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 1/500ème de la porté pour la construction de maison individuelles et 1/300ème de la porté pour le reste des constructions en bois (voire règle CB 71).
Exemple de Calcul : (excel)
