Exemple de Fondation d'une Résidence

Exemple de dessin technique :

Voici un exemple de Fondation d'un petit bâtiment type résidence. Dans ce cas il y a une différence de niveau de l'ordre de 5 pieds. On a choisit de suivre la pente naturelle du terrain selon de "marches en béton armées" relativement espacées. Ce type de conception permet d'attacher les fondations en suivant le terrain naturel.

Différentes problématique sont à considérer comme la qualité du sol naturel et sa composition , l'écoulement de l'eau dans le sol, la topographie, la Symétrie de la structure et le type de dalle. Il est important d'examiner chaque situation dans son ensemble et de prendre un certain nombre de précautions pour éviter des dommages dus à des tassements différentiels. Le niveau du gel doit être considéré selon le niveau effectif du terrain de part et d'autre de la dénivellation.

Exemple de Fondation sur pieux vissés

Fondation sur pieux vissés

Les pieux vissés sont des tubes creux en acier muni en extrémité d'une hélice permettant le vissage dans le sol ainsi que la transmission verticale de charges lors de l'utilisation du bâtiment. On utilise souvent ces produits lorsque le sol n'offre qu'une capacité portante faible en surface et présente une capacité suffisante en profondeur ou lorsque la présence d'eau rendrait l'excavation très coûteuse.

La profondeur est déterminée par une étude de sol et la capacité est confirmée par des tests de chargement en chantier avant le début des travaux. Les dimensions (tailles, diamètre, épaisseur de parois, diamètre de l'hélice) sont conçus en fonction des charges et de la qualité du sol.

Typiquement on utilise des diamètre compris entre 2'' et 6'' pour des charges de l'ordre de 5 kip à 50 kip avec des diamètres d' hélices (ou "ailettes") variant entre 8'' et 30''.

Le croquis présente une application intéressante de ce produit. En effet l'utilisation d'un adaptateur en acier à l'extrémité du pieu permet une connexion  rigide avec une fondation classique en béton armée type semelle filante.Dans cet exemple on a représenté une fondation peu profonde de mur extérieur ainsi qu'un détail sous-dalle du système. Comme mentionné dans l'article précédent, la problématique du gel nous oblige à prévoir une isolation efficace.

A noter que les armatures sont connectées dans le sens longitudinal à l'accessoire de fixation du pieu vissé. De plus, cet accessoire doit être soudé sur le pieu de façon propre.

Enfin on a représenté un exemple de sur-épaisseur de la dalle armée servant d'appui intermédiaire "sur pieu".

Exemple de Fondation "isolée"

Les fondations "isolées"

Au Québec, la profondeur du gel dans le sol peut attendre 3 m de profondeurs et environ 1.80 m en moyenne. Il est donc obligatoire de prévoir une profondeur minimale hors gel très importante.

Typiquement on prévoit une semelle filante à environ 1.6 m à 2.0 m du niveau fini du sol extérieur. Mais il arrive que pour des raisons tel que la présence d'une nappe d'eau ou d'un socle rocheux à faible profondeur on décide d'isoler thermiquement la semelle filante ("footing") tout en maintenant un profondeur très faible tel que montré ci-dessous.

coupe typique de footing isolée

Il est importer de noter que sur la coupe représentée ci-dessus on a pris des précautions de drainage avec l'utilisation d'un sable grossier filtrant, d'un contrôle des drains et d'une assise en gravier compacté. Parmi les autres éléments importants, on a ajouter une isolation sous dalle supplémentaire. A noter que la coupure structurale d'appui entre la fondation et le dallage assure également une coupure thermique vis à vis de l'extérieur du bâtiment.

Les Planchers Bois - (2007) (3/3)

VI ] La modélisation du platelage


6.1 Description
6.1.1 Dispositions constructives

Il existe différents types de platelage en fonction du milieu où ils vont être posés : On trouve donc des panneaux spécifiques :

Milieu sec uniquement

Milieu humide.

Milieu très humide.

Milieu humide et sécurité feu.

Les panneaux ont des dimensions standard. Les plus courantes sont 179x84 (cm) et  204x91

6.1.2 L’assemblage du platelage :

On retrouve deux méthodes d’assemblage.

Assemblage rainé bouveté :

Assemblage rainuré et fausse languette :

L’assemblage constitue un point de faiblesse du platelage. Compte tenu des jeux on considèrera que les éléments individuels du platelage sont disjoints. En réalité, la technique de bouvetage permet de créer une liaison entre les plaques qui donne une rigidité d’ensemble au platelage et participe a une diminution globale des déformations.

6.1.3 Le positionnement du platelage :

Afin d’éviter des problèmes de porte – à faux, les joints d’assemblages entre les différents éléments du platelage, doivent impérativement être positionnés sur les solives, car les plaques ne sont pas faites pour travailler comme des consoles en flexion.

Le montage s’effectue en quinconce suivant ce principe :

Ce système permet d’éviter que les joints se rejoignent en des points de discontinuité qui seraient plus fragiles ce qui évite un décollement des extrémités des panneaux bois lors de la mise en service des planchers.

Le positionnement en quinconce, permet aux éléments individuels de se solliciter mutuellement lors de la mise en charge du plancher, ce qui a pour effet de diminuer les déformations.

6.2 Méthode de modélisation des platelages

Le platelage est modélisé comme une juxtaposition de poutres d’une largeur d’un mètre sur plusieurs appuis simples. Cette modélisation bien que simpliste, permet de déterminer rapidement une relation entre l’épaisseur de platelage et l’espacement des solives. Ce modèle est justifié car les jeux d’assemblages ne permettent pas de considérer le platelage comme une plaque. En pratique, on choisit une dimension en général standard de platelage puis son épaisseur en fonction des charges à reprendre. Et de l’écartement des solives.

L’entraxe maximum admissible est fonction des charges et de l’épaisseur des dalles planchers selon le DTU 51.3 :

Pour un platelage ép 19 mm l’écartement entre deux solives est de 470 mm pour reprendre 200 daN/m². (milieu humide)

Pour un platelage ép 22 mm l’écartement entre deux solives est de 550 mm pour reprendre 200 daN/m². (milieu humide).

Les solives secondaires constituent les appuis sur lesquels repose le platelage. Il s’agit de réaction d’appui bloquant un seul degré de liberté. Le nombre d’appuis influence la déformation maximale admissible et donc varie selon l’épaisseur de platelage choisit.

Dans une maison uniquement constituée de bois, la stabilité longitudinale est assurée par le plancher bois qui fait office de contreventement. En effet, le plancher bloque tous déplacements horizontaux. De plus, le déversement est réduit. Le platelage participe donc au contreventement de manière significative.

6.3 Exemple de Calcul

Les panneaux bois se calculent comme une poutre planes. Il faut donc :

    Émettre les hypothèses de charges.

    Choisir les matériaux.

    Choisir les dimensions du panneau : épaisseur, largeur, longueur.

Principe de calcul d’un platelage :

Panneau CTBH ép 19 mm 2040x915 :

écartement théorique des solives = 470 mm.

On trouve donc 6 appuis avec un entraxe de 408 mm.

Hypothèses de chargement :

Charges permanentes : Poids propre = 14 daN/m²

Poids revêtement = 15daN/m²

(Parquet flottant)

Charges d’exploitation : 250 daN/m²

Combinaison de charges : G + 1.2S

Flèche admissible : 1/500 de la porté.

Déformée

T max = 75.57 daN

 

Mf max = 5.36 daN.m

Flèche max = 9.05 .10(-6) m < 8.16 .10(-4)

Contrainte admissible = 0.97 MPa

Panneau CTBH ép 22 mm 2040x915 : écartement théorique des solives = 550 mm

On trouve donc 5 appuis avec un entraxe de 510 mm.

Même hypothèse de chargements :

déformée

 T max = 93.82 daN

Mf max = 8.44 daN.m

Flèche max = 1.38 .10(-5) m < 1.02 .10(-3)

Contrainte admissible = 1.14 Mpa

Les choix du nombre d’appuis et de l’épaisseur sont déterminants car les efforts maximums repris par le panneau augmentent de près de 25 à 50 % pour l’effort tranchant et le moment fléchissant. La contrainte normale augment très peu. 

Conclusion

Afin de réaliser un ouvrage, il faut choisir un mode constructif et des matériaux spécifiques. Puis, il convient d’y associer un modèle théorique simple et fiable. La modélisation constitue la principale étape dans le travail de conception. Son but est de prévenir des désordres qui pourraient affecter l’ouvrage pendant sa réalisation et après sa mise en service.

Modéliser un plancher bois, c’est choisir un modèle de poutres pour décrire le comportement d’ensemble de la structure et permettre ainsi de fixer des conditions de contraintes et de déformation maximum à l’aide du calcul Rdm. Pour chaque élément du plancher, nous nous sommes intéressé aux appuis, à la modélisation des continuités, des charges tout en évoquant en parallèle les dispositions constructives.

Les Planchers Bois - (2007) (2/3)

IV] La modélisation des appuis sur les poutres principales

On distingue trois types d’appuis dans chaque plan :

Les appuis simples
Les appuis rotule
Les appuis encastrement

La majorité des appuis sont modélisés comme des appuis simples.

Les appuis rotules et les encastrements sont rares du fait des difficultés constructives. Techniquement, les modes d’assemblages ainsi que les jeux nécessaires ne permettent pas de bloquer la rotation et réunir les conditions d’un encastrement.

La modélisation des assemblages est définie selon différentes techniques de mise en œuvre. Nous allons successivement étudier les différents types d’appuis.

4.2. Les Appuis Extérieurs

A. Poutres appuyées sur une maçonnerie

La poutre principale est simplement posée sur une lisse, elle-même visées sur une maçonnerie porteuse, ou un voile béton. C’est le cas le plus couramment rencontré en construction de maisons individuelles.

La modélisation se traduit par un appui simple unique à chaque extrémité de la poutre porteuse car l’appui sur la lisse ne permet ni blocage de la rotation, ni du glissement longitudinal. Seul le degré de liberté vertical est bloqué.

On note cependant que le déversement de la poutre peut être maîtrisé par des entretoises et par le platelage. Les solives secondaires, lorsqu'elles sont positionnée au même niveau que les poutres principales, évitent le déversement de celle-ci (solution appellée « en oeuvre »).

B Poutre bloquée sur sabot métallique

La poutre principale est maintenue dans une ferrure métallique appelée sabot. Cette technique facilite la mise en œuvre et évite le déversement au niveau de l’appui.

La modélisation se traduit par un double appui simple.

Le déplacement selon l’axe y est bloqué

Le déplacement selon l’axe z est bloqué

Ce dispositif devient utile lorsque le plancher est sollicité en contreventement et subit des efforts horizontaux dans le plan xoz. Ces efforts, s’ils sont orientés selon l’axe z, sont transmis aux appuis par l’intermédiaire des sabots.

En revanche, lorsque ces efforts sont dirigés selon l’axe x, les poutres principales soumises en compression transmettent les efforts par contact direct avec la maçonnerie. Les solives secondaires viennent empêcher le flambement des poutres principales.

C Poutres assemblées par tenons mortaises et chevilles

Cet assemblage bois – bois présente une facilité de montage et évite le recours à l’acier.

Les poutres principales peuvent être assemblées à des poteaux porteurs en bois. Le tenon est ajusté et assemblé à la mortaise .Ces deux pièces sont traversées transversalement par une ou plusieurs chevilles en bois.

Cette technique courante a pour conséquence de réduire la section efficace des profilés. Il faut donc faire attention à la vérification de la contrainte admissible de compression localisée et de cisaillement.

Compte tenu des « jeux » nécessaires à l’assemblage des différentes pièces et étant donné la dilatation du bois imprévisible dans le temps. Il en résulte qu’il est partiellement exclut de modéliser cet appui comme une articulation pure. Par soucis de sécurité, on occultera la possibilité de réaction horizontale de l’appui.

On note cependant qu’en réalité, l’appui crée une faible réaction horizontale, du fait de la présence de la cheville dans l’assemblage et de sa résistance au cisaillement. On observe que l’adhérence bois- bois dans l’assemblage apporte également une faible réaction horizontale.

 

D Poutres « scellées » dans une maçonnerie

Les poutres peuvent être directement scellées dans le corps de la maçonnerie. On crée une réservation dans la maçonnerie qui permet d’empocher l’extrémité de la poutre Une fois la poutre réglée, la réservation est calfeutrée à l'aide de mortier ou de béton avec bourrage soigné.

Ce type d’assemblage présente l’apparence d’un encastrement. Mais en réalité, les conditions nécesaires àcette hypothèse ne sont que rarement réunies.

L’empochement ne permet pas en réalité de bloquer la rotation :

     -Retrait du mortier/béton

     -Retrait du bois

     -Déformation du corps du mur

     -Écrasement du bois

Seuls les cas de maçonnerie en béton armé avec forte pénétration de la poutre (>1/2 de l’épaisseur du mur) permet de retenir l’hypothèse de l’encastrement.

Dans les cas usuels, ce type d’assemblage sera modélisé par un appui rotule.

4.3. Les Appuis intérieurs

L’assemblage « élastique »

Au niveau d’un croisement entre deux poutres porteuses principales, on s’intéresse à la modélisation de cet assemblage.

Du point de vue de la poutre 2

La poutre 2 subit un chargement 2 qui lui est propre et subit également une force extérieure ponctuelles correspondant à une partie du chargement de la poutre 1 venant reposer au niveau de l’assemblage (en A).

Du point de vue de la poutre 1

Cas n°1 : l’inertie de (2) est très grande devant l’inertie de (1)	Cas n 2: les inerties des deux poutres sont comparables
La poutre 1 peut dans ce cas être considérée comme simplement appuyée à chacune de ses extrémités car la poutre 2 se déforme très peu sous l’action des charges	L’appui au niveau de l’assemblage est considéré comme déplaçable pour la poutre 1 et on modélise donc cet appui comme un appui élastique. La prise en compte de ce déplacement est intégrée dans le calcul par un coefficient de raideur k qui est associé à la réaction d’appui.

V ] La modélisation des solives secondaires

5.1 Rôle et modélisation des solives

Les solives sont les poutres secondaires qui viennent s’assembler perpendiculairement aux poutres porteuses principales, à intervalles réguliers. Leur rôle est de supporter outre le poids propre du platelage, toutes les charges transmises par celui-ci. Un des rôles secondaire des solives est de réduire la longueur de flambement des poutres principales lors d’une mise en compression horizontale (contreventement).

Les sections des solives sont inférieures à celles des poutres principales et leur longueur peut varier selon le mode constructif choisit.

On modélise ces éléments comme des poutres continues sur deux ou trois appuis simples.

5.2 Dispositions constructives

On distingue deux types de mise en œuvre de ces solives.

La mis en œuvre consiste à assembler les solives sur les poutres principales à l’aide de sabots ou de lisses. 

La mise hors œuvre consiste à poser les solives directement sur la poutre principale, par chevauchement et entretoisement. 

On remarque que selon la hauteur sous plancher recherchée, on choisira l’une ou l’autre des solutions. La disposition hors œuvre paraît plus pratique à réaliser car la longueur des solives n’a pas besoin d’être exactement constante, compte tenu du recouvrement qu’ implique cette technique.

5.3 Choix des espacements

L’espacement entre les solives dépend directement de la nature du platelage qui recouvre l’ossature porteuse du plancher.

On peut faire le choix d’un platelage épais. Dans ce cas le platelage sera plus rigide et supportera des portées plus grandes sans se déformer. Nous pourrons espacer les solives, en réduire le nombre pour en augmenter la section par exemple.

On peut aussi sélectionner des panneaux bois plus petits et plus fins. De cette façon le platelage sera plus léger. Il faudra en revanche diminuer l’écartement entre les solives secondaires. On pourrait de plus diminuer les sections des solives puisqu’on augmente leur nombre.

5.4 Choix de l’entretoisement

Les solives secondaires sont des éléments de petites sections. Elles peuvent se vriller et gauchir sous les charges appliquées après leur mise en œuvre. Ces poutres sont également soumises au déversement notamment lors de la pose.

Tous ces phénomènes sont évités par un dispositif d’ entretoisement et d’étrésillons.

5.5 Modélisation des continuités

La continuité est le fait qu’un élément (poutre ou autre.) soit disposé de façon à introduire un ou plusieurs appuis intermédiaires dans la modélisation de cet élément.

Selon le type de mise en œuvre du plancher on distinguera deux types de modèles :

a Les solives « discontinues » disposées entre deux poutres principales

Dans ce cas les solives sont disposées entre les poutres porteuses principales. L’assemblage au nu d’appui se fait dans ce cas par cornières ou des sabots.

b Les solives « continues » posées sur les poutres principales

Dans ce cas les solives sont disposées de façon continue sur les poutres principales et recouvre plusieurs travées. On doit donc prendre en compte la présence d’un appui intermédiaire dans la modélisation de cette pièce.

Le matériau n’a donc pas le même comportement selon le choix du modèle.

On note les parmi les différences observées entre ces deux modèles :

c : L’allure du moment et sa valeur maximale

c.1 Dans le cas du modèle « continu »

Dans le cas ou il y a un appuis continu, Le moment de flexion est négatif sur appui.

Il y a donc traction de la fibre supérieure du bois.

Ce phénomène est caractéristique de la continuité et il convient de prendre des précautions sur la contrainte à cet endroit précis du plancher.

c.2 Dans le cas du modèle « discontinu »

             

d   L’ allure de la déformée et sa valeur maximale

  Dans le cas du modèle « continu »

Dans ce cas la valeur maximale de la flèche est atteinte avant la mi- travée et cette valeur maximale est relativement faible par rapport au second cas.

 Dans le cas du modèle « discontinu »

       

Dans ce cas la valeur maximale de la flèche est atteinte à mi-portée exactement et cette valeur maximale est plus importante que dans le premier cas

Conclusion :

La continuité est un phénomène que l’on doit prendre en compte dans la modélisation des solives (poutres secondaires du plancher). Les poutres primaires, étant généralement espacées de deux, trois mètres dans des planchers classiques, il n’est par rare de concevoir les solives comme des éléments reposant sur trois appuis ou plus.

L’intérêt de la continuité est de réduire les sections des solives et donc d’économiser du bois dans la structure. Cela est rendu possible grâce à la redistribution du moment entre les travées et les appuis intermédiaires, Les déformations étant par conséquences moindres.

Cette utilisation présente cependant des limites :

La longueur des solives ne peut excéder 7 à 8 mètres par construction et cela constitue un frein à l’utilisation systématique des continuités. De plus, Les fixations sur appuis doivent être prises en compte afin d’éviter tout soulèvement au niveau de l’appui, cette autre fragilité limite donc l’utilisation de ce modèle pour de longues portées.

Les Planchers Bois - (2007) (1/3)

Introduction

Le bois a toujours été un matériau très employé dans la construction. Son abondance ainsi que ses caractéristiques mécaniques, lui permettent d’être utilisé facilement avec des moyens très économiques.

Un plancher bois est un élément de structure horizontale destiné à supporter des charges et des surcharges liées à l’usage de locaux. Les planchers bois sont principalement rencontrés dans des bâtiments de type habitation (chalet), même si on trouve bien d’autres éléments en bois dans des constructions industrielles par exemple.

Nous présenterons dans un premier temps les différents types de plancher bois, puis nous nous intéresserons aux principes généraux permettant de modéliser une structure.

Enfin, nous détaillerons et nous expliquerons les hypothèses successives et les choix permettant de modéliser un plancher en bois.

Cet article est le premier d'une série sur les structures bois. A noter que la construction bois en France est très différente des techniques utilisés notamment  au Canada.Un article plus technique suivra sur le calcul et la technologie de l'industrie du bois au Québec.

I ] Les différents types de plancher bois

Au sens général du terme, le plancher désigne la paroi horizontale du sol d'un étage.

Le plancher bois proprement dit désigne la plate-forme recevant ou non un revêtement de sol et composée d’éléments en bois, planches ou panneaux. Cette plate forme repose elle-même sur une structure porteuse primaire, le solivage.

On distingue deux types de plancher à solivage en bois. Le plancher de bois traditionnel et le plancher mixte bois-béton (dit mixte ou collaborant).

1.1 Le plancher de bois traditionnel 

Le plancher de bois traditionnel est un plancher composé de panneaux ou de planches de bois reposant sur un solivage en bois massif ou non et dont la partie inférieure (retombée) est apparente en sous - face. Léger, rapide et économique, le plancher à structure apparente est cependant plus délicat à réaliser en matière d’affaiblissement acoustique. Il convient d’utiliser un parquet flottant pour limiter les bruits d’impact.

1.2 Le plancher mixte bois-béton ou plancher collaborant :

C’est un plancher composé d’une dalle de béton reposant sur un solivage en bois massif ou non et recouverte ou non d’un revêtement de sol (moquette, parquet, revêtement plastique, etc…)

Il existe, pour ce type de plancher, deux modes constructifs qui sont l'utilisation de dalles de béton préfabriquées et la mise en place de bacs acier puis coulage du béton.

