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Dimensionnement et assemblage 2013/01.07

La première partie de cet article aborde le dimensionnement des planchers à solives et des murs porteurs de bâtiments résidentiels à ossature en bois. L'objectif est de proposer des tableaux d'aide au dimensionnement, pratiques d'utilisation et basés sur la norme de calcul NBN EN 1995-1-1 (Eurocode 5) et son annexe nationale belge (ANB). La seconde partie est consacrée aux règles technologiques qu'il convient de respecter dans les assemblages en bois.

1. Dimensionnement des planchers et parois dans les constructions à ossature en bois

Les tableaux présentés ci-après fournissent les portées à ne pas dépasser, dans le cas des planchers, ainsi que les sections et entraxes adéquats des montants des murs porteurs. Ils s'appliquent aussi bien aux maisons unifamiliales qu'aux immeubles à appartements jusqu'à trois étages.

Des tableaux similaires applicables aux planchers avaient été proposés dans un article paru en 2001 dans CSTC-Magazine ('Dimensionnement des structures en bois. 1e partie : les planchers des maisons d'habitation'). Il semblait néanmoins important, à la suite de l'actualisation des normes de calcul, de mettre à jour les valeurs de ces tableaux.

1.1. Critères de dimensionnement

Le dimensionnement des structures est basé sur le calcul aux états limites, en considérant tous les cas de charge et les situations de projet. Aux états limites ultimes (ELU), il convient de contrôler notamment la résistance des éléments structuraux en bois et, aux états limites de service (ELS), leurs déformations (¹) ainsi que leur sensibilité aux vibrations s'il s'agit d'un plancher.

Dans le cas d'un plancher, ce sont les critères aux ELS qui sont généralement déterminants. Nous nous attarderons donc principalement sur ceux-ci. Toutefois, pour toute structure de plancher, il convient de vérifier également la résistance en flexion, à l'effort tranchant et au poinçonnement éventuel des solives en bois. Le panneautage doit, en outre, être vérifié en flexion. Pour plus de précisions, l'Eurocode 5 fournit les principes de calcul.

Dans le cas d'un mur à ossature en bois, ce sont les critères aux ELU qui sont généralement déterminants et, plus principalement, la compression perpendiculaire aux fibres de la lisse basse du rez-de-chaussée. Quoi qu'il en soit, les autres modes de rupture ainsi que les déformations doivent également être contrôlés.

1.2. Tableaux de dimensionnement des planchers

Les tableaux ont été élaborés compte tenu des paramètres suivants :

  • essence constituant les solives : résineux
  • classe de résistance : C18
  • charge d'exploitation : 200 kg/m² (catégorie A : immeuble d'habitation)
  • taux d'humidité du bois livré sur chantier : ± 22 %
  • classe de service : 1 (ne s'applique pas aux planchers sur vide sanitaire ou sur cave)
  • nombre d'appuis : 2 (cas le plus fréquent)
  • largeur du plancher : ± 4 m (²).
Deux compositions de plancher types ont été considérées. Celles-ci sont illustrées aux figures 1 et 2 en page 23. Il s'agit d'un plancher léger revêtu d'un parquet (poids propre du complexe plancher : 70 kg/m²) et d'un plancher lourd avec un revêtement de sol carrelé (poids propredu complexe plancher : 170 kg/m²)

Les critères d'évaluation aux ELU et ELS sont les suivants :

  • vérification à la flexion et à l'effort tranchant des solives et du panneautage (ELU)

  • pour le plancher n° 1, vérification de la déformation des solives en vue d'empêcher la détérioration du revêtement de sol souple (L/350 combinaison caractéristique, ELS)

  • pour le plancher n° 2, vérification de la déformation des solives en vue d'empêcher la détérioration du revêtement de sol rigide (L/500 combinaison caractéristique, ELS)

  • vérification de la planéité du panneautage pour une exécution 'normale' (tolérance de 3 mm sous la règle de 1 m (voir NIT 218)

  • vérification du confort vibratoire (ELS) pour les planchers n° 1 et 2.
Les portées maximales sont indiquées dans le tableau A pour la configuration de plancher n° 1 (parquet) et dans le tableau B pour la configuration de plancher n° 2 (carrelage). Les portées les plus faibles sont indiquées en rouge pour chaque entraxe et chaque dimension de solive.

On remarque que, pour le plancher n° 1, recouvert de parquet (plancher léger), le critère déterminant est généralement celui du confort vibratoire, étant donné la faible masse surfacique du plancher. Pour le plancher n° 2, avec chape et carrelage, c'est le critère de déformation des solives qui est déterminant. En effet, grâce au gain de masse apporté par la chape, les vibrations sont plus faibles. Par ailleurs, pour les planchers de grande portée, lorsque les réactions d'appui sont importantes et que la surface d'appui est limitée, il y a lieu de vérifier que la résistance à la compression perpendiculaire aux fibres n'est pas dépassée au niveau des appuis.


Exemples 2013/01.07

Exemple 1

Plancher avec parquet, finition inférieure en plaques de plâtre enrobées de carton, solives 75 x 225 mm² espacées d'axe en axe de 0,6 m (poids propre du complexe plancher : 70 kg/m²) :
  • critère de vibration : la portée maximale est voisine de 4 m (voir tableau A).
  1. Parquet en chêne de 15 mm d'épaisseur (11 kg/m²)
  2. Panneau d'isolation acoustique haute densité de 10 mm d'épaisseur
  3. 2 plaques cartonnées renforcées de fibres 2 x 10 mm (25 kg/m²)
  4. Panneau de type OSB de 18 mm d'épaisseur (11 kg/m²)
  5. Solive (dimensions dans le tableau A)
  6. Plafond suspendu dont la finition est constituée d'une plaque de plâtre de 15 mm d'épaisseur (15 kg/m²)
1 | Plancher n° 1 avec parquet (poids propre : ± 70 kg/m²) (schéma de principe)

A | Portée maximale du plancher n° 1 [m]
Entraxe 'a' [m] Solive 63 x 175 mm² Solive 75 x 225 mm²
ELS ELU ELS ELU
L/350 Critère de vibration L/350 Critère de vibration
0,3 3,9 3,5 3,9 5,3 5,3 6,7
0,4 3,5 2,9 3,8 4,8 4,8 5,9
0,5 3,3 2,7 3,7 4,5 4,5 5,3
0,6 3,1 2,5 3,6 4,2 4,0 4,8

Exemple 2

Plancher avec carrelage de grandes dimensions, finition inférieure en plaques de plâtre enrobées de carton, poutres 63 x 175 mm² espacées d'axe en axe de 0,3 m (poids propre du complexe plancher : 170 kg/m²) :
  • flèche maximale L/500 : la portée maximale est de l'ordre de 2,9 m (voir tableau B).
  1. Carrelage (20 kg/m²)
  2. Membrane de désolidarisation acoustique
  3. Chape de 6 cm d'épaisseur (120 kg/m²)
  4. Panneau de type OSB de 18 mm d'épaisseur (11 kg/m²)
  5. Solive (dimensions dans le tableau B)
  6. Plafond suspendu dont la finition est constituée d'une plaque de plâtre de 15 mm d'épaisseur (15 kg/m²)
2 | Plancher n° 2 avec chape et carrelage (poids propre : ± 170 kg/m²) (schéma de principe)

B | Portée maximale du plancher n° 2 [m]
Entraxe 'a' [m] Solive 63 x 175 mm² Solive 75 x 225 mm²
ELS ELU ELS ELU
L/500 Critère de vibration L/500 Critère de vibration
0,3 2,9 4,1 3,3 4,0 5,7 5,5
0,4 2,7 3,8 3,1 3,6 5,3 5,0
0,5 2,5 3,6 3,0 3,4 5,0 4,5
0,6 2,3 3,4 2,8 3,2 4,8 4,1

1.3. Tableau de dimensionnement des murs porteurs à ossature en bois

Exemple
Considérons un immeuble à appartements de deux étages dont la portée des planchers lourds vaut au maximum 5 m.

Dans cet exemple, la section des montants des parois portantes ne doit pas être inférieure à :

  • soit 38 x 140 mm avec un entraxe de 400 mm maximum
  • soit 50 x 140 mm avec un entraxe de 500 mm maximum (voir tableau C).
C | Section et entraxe des montants en fonction du nombre d'étages pour un bâtiment résidentiel dont la portée des planchers est limitée à 5 m (voir encadré ci-contre)
Nombre d'étages Plancher léger (figure 1) Plancher lourd (figure 2)
Section des montants [mm²] Entraxe [mm] Section des montants [mm²] Entraxe [mm]
0 ≥ 38 x 89 ≤ 600 ≥ 38 x 89 ≤ 600
1 ≥ 38 x 89 ≤ 600 ≥ 38 x 89 ≤ 400
≥ 38 x 140
ou
45 x 120
≤ 600
2 ≥ 38 x 140
ou
45 x 120
≤ 600 ≥ 38 x 140 ≤ 400
≥ 50 x 140 ≤ 500
3 ≥ 38 x 140
ou
45 x 120
≤ 400 ≥ 50 x 140 ≤ 400

Le tableau C indique les sections et entraxes des montants en fonction du nombre d'étages.

  1. Maçonnerie de parement
  2. Coulisse ventilée
  3. Pare-pluie
  4. Isolant et montants/traverses
  5. Pare-vapeur
  6. Panneau OSB de 12,5 mm d'épaisseur
  7. Lattage
  8. Vide technique
  9. 1 à 2 plaques de plâtre de 12,5 mm d'épaisseur
3 | Composition d'un complexe façade à ossature en bois (poids propre : ± 100 kg/m)
Une composition type de mur porteur a été choisie en prenant en compte une hauteur d'étage de 2,8 m (voir figure 3). La masse du mur par mètre courant vaut approximativement 100 kg/m.

Les paramètres suivants ont en outre été pris en considération :

  • essence utilisée pour les solives : résineux
  • classe de résistance : C18
  • classe de service : 2
  • taux d'humidité du bois livré sur chantier : ± 22 %
  • portée des planchers : 5 m maximum
  • poids propre des planchers : 70 kg/m² pour le plancher léger (voir figure 1) et 170 kg/m² pour le plancher lourd (voir figure 2)
  • poids propre de la toiture : 50 kg/m²
  • charge d'exploitation sur les planchers : 200 kg/m² (catégorie A : immeuble d'habitation)
  • charge d'exploitation sur la toiture : 80 kg/m² (toiture inaccessible, sauf pour réparation)
  • charge de neige sur une toiture plate : 60 kg/m² (bâtiment situé jusqu'à 300 m d'altitude).
Les charges de vent et de neige sur la toiture plate ont été combinées, de façon à considérer le cas le plus défavorable. Le tableau peut donc s'appliquer aux toitures inclinées (approche sécuritaire).

Les règles technologiques applicables aux assemblages ont été respectées (voir § 2).

Les critères d'évaluation aux ELU et aux ELS sont les suivants :

  • vérification en compression axiale des montants (ELU)
  • vérification en compression perpendiculaire des lisses basses (ELU).

2. Règles technologiques pour les assemblages de type 'tiges'

4 | Préperçage des pièces pour la pose de vis à bois dont d > 6 mm
Les fixations de type 'tiges cylindriques' regroupent principalement les pointes, les clous, les vis à bois, les tire-fonds (³), les broches et les boulons. Ces connecteurs permettent de transférer des efforts de traction et de cisaillement par écrasement du bois et par cisaillement et flexion des tiges. Il est possible de déterminer analytiquement la capacité résistante de ces assemblages en appliquant les méthodes de calcul adéquates fournies dans l'Eurocode 5 (NBN EN 1995-1-1). A chaque type d'assemblage correspond une méthode de calcul spécifique qui dépend de nombreux paramètres tels que les dimensions et la classe de résistance des deux pièces de bois à assembler, le diamètre de la fixation, la longueur de pénétration, … Il s'avère donc très difficile d'établir des tableaux de dimensionnement pour chaque type de fixation. Néanmoins, il est très important de respecter une série de règles technologiques afin d'éviter la ruine prématurée de l'assemblage (par fissuration, par exemple).

Ces règles sont expliquées brièvement ci-après et illustrées à la figure 5 sur la base de trois exemples d'assemblage que l'on retrouve régulièrement dans les ossatures en bois. Pour chacun de ces assemblages, les distances minimales entre deux fixations, entre une fixation et les extrémités des pièces assemblées ainsi que la longueur de pénétration dans la dernière pièce sont spécifiées dans des tableaux séparés correspondant à l'assemblage adéquat.

Les trois principales règles technologiques à respecter 2013/01.07

La disposition des tiges
Afin de limiter le risque de fissuration du bois, l'Eurocode 5 prévoit pour chaque type de tige des espacements et des distances minimum à respecter qui en fonction du type d'assemblage, du diamètre nominal 'd' de la tige et de la direction des efforts par rapport à l'orientation des fibres de l'élément en bois (parallèle ou perpendiculaire). On notera que si l'orientation des fibres des pièces à assembler n'est pas identique, on considérera les pièces séparément et on respectera l'espacement minimum le plus grand. Les tableaux qui accompagnent la figure 5 fournissent ces espacements et distances à respecter pour les trois types d'assemblages.

La pénétration dans la dernière pièce
Il est nécessaire de respecter des longueurs de pénétration minimum pour utiliser les capacités résistantes des assemblages stipulées dans l'Eurocode 5 (voir valeurs 'p' dans les tableaux E et F qui accompagnent la figure 5).

La mise en place avec ou sans préperçage
Pour les tiges dont le diamètre est supérieur à 6 mm ou pour la pose dans les bois feuillus, il y a lieu de prévoir un avant-trou dont le diamètre dépend du type d'assemblage (voir tableau D).


D | Dimensions des avant-trous selon l'Eurocode 5
Type de fixation Exigence Diamètre de l'avant-trou
Pointes et clous Avant-trou non exigé jusqu'à d ≤ 6 mm ≤ 0,8 d
Vis d ≤ 6 mm Avant-trou non exigé ≤ 0,8 d
Vis d > 6 mm Avant-trou exigé d pour la partie lisse et 0,7 d pour la partie filetée (voir figure 4)
Broches Avant-trou exigé ≤ d
Boulons Avant-trou exigé et utilisation d'une rondelle dont :
  • le diamètre ≥ 3 d
  • l'épaisseur ≥ 0,3 d
  • Dans le bois : ≤ d + 1 mm
  • Dans une plaque métallique: max. (d + 2 mm; 1,1 d)

E | Distance et pénétration minimales pour la fixation de l'ossature, en fonction du type de fixation
Type de fixation Espacement et distance minimum Pénétration minimale
dans la dernière pièce
a1 a2 b c e p
Pointe/clou/vis d ≤ 6 mm sans avant-trou 10 d 5 d 15 d 5 d 7d 6 d
(8 d si clou lisse)
Vis d ≤ 6 mm avec avant-trou 5 d 4 d 12 d 3 d 5 d
Vis d > 6 mm 5 d 4 d max(7 d; 80 mm) 3 d 4 d

Dans un assemblage cloué perpendiculairement au fil du bois, seules les pointes non lisses sont capables de reprendre des charges de traction permanentes ou de longue durée. Les pointes lisses sont donc à proscrire.
Dans un assemblage en bout de fil, le clouage ne peut transmettre ni d'effort axial ni d'effort latéral dans une structure porteuse. Il est donc à proscrire.
Pour des panneaux à chant droit, les montants intermédiaires sur lesquels sont clouées deux rives de panneaux doivent avoir une largeur minimum de 20 d. Les autres montants intermédiaires et les montants d'extrémité ont une largeur minimum de 10 d. Ainsi, pour des clous de diamètre 'd' de 2,8 mm, la largeur minimum du montant de couture est de 20 d, soit 56 mm; les autres montants ont une largeur minimum de 10 d, soit 28 mm.

Si on recourt à des panneaux rainurés-languetés, toutes les rives doivent être couturées, sinon il y a lieu de coller les joints dans les rainures et les languettes. Pour les panneaux rainurés-languetés, la largeur minimum des montants est de 10 d.
 
Assemblage bois-bois perpendiculaire au fil du bois
 
Assemblage bois-bois en bout de fil
 
Assemblage panneaux-ossature
5 | Assemblages types dans les ossatures en bois

F | Distance et pénétration minimales pour la fixation des panneaux, en fonction du type de fixation
Type de fixation h f g p
Distance minimale avec la rive
du montant ou du panneau
Espacement sur les rives des panneaux Espacement maximum sur les montants
intermédiaires
Pénétration
minimale
OSB ou autre Contreplaqué
Clou/pointe 5 d 3 d 150 mm Min. (300 mm; 2 f) 6 d
Vis 5 d 3 d 200 mm 6 d
Agrafe 5 d 3 d 150 mm 14 d
Article réalisé dans le cadre de l'Antenne Normes Eurocodes subsidiée par le SPF Economie
(¹) Aux ELS, en ce qui concerne les valeurs limites de déformation, c'est la norme NBN B 03-003 qui fournit la valeur des flèches à respecter en fonction de la finition ou de l'élément de la construction à contrôler.

(²) Ce paramètre est nécessaire pour la vérification du confort vibratoire.

(³) Les tire-fonds sont des vis à bois dont la tige est plus large et dont la tête est carrée ou hexagonale. Dans la suite de cet article, les tire-fonds seront appelés vis à bois.