?arbalétrier de la ferme La fixation des pannes sur l?arbalétrier de la ferme est réalisée par la mise en oeuvre de sabots métalliques, d?équerres et/ou de cornières métalliques renforcées. Arbalétrier Panne Figure 24 : Exemple de fixation des pannes sur l?arbalétrier Arbalétrier Sabot métallique Panne Figure 25 : Exemple de fixation des pannes sur l?arbalétrier par des sabots métalliques Équerre métallique Panne Arbalétrier Figure 26 : Exemple de fixation des pannes sur l?arbalétrier par des équerres métalliques (une équerre raidie ou deux équerres symétriques de part et d?autre de la panne) Panne Arbalétrier Cornière métallique Figure 27 : Exemple de fixation des pannes sur l?arbalétrier par des cornières métalliques Fiches pratiques : Charpente en bois 15 La jonction des pannes en cours de portée est à éviter. Cette jonction est réalisée sur appuis. Pannes Arbalétrier Jonctions sur appuis Figure 28 : Exemple de jonction éventuelle des pannes sur appuis ? Fixation des chevrons sur la panne faîtière La fixation des chevrons sur la panne faîtière est réalisée par la mise en oeuvre d?un boulon traversant, ou d?un tire-fond de diamètre de 8 mm. Panne faîtière 8 x 25 cm2Chevrons Chevrons Panne faîtière Arêtier 8 x 15 cm2 Chevrons Figure 29 : Exemple de fixation des chevrons sur la panne faîtière par un boulon ? Fixation des chevrons sur l?arêtier La fixation des chevrons sur l?arêtier est réalisée par la mise en oeuvre d?un tire-fond de diamètre de 8 mm ou de 2 vis 6 × 120 mm. Panne faîtière 8 x 25 cm2Chevrons Arêtier 8 x 15 cm2 Chevrons Figure 30 : Exemple de fixation des chevrons sur un arêtier Arêtier 2 vis 6 x 120 mm Chevron Points clés de construction paracyclonique d?une maison16 ? Assemblage entre charpente et structure en béton armé ou chaînage de maçonnerie La charpente est appuyée sur les chaînages horizontaux en tête de mur. Les ancrages de la charpente en bois dans le béton sont réalisés par des goujons d?ancrage. Goujon d?ancrage Arbalétrier Entrait Figure 31 : Exemple d?ancrage de la charpente dans le béton par goujon d?ancrage Équerre Cheville Chaînage horizontal 2 3 1 2 3 1 5 cm Figure 32 : Exemple de fixation dans un chaînage horizontal Les chevilles utilisées ont une longueur suffisante pour être ancrées dans le volume des chaî- nages, à savoir la hauteur du chaînage à laquelle on retranche 5 cm. Les chevilles sont position- nées au milieu des chaînages. ? Assemblage entre charpente et structure à ossature en bois La charpente est fixée sur une ossature en bois par des équerres renforcées comme sur un chaînage horizontal. 4. Entretien et stockage 4.1 Entretien et inspection Entretien une fois par an à l?approche de la saison cyclonique L?entretien consiste à : ? Éliminer les parties dégradées en surface (moisissures, saletés?) par brossage ou ponçage ; ? Rincer à l?eau claire dans le cas où un produit nettoyant est utilisé ; ? Appliquer une protection contre l?humidité adaptée à l?environnement du lieu ; ? Si nécessaire, appliquer un traitement fongicide ou anti-xylophage ; ? En cas de problème détecté, ne pas hésiter à changer les fixations, voire l?élément en bois si besoin. À cette occasion, une inspection visuelle sommaire est réalisée pour s?assurer qu?il n?y a pas de dégradation prématurée. Fiches pratiques : Charpente en bois 17 Inspection complète2 de la charpente en bois tous les 3 ans et à la suite d?un cyclone Une inspection est réalisée pour s?assurer qu?il n?y a pas de dégradation prématurée : ? Vérifier que les éléments en bois ne présentent pas de trace d?humidité et de dégradation (champignons ou insectes xylophages), surtout dans les parties les plus humides (assemblages avec plusieurs pièces de bois en contact, etc.) ; ? Vérifier que les éléments en bois ne présentent pas de désordres importants (déformations, fissurations) ; ? Vérifier que les assemblages et fixations ne présentent pas de corrosion ; ? Vérifier particulièrement la bonne tenue du contreventement de la structure ; ? S?assurer du bon serrage des assemblages (serrage des boulons, pas de têtes de vis ou de pointes apparentes) ; ? En cas de problème détecté, ne pas hésiter à changer les fixations, voire l?élément en bois si besoin. Ces entretiens et inspections périodiques sont consignés dans un carnet d?entretien assorti d?un rapport photographique de l?état de la couverture, de la charpente et de la structure avant et après nettoyage. Contrat d?entretien, rapport et factures sont annexés au carnet d?entretien. Lorsque l?ouvrage subit au fil du temps une évolution de son contexte entrainant une modi- fication de l?atmosphère ambiante vers des conditions plus agressives (pollutions nouvelles, par exemple), l?adaptation du traitement d?origine doit être réexaminée et le traitement éven- tuellement adapté à ces nouvelles conditions. 4.2 Stockage La livraison des marchandises doit garantir l?intégrité des éléments (chocs, déformations, grif- fures) et assurer une protection contre l?humidité et les intempéries tout au long du transport. Toute anomalie doit être consignée au procès-verbal de réception du transporteur. Sur chantier, les éléments doivent être empilés et stockés à l?abri de l?humidité (pluie, conden- sation, etc.). L?idéal est de stocker les éléments inclinés sous un abri ventilé. Les éléments ne doivent pas être posés directement sur le sol, afin d?éviter les salissures et les reprises d?humidité. Il est également nécessaire d?avoir des supports adaptés pour éviter les déformations perma- nentes. Figure 33 : Exemple de stockage des éléments en bois 2 Bien que cette vérification ne soit pas réglementaire, les assurances commencent à conditionner le remboursement à la réalisation périodique de cette vérification.