Ce type de plancher qui allie l’esthétique de la structure apparente en sous face et un bon indice d’affaiblissement acoustique grâce à l’apport d’une couche de béton sur un solivage en bois massif ou collé. Le plancher mixte est notamment recommandé pour renforcer les planchers anciens. Il permet aussi d’intégrer un chauffage eu sol et la pose de carrelages dans les pièces d’eau.

L’utilisation de bacs acier présente de nombreux atouts du fait de ses multiples rôles : ils répondent en effet à un certain critère esthétique mais servent avant tout de coffrage à la dalle béton lors de la fabrication, évitant ainsi le coût de transport et autres inconvénients générés par l’utilisation de dalles préfabriquées.

Pour tous les types de plancher il est bien sûr possible d’opter pour une solution avec retombée masquée au profit d’une isolation (laine de verre, laine de roche, etc…)

Par la suite, nous nous limiterons à l’étude des planchers bois traditionnels.

II ] La modélisation – définitions et principes

La modélisation

Les planchers doivent être conçus pour satisfaire les critères de résistance et de déformation sous les charges appliquées et transmettre aux structures verticales sous-jacentes les efforts.

Ces critères permettent de « modéliser » les planchers. On modélise en retenant une succession d’hypothèses qui aboutissent à des schémas conventionnels permettant l’application de la Résistance des matériaux. On en déduit le dimensionnement de la structure selon des critères de résistance et de déformation.

Modéliser une structure consiste donc à bâtir une image idéalisée de la réalité, suffisamment simple pour être calculée et suffisamment réaliste pour que l’expérience en valide la fiabilité.

On en déduit en préambule des calculs que les résultats obtenus seront nécessairement approximatifs. On orientera nôtre modélisation dans le sens de la sécurité. Par conséquent l’ouvrage ainsi modélisé sera toujours légèrement sur-dimensionnés

Parmi les dispositions à prendre en compte lors de la phase de conception on note :le choix de la théorie (poutres, plaques, barres…)

la traduction des charges

le choix des appuis extérieurs et intérieurs

la modélisation des continuités

le choix des assemblages

A chacune des ces étapes, on s’interrogera sur les différents modes de constructions, on précisera les approximations qu’entraînent le choix de nos hypothèses.

III ] La modélisation des poutres principales

3.1 Description

Les poutres principales forment la structure porteuse du plancher et sont des éléments linéaires de longueur généralement inférieure à 6 ou 7 mètres. 

Leurs sections sont constantes :

Bois massif (25 cm x 30 cm , ou 30 cm x 30 cm)

Composition de bois du commerce (8 x 23 ou 6.5 x 18 )

3.2  Modélisation

La poutre présente un axe neutre sont chargées dans le plan qui constitue un plan principal d’inertie. On applique donc pour le calcul la théorie des poutres. On retiendra comme hypothèses fondamentales, que les déformations restent petites vis-à-vis de la géométrie initiale, et que l’on reste dans le domaine élastique, afin de valider les hypothèses de Navier-Bernoulli et la loi de Hook.

On modélise donc les éléments principaux du plancher comme des poutres reposant sur 2 (ou dans des cas exceptionnels 3) appuis.

Les charges sont modélisées par des forces réparties et des forces concentrées, appliquées dans le plan principal d’inertie de la poutre (plan moyen) pour des charges d’exploitations comme pour des charges permanentes.

3.3 Calcul

Il convient de vérifier deux critères principaux :

Le critère de contrainte admissible et le critère de déformation admissible.

La vérification de la contrainte admissible en flexion se fait de la façon suivante :

L’effort tranchant est souvent négligeable pour la plupart des éléments du plancher. Il ne devient en effet important que pour la conception de pièces courtes (types consoles), ce qui est généralement très rare en plancher bois.

La vérification de l’effort tranchant se fait de la façon suivante :

Le critère des déformation est quant à lui satisfait lorsque la flèche n’excède pas 1/500^ème de la porté pour la construction de maison individuelles et 1/300^ème de la porté pour le reste des constructions en bois (voire règle CB 71).

Exemple de Calcul : (excel)