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Analyser - Charpente traditionnelle

Incidence sur l'architecture

L'atout essentiel de la charpente traditionnelle est son esthétique. On l'utilisera donc pour toute charpente apparente intérieure ou extérieure. Son autre avantage est sa résistance au feu du fait de l'utilisation de grosses pièces de bois.

Par contre, il faut savoir que la charpente traditionnelle utilise entre 50 % et 100% de cube de bois en plus pour une même toiture. Elle était aussi gourmande en temps de main d'œuvre mais les machines de taille ont permis de faire une économie substantielle sur les heures de taille en atelier.

Sur le chantier, là aussi, la pose d'une charpente traditionnelle est généralement plus longue sauf pour des toitures très complexes où les temps peuvent être équivalents à ceux d'une charpente fermette. Point positif néanmoins, il est plus aisé de faire un plan de toiture parfaitement droit avec une charpente traditionnelle qu'avec de la fermette.

En résumé, si l'on cherche à faire une charpente économique, même compliquée mais non apparente, la supériorité de la fermette est incontestable. Si l'on cherche à faire une charpente décorative, il vaut mieux chercher du côté de la charpente traditionnelle.

Classes d'emploi et classes de service

Il faut distinguer les classes d'emplois pour estimer les risques biologiques en fonction de l'exposition à l'humidité de la structure en situation d'emploi :

  • Classe d'emploi 1
    Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est sous abri, entièrement protégé des intempéries et non exposé à l'humidification.
  • Classe d'emploi 2
    Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est sous abri et entièrement protégé des intempéries mais où une humidité ambiante élevée peut conduire à une humidification occasionnelle mais non persistante.
  • Classe d'emploi 3
    Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois n'est ni abrité, ni en contact avec le sol. Il est soit continuellement exposé aux intempéries, soit à l'abri des intempéries, mais soumis à une humidification fréquente.
  • Classe d'emploi 4
    Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en contact avec le sol ou de l'eau douce et est ainsi exposé en permanence à l'humidification.
  • Classe d'emploi 5
    Situation dans laquelle le bois ou le produit à base de bois est en permanence exposé à l'eau salée.

Et les classes de service servant au dimensionnement de la structure à cause des risques de fluage provoqués par l'humidité ambiante

  • Classe de service 1
    Classe de service caractérisé par une teneur en humidité dans les matériaux, qui correspond à une température de 20 °C et une humidité relative ambiante ne dépassant 65 % que quelques semaines par an.
  • Classe de service 2
    Classe de service caractérisé par une teneur en humidité dans les matériaux, qui correspond à une température de 20 °C et une humidité relative ambiante ne dépassant 85 % que quelques semaines par an.
  • Classe de service 3
    Classe de service caractérisé par des conditions climatiques conduisant à des taux d'humidité plus élevés qu'en classe de service 2.

Une charpente se trouve normalement en classe d'emploi 2. Le traitement des charpentes traditionnelles, se donc fera par trempage, mais après usinage pour ne pas enlever la protection périphérique et pour traiter les assemblages.

Il arrive fréquemment que des éléments de charpente traditionnelle se trouvent en classe 3. Il faudra alors utiliser un traitement plus pénétrant ou un bois naturellement résistant. Par exemple du chêne ou de l’iroko pour des porches ou abris. Il sera alors utile de consulter le mémento "Durabilité des ouvrages en bois" édité conjointement par la FIBC et FCBA ex-CTBA).

Protection des ferrures en fonction des classes de service

Si un revêtement par galvanisation à chaud est utilisé Fe/Zn 12 c doit être, en général, remplacé par Z275 et Fe/Zn 25 c par Z350

Contraintes techniques et pathologie

On peut constater en regardant les vieilles charpentes traditionnelles que ce mode de construction des toitures est particulièrement résistant. Il traverse sans problème les siècles à conditions qu'il n'y ait pas de problème de conception au départ.

Nous allons examiner les principales erreurs à éviter.

1. Les pannes

La flexion excessive des pannes (au-delà de 1/300 ième de la portée) est la principale origine des déformations sur les charpentes traditionnelles.

  • Cela peut être une erreur ou une absence de calcul. En effet dans un souci de diminuer le nombre de fermes pour des raisons d'aménagement ou d'économie certains peuvent avoir la tentation d'augmenter exagérément les portées
  • L'humidité est aussi à l'origine de nombreuses déformations car les pannes sont généralement les seules pièces qui travaillent au maximum de la tolérance acceptable et comme l'humidité est rarement prise en compte on peut avoir des déformations plus importantes que celles obtenues avec un calcul simple pour un bois à 18 %.
  • Le clouage des chevrons a une incidence directe sur la déformation des pannes.

Si les pannes sont montées "aplomb" il faut que les chevrons soient libres de glisser en rive sous l'action des charges verticales. Si les chevrons étaient bloqués, ne pouvant glisser en rive, les pannes subiraient une flexion déviée dans le sens horizontal. Le montage aplomb se rencontre surtout sur les faibles pentes.

Si les pannes sont montées "à dévers", les chevrons devront être "bloqués" sur la sablière pour ne pas glisser en rive sous l'action des charges verticales, si les chevrons étaient libres de glisser les pannes subiraient une flexion déviée d'autant plus importante que la pente est forte.

Il est possible d’empêcher le déversement par un dispositif d’antiflambement (voir dans mettre en œuvre / contreventer puis "antiflambement").

Attention le clouage peut être insuffisant, il faut alors un système de reprise plus efficace (cornière métallique, tire-fond, etc.).

2. Chevilles travaillant en traction

Sur la charpente ci-dessus, si on a un plafond lourd ou une charge sur l'entrait la cheville ne retiendra pas la flexion. Il faudra soit mettre une moise sur le poinçon entaillé a mi-bois, soit une ferrure.

3. Fermes boiteuses

Toute ferme boiteuse engendre une poussée horizontale qu'il est nécessaire de reprendre. Soit dans les structures de la charpente sur laquelle elle s'appuie soit sur la maçonnerie. Dans ce dernier cas cette poussée devra être calculée et communiquée au maçon.

 

 

4. Incidence du séchage sur les assemblages

Pour les bois le retrait transversal étant beaucoup plus important que le retrait longitudinal, si on utilise du bois humide, on aura l'aspect ci-contre après le séchage en place de l'assemblage.

 

 


5. Relâchement des assemblages

Les assemblages en traditionnel ont généralement une déformation non négligeable après le montage et le séchage en place. C'est dû, bien sur, aux variations de l'humidité et à la précision de la fabrication voir dans fabriquer / usiner puis "tolérances".

Par exemple sur une charpente comme celle ci-contre avec un degré de liberté de 2mm sur les assemblages la déformation sera multipliée par 5 ou 6 par rapport a une charpente sans degré de liberté au nœuds.

Pour une grande charpente cela devient très vite intolérable, d’où la nécessité d’une bonne précision dans les assemblages.