|
Le contreventement 1/2 Les contreventements sont des dispositifs conçus pour reprendre les efforts du vent dans la structure et les descendre au sol. Ils sont disposés soit en toiture dans le plan des versants (poutres au vent), soit en façades (palées de stabilité) et doivent reprendre les efforts du vent appliqués tant sur les pignons que sur les long-pans, ce type de contreventement fera l’objet d’un autre cours. La stabilité est ainsi assurée dans les trois directions de l’espace. On distingue trois types essentiels de contreventements :
Attention les éléments de bardage et de couverture en tôles (bacacier) ne doivent pas être utilisés comme des éléments de contreventements. Une structure bien conçue doit pouvoir assurer sa stabilité sous l’action de n’importe quelle charge extérieure et notamment sous l’action des charges horizontales (pression du vent sur les façades, secousses sismiques, chocs de véhicules…). Autrement dit, la conception générale d’une structure, ainsi que de chacun de ses composants, doivent permettre d’assurer la descente des charges horizontales depuis leurs points d’application jusqu’aux fondations. Définition : L’ensemble des éléments structuraux destinés à assurer la descente des charges horizontales s’appliquant sur un bâtiment est appelé système de contreventement. Nota: dans le cas de contreventement par remplissages, il faut toujours s’assurer que la transmission d’efforts entre éléments porteurs et éléments de stabilisation se fasse correctement (Maisons à colombage). Le contreventement d’un bâtiment doit être pensé dès sa conception, car ce sont la géométrie globale et le positionnement en plan des éléments les plus rigides qui déterminent en grande partie la bonne répartition des efforts dans la structure. Les géométries simples et compactes sont donc à privilégier. À l’opposé les formes en U ou en L sont à éviter car elles posent des problèmes de concentration de contraintes au niveau des angles et font apparaître de la torsion d’ensemble. La disposition en plan des éléments de contreventement est également très importante. Un mauvais positionnement et/ou une mauvaise répartition des éléments rigides entraîne nécessairement une torsion du plancher qui génère des efforts supplémentaires dans les éléments de contreventement. La notion de torsion est donc très importante pour l’étude des structures vis-à-vis des efforts horizontaux et on verra que celle-ci peut être évitée en faisant coïncider le centre de torsion avec le point d’application de la charge. Par exemple dans le cas d’une structure soumise aux efforts de vent, l’adoption d’un système de contreventement symétrique est une bonne réponse à ce problème de torsion. Les sollicitations horizontales auxquelles sont soumises les structures bois proviennent pour des efforts de vent ou de sollicitations sismiques. Les efforts de vent sont fonctions en plus de la situation géographique, de l’orographie (science géographique du relief), de l’exposition de l’ouvrage et de la volumétrie du bâtiment. Les sollicitations sismiques dépendent principalement de la zone sismique dans laquelle se trouve le bâtiment, de la géométrie du bâtiment, de sa régularité en plan et en élévation, de sa masse et de la nature du sol sur lequel il se trouve, il faut s’assurer de la capacité de celui-ci à recevoir une construction dans de bonnes conditions. Le tremblement de terre engendre des effets de deux natures, - des effets directs, les tremblements de terre sont engendrés dans des plans de faille et provoquent un déplacement au niveau de la faille qui peut être vertical et (ou) horizontal et qui peuvent entraîner des déplacements en surface, un choc et une propagation des ondes sismiques dont l’amplitude et la durée sont influencées par la qualité du sol sous les bâtiments. - des effets indirects, sous l’effet du tremblement de terre, l’ébranlement des sols va entraîner des pertes de cohésion de ces sols qui vont se traduire par des liquéfactions des sols (perte de la résistance des sols sous les constructions), des affaissements ou des tassements des sols. Comme on le voit, les deux calculs d’efforts de vent et de séisme sont assez différents. Les efforts sismiques faisant intervenir notamment des notions de période et de dissipation d’énergie, un ouvrage bien conçu pour résister aux efforts de vent ne le sera pas nécessairement pour la résistance au séisme. Dans une structure de bâtiment, les efforts horizontaux appliqués au plancher sont transmis aux fondations par l’intermédiaire des éléments de contreventement. Ces éléments de contreventement peuvent être décomposés en deux familles : - les éléments horizontaux comprenant les planchers et la toiture, - les éléments verticaux réalisés par les murs, les murs de refend, des portiques rigides ou encore des structures triangulées et des noyaux. La transmission des efforts jusqu’au sol est assurée par cisaillement entre les pointes ou vis et le platelage des planchers puis par cisaillement et traction/compression entre les éléments verticaux et les fondations, dalle, murs ou pilotis. Ce cheminement des efforts dans la structure est rendu possible par une rigidité suffisante dans leur plan de chacun des éléments. Le comportement de la structure dépend donc fortement du comportement de chaque élément de contreventement pris individuellement qu’ils soient verticaux ou horizontaux. Le comportement de ces différents éléments est complexe, car il dépend à la fois de leur géométrie (élancement, section), de leur composition, de leur positionnement et de leur rigidité relatifs dans le plan, de l’importance des charges verticales appliquées sur ces éléments. Le contreventement horizontal est réalisé généralement par des dispositions constructives au niveau des planchers et de la toiture. Il est assuré par un diaphragme constitué de solives d’un platelage et éventuellement d’une dalle collaborante et des éléments de chaînage dans le cas de bâtiments à étages, soit par la réalisation de poutres au vent généralement obtenues par triangulation des éléments de stabilité. Principe du diaphragme rigide : On appelle diaphragme rigide tout plancher haut ou toiture contreventé de telle sorte qu’il peut se comporter à la manière d’une poutre. Les appuis de cette poutre seront les palées de stabilité. De la même manière qu’une poutre “classique” est stabilisée par le blocage de 3degrés de liberté (1 encastrement OU 1 articulation + 1 appui glissant OU 3 appuis glissants), il faut bloquer au minimum 3 degrés de liberté du diaphragme rigide pour assurer sa stabilité. Liaison avec les éléments verticaux : Pour une structure entièrement en bois, la liaison se fait par l’intermédiaire d’assemblages assez divers parmi lesquels on retrouve les sabots, la pose d’une murallière, ou encore la mise en place de ferrure en âme fixée dans la ceinture du mur.
Intérêt pour le contreventement : Ce type de plancher fonctionne très bien dans le cas de structure entièrement en bois dans la mesure où il est bien contreventé (panneaux bois ou poutre au vent). Il permet de jouer le rôle de diaphragme et de répartir les efforts horizontaux entre les éléments. Pour équilibrer une force agissant dans n’importe quelle direction du plan, il faut disposer d’au moins trois lignes de forces : - les lignes d’actions des forces ne doivent pas être concourantes - les lignes d’action des forces ne doivent pas être toutes parallèles entre elles Le contreventement d’un bâtiment suit en grande partie les règles d’isostatisme. Pour pouvoir stabiliser un bâtiment il est nécessaire de supprimer les six degrés de liberté possibles, à savoir les trois translations suivant (O, x, y, z) et les trois rotations autour des axes (O, x, y, z). Supposons un bâtiment placé dans un repère (O, x, y, z) la cote suit la hauteur du bâtiment. Si ce bâtiment possède un diaphragme rigide, il reprendra les efforts suivant trois degrés de liberté (Rx, Ry, Tz) puisqu’il s’agit d’un plan. Les murs qui soutiennent ce diaphragme rigide devront eux reprendre les efforts suivants Tx, Ty et Rz. Le contreventement consiste à assurer la stabilité longitudinale d’un ouvrage à partir de « barres » formant une triangulation entre les éléments de structure (portiques ou arcs, pannes, lisses, poteaux…) représentant des « cadres » déformables initialement. Ces barres peuvent être en bois reprenant des efforts de traction ou de compression, mais aussi en métal reprenant uniquement des efforts de traction ; ce deuxième cas nécessite alors une disposition systématique en croix de Saint André. Les contreventements sont des dispositifs conçus pour reprendre les efforts du vent dans la structure et les descendre au sol. Ils sont disposés soit en toiture dans le plan des versants (poutres au vent), soit en façades (palées de stabilité), et doivent reprendre les efforts du vent appliqués tant sur les pignons que sur les long-pans. La stabilité est ainsi assurée dans les trois directions de l’espace. En toiture, l’ensemble formé par les portiques (ou arcs), les pannes et les « barres » est appelé : poutre « au vent » ; les schémas ci-dessous présentent les principaux dispositifs :
La croix de St André :
La croix de saint André est une croix en forme de X. Son nom provient de la forme de la croix qui aurait été utilisée selon la tradition pour supplicier saint André. Le contreventement par Croix de St André reprend cette forme en X qui est ni plus ni moins qu’une triangulation de quatre triangles. Cette croix peut être réalisée à l’aide de bras en bois ou à l’aide de haubans. Dans le cas de haubans, l’assemblage est réglable. Le treillis en « V »
Le treillis en « V » sous les pannes
Le treillis en « K »
Cas d’études :
|
