M ieux construire. Étude de cas sur l ossature évoluée ÉTUDE DE CAS NUMÉRO 46. Introduction

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1 M ieux construire ÉTUDE DE CAS NUMÉRO 46 Étude de cas sur l ossature évoluée Introduction Depuis quelque temps, des efforts visent à promouvoir le concept d ossature évoluée ou du calcul à valeur optimale. Le calcul à valeur optimale s apparente à une série de choix, et non à une technique de construction de bâtiments à ossature de bois. Il s agit essentiellement de calculer chaque élément employé plutôt qu à simplement suivre les techniques adoptées dans le passé. L ossature évoluée optimalise l emploi d éléments de charpente en bois, aussi bien en termes de coût que selon la perspective de la science du bâtiment. L ossature évoluée ne permet pas uniquement de réaliser des économies de coût de construction. Elle ne doit pas non plus être considérée comme un mode de construction de qualité inférieure. C est également une technique de construction écologique puisqu elle permet de réduire la quantité de matériaux de construction sans compromettre la destination prévue du bâtiment. En termes pratiques, l ossature évoluée équivaut à employer moins de bois pour réaliser la charpente d une maison. Elle évite de recourir au bois là où la charpente peut s en passer et où son emploi risque d occasionner des ennuis, comme la fissuration des plaques de plâtre. À part l usage moindre de bois de construction, l ossature évoluée se traduit par une réduction des rappels puisque l absence d éléments muraux en surplus évite les ennuis de plaques de plâtre généralement attribuables au retrait différentiel de deux pièces de bois clouées l une à l autre. L ossature évoluée n a rien de nouveau. En effet, le concept a été mis au point dans les années 1960 et est tout à fait conforme au Code national du bâtiment. Étant donné que la notion d ossature évoluée est rarement envisagée, les constructeurs devront peut-être revoir certains détails de charpente normalisés. Figure 1 : Maison faisant l objet de l étude de cas Il importe de prendre note que des charges particulières dues au vent, aux séismes ou à la neige peuvent requérir une analyse et des matériaux supplémentaires, mais cela visera un modèle de maison ou un endroit particulier.

2 Concevoir en fonction du concept d ossature évoluée L ossature évoluée dispose les éléments d ossature selon l espacement le plus efficace. En effet, les poteaux, les solives et les éléments de charpente du toit sont tous espacés de 600 mm (24 po) entre axes. Pour exercer la plus grande incidence, le recours à l ossature évoluée doit être envisagé au stade des plans. Concevoir le bâtiment en modules de 600 mm (24 po) ou en dimensions paires simplifie la disposition des éléments de charpente et réduit la quantité de matériaux. En outre, davantage d isolant thermique peut être ajouté en raison de la quantité moindre de bois dans l enveloppe du bâtiment, d où l efficacité et le confort accrus. Si tous les éléments d ossature des planchers, des murs et du toit respectent le même espacement, les éléments reposent respectivement les uns sur les autres.ainsi les charges permanentes et les charges dynamiques se transmettent par l intermédiaire des éléments inférieurs jusqu aux fondations, entraînant une charpente davantage efficace qui évite de devoir ajouter des éléments d ossature. Les principes de l ossature évoluée ont été transposés dans le concept d une petite maison qui devait être construite dans la région de Vancouver. La maison de deux étages occupe une superficie au sol de 69,67 m 2 (750 pi 2 ) et une aire de plancher totale de 139,35 m 2 (1 500 pi 2 ). (Figure 1) Charpente des murs Selon les techniques traditionnelles, les constructeurs disposent les poteaux d ossature murale selon un entraxe de 400 mm (16 po), même si les règles structurales ou le code du bâtiment autorisent un espacement supérieur. Les sablières jumelées et les poteaux corniers à trois ou quatre éléments sont également répandus. La méthode de l ossature évoluée consiste à agencer tous les éléments de charpente selon un entraxe de 600 mm (24 po), sauf si les exigences structurales requièrent de les rapprocher. Elle permet d éviter d utiliser inutilement des linteaux en bois dans des murs non porteurs et des poteaux nains et poteaux jumelés dans les bâtis de portes et fenêtres. Aligner les charges transmises par les solives de plancher aux poteaux d ossature en dessous permet d employer une seule sablière. (Figure 2) Faire usage d une quantité moindre de poteaux accélère l exécution d ensembles de construction et donne un mur mieux isolé en raison de la diminution des ponts thermiques et de l espace supplémentaire de l enveloppe du bâtiment, qui peut être comblé d isolant. Le supplément d isolant permet de réduire les déperditions de chaleur, voire la capacité du système de chauffage. Lorsque l emplacement des bâtis de portes et de fenêtres des murs extérieurs respecte l espacement modulaire des poteaux, il est possible d éliminer ou de réduire l emploi de poteaux nains ou de potelets, même s il s agit de murs porteurs. Lorsqu on a recours à des fenêtres qui peuvent s insérer entre les poteaux, aucun poteau nain ni linteau supplémentaire ne sont requis. Dans le cas de bâtis de dimensions supérieures, un poteau et un poteau nain s imposent. Dans une maison type où les éléments d ossature sont disposés à entraxe de 400 mm (16 po), la surface des sablières ou lisses, poteaux, linteaux, poteaux nains ou potelets, peuvent représenter jusqu à Figure 2 : Alignement des éléments d ossature : les fermes de toit reposent directement sur les poteaux et les solives de plancher en dessous. Aucun linteau requis pour les bâtis qui respectent l espacement des poteaux d ossature. 23 % de celle des murs extérieurs. En adoptant les techniques de l ossature évoluée, les poteaux disposés à entraxe de 600 mm, sans poteaux nains et autres poteaux redondants, les éléments en bois du mur peuvent être réduits au point de ne représenter qu environ 15 % de la surface des murs extérieurs. De nos jours, l ossature en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po) constitue la norme dans la plupart des régions du Canada. En effet, un mur en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po) n utilise pas plus de bois de construction qu un mur en éléments de 38 x 89 mm à entraxe de 400 mm (2 x 4 à entraxe de 16 po), mais offre une résistance structurale supérieure tout en autorisant davantage d isolant thermique. Le module d éléments à entraxe de 400 mm (16 po) requiert un poteau supplémentaire pour chaque longueur de mur de mm (4 pi) qui nécessite davantage d attaches et de main-d œuvre pour l exécution. Grâce à une planification attentive, il est possible de réduire le nombre de poteaux nains et de potelets, en particulier dans les murs extérieurs

3 porteurs. Dans bien des situations, ils ne remplissent généralement pas de fonction structurale, mais occupent de l espace qui gagnerait à être isolé. Les poteaux nains sont habituellement les plus faciles à supprimer, puisqu ils ne portent généralement pas de charges importantes, surtout dans le cas de petites fenêtres. En règle générale, il n y a pas lieu de poser autant de potelets qu il s en utilise. La plupart des charpentiers posent systématiquement un potelet aux deux extrémités de la pièce d appui de la fenêtre, quel que soit l espacement des éléments d ossature. Lorsque l ajout de potelets se révèle nécessaire, on peut employer des éléments ne mesurant que 38 x 89 mm (2 x 4 po). Par contre, peut-être qu un concept particulier obligera à faire appel à un ingénieur de structure. (Figure 3) Quant à la maison faisant l objet de la présente étude de cas, l emplacement et les dimensions des bâtis de portes et fenêtres respectent l agencement des poteaux du moins d un côté du bâti, autant que faire se peut. Les murs extérieurs réalisés selon les techniques d ossature classiques auraient comporté 204 poteaux répartis sur les deux étages de la maison. Les techniques de l ossature évoluée portent le nombre à 152, soit une réduction de 25 % qui entraîne une économie de 151,50 $ uniquement pour le bois de construction. Cette somme ne tient même pas compte des économies de main-d œuvre s expliquant par la manutention d un moins grand nombre de matériaux. On se préoccupe parfois que l espacement supérieur entraîne des ennuis de plaques de plâtre. Cela a pu poser problème dans le passé, à l époque où l on faisait usage de plaques de 9,5 mm (3/8 po), mais ce n est plus le cas aujourd hui grâce aux plaques de plâtre de 12,5 mm ( 1 2 po). Il vaut également la peine de noter que les éléments d ossature en surplus risquent d occasionner la fissuration des plaques de plâtre ou le soulèvement des têtes de clous par suite du retrait différentiel ou du mouvement des pièces de bois. La situation se remarque particulièrement aux angles, où le retrait ou le gauchissement des poteaux en directions opposées peut exercer des contraintes sur les joints faibles des plaques de plâtre. Lisses ou sablières murales Une seule sablière peut s employer là où les solives ou les fermes de toit s alignent sur les éléments d ossature. Il peut être nécessaire de recourir à des connecteurs métalliques pour assujettir les sablières l une à l autre. Lorsqu on fait usage d une seule sablière, la longueur des poteaux et la hauteur des murs doivent entrer en ligne de compte de façon à obtenir l emploi le plus efficient de matériaux de finition des plaques de plâtre et d éviter de devoir pratiquer des tailles excessives. On peut réduire la taille de la lisse et de la sablière et ainsi employer moins de bois de construction et améliorer l efficacité énergétