Prédimensionnement et organisations des éléments

Définitions :

La toiture d’un bâtiment est constituée essentiellement de la couverture et de la charpente. Cet ensemble doit assurer deux rôles fondamentaux : la résistance et l’étanchéité de l’ouvrage. Ces deux éléments sont également formés par différentes pièces. Les matériaux utilisés peuvent être de différentes natures ou identiques selon le cas. En général, la couverture est, comme son nom l’indique, l’élément qui maintient l’étanchéité de l’ouvrage. C’est l’élément de protection d’une construction dans sa partie supérieure. Dans la plupart des cas, elle est constituée par un seul matériau. A titre d’exemple, on peut citer : les tuiles, les tôles ondulées galvanisées, les ardoises, les couvertures en béton armé, etc. Pour que l’étanchéité soit optimale, la couverture doit assurer également l’isolation thermique, la résistance au choc et à l’arrachement dus aux intempéries et aux divers facteurs, la protection contre les incendies, l’effraction et la résistance mécanique pour les opérations d’entretien et de pose. L’autre constituant de la toiture est la charpente qui joue un rôle essentiel dans sa résistance. Elle est aussi composée par les éléments de support et les éléments de répartition. Les premiers sont formés par les fermes et les poutres, et les seconds sont formés par les pannes, les chevrons et les lattes le cas échéant. La nature des matériaux de ces divers éléments peut être différente ou identique. La charpente supporte alors les différents éléments de la couverture. Elle assure également le rôle de répartition des efforts de la partie supérieure aux poteaux ou aux murs qui vont les transmettre à leur tour aux fondations du bâtiment.

Historique :

L’utilisation du ciment dans la construction date des temps anciens. Les Assyriens, les Babyloniens, les Egyptiens, les Grecs et les Romains ont utilisé différents types de ciment dans leurs constructions. Les Romains mirent au point un ciment qui durcissait sous l’eau : c’était un mélange de chaux hydratée et de cendres volcaniques provenant du Vésuve. Ce fut le premier ciment hydraulique. L’art de fabriquer le ciment se perdit au Moyen-Age et ce n’est qu’au XVIII ème siècle que John Smeaton découvrit de nouveau les possibilités du ciment hydraulique. Après l’effondrement du phare Eddystone en Angleterre que Smeaton trouva en 1756 que la chaux obtenue à partir des calcaires à haute teneur d’argile pouvait durcir sous l’eau. Grâce à cette découverte, Smeaton reconstruit le phare qui résista ensuite 126 ans avant d’être démoli. L’idée d’associer le métal à la maçonnerie est également fort ancienne mais ce n’est que dans la moitié du XIX ème siècle que le béton armé est apparu sous une forme se rapprochant de sa forme actuelle. Cela a été favorisé par la mise au point de l’industrie du ciment au début de ce siècle. La première réalisation en béton armé serait une barque construite par LAMBOT en 1849. Cette barque comprenait une paroi mince de quelques centimètres d’épaisseur enrobant un quadrillage de fer. C’est sous l’impulsion de François Hennebique que le béton armé prend en France son véritable départ : c’était l’époque de l’empirisme. Plus tard, d’autres personnes ont contribué au développement du béton armé tels que les ingénieurs : Caquot, Chambaud, etc. D’autres innovations ont été entreprises par d’autres personnes mais ce serait trop long de les énumérer tous.

FERMES EN BETON ARME DANS LA CONSTRUCTION

Utilisation des fermes en béton armé : En général, les fermes en béton armé sont encore peu utilisées à Madagascar. On constate plutôt l’utilisation d’autres matériaux pour les fermes. Les fermes en bois sont fréquemment employées. Autrefois où les charpentes métalliques n’étaient pas encore connues dans notre pays, celles en bois étaient les seules utilisées. De nos jours, elles occupent encore une place importante dans certains types de bâtiment. On peut noter que les maisons d’habitation sont dotées dans la majorité des cas de fermes en bois. Certaines églises sont aussi des exemples vivants de l’utilisation de ce type de fermes. Avec l’apparition de nouvelles technologies, certains grands bâtiments sont dotés de charpente en bois, telles que les fermes en lamellées collées. Cependant, le bois nécessite un entretien périodique pour éviter d’une part sa dégradation naturelle et d’autre part l’attaque de divers insectes. L’inflammabilité du bois est aussi un handicap important. Ces dernières années, force est de constater que de nombreux bâtiments industriels sont battis avec des fermes métalliques dans notre pays. Il est à noter également que d’autres types de bâtiment n’échappent pas à cette règle, et dans la plupart des cas, ce sont de grandes réalisations. Elles peuvent être des stades couverts, des centres administratifs et commerciaux ou des grandes surfaces ou des usines, etc. Toutefois, ces ouvrages nécessitent un entretien régulier pour maintenir leur portance et occasionnant de ce fait un certain désavantage pour leurs propriétaires. Dans les pages précédentes, nous avons déjà vu les diverses variétés de fermes en béton armé. Cette variété permet de les utiliser dans la plupart des types de bâtiments. Les exemples énumérés ci-dessus pour les fermes en bois et en métal peuvent se réaliser avec le béton armé. Ainsi, on peut les mettre en oeuvre dans : les bâtiments industriels et hangars, dans les maisons d’habitations, dans les stades couverts, dans les églises, dans les locaux administratifs, etc.

Les dispositions des pannes et des chevrons :

Les pannes peuvent être soit en béton armé, soit en bois, soit en métal. Comme nous avons vu précédemment, l’écartement horizontal des pannes est de 2,50 m. On aura bien entendu les pannes sablières, la panne faîtière, et éventuellement les pannes intermédiaires. Il est à noter que l’écartement des fermes c’est à dire la travée ou la longueur des pannes, peut varier entre 3 et 10 m suivant les matériaux. Pour les pannes en béton armé, la portée économique est généralement de l’ordre de 6 ou 7 m. Les pannes en bois sont le plus souvent perpendiculaires à l’arbalétrier (voir figure I.30). Elles sont utilisées pour les intervalles entre fermes de 3,50 m à 5 m pour des raisons économiques. Elles peuvent être fixées à l’aide d’un fer plat de dimension 5 x 30 cm ou 7 x 40 cm scellé à queue de carpe dans le béton. Ce fer doit être muni d’un trou pour permettre le clouage de la panne. Si les pannes sont en béton armé, elles peuvent être soit coulées verticalement (Figure I.31), soit coulées perpendiculaires à l’arbalétrier. Dans le premier cas, la panne est surmontée d’un tasseau trapézoïdal en bois fixé sur elle par des clous à bateau. Les chevrons sont cloués sur cet ensemble. Dans le second cas, le système est muni d’un agrafure comme le décrit la figure I.32. En général, il est préférable d’utiliser ces pannes pour les portées à partir de 5m. Leurs sections peuvent être rectangulaires, en I ou en Té ou autres. Les chevrons sont en général en bois et disposés perpendiculairement sur pannes. Leur écartement est de l’ordre de 0,50 m. Selon l’écartement des pannes, leurs dimensions varient entre 55/65 mm et 65/75 mm. Dans le cas où l’écartement des pannes serait de l’ordre de 2 m, un chevron de dimension 55/75 mm est adéquat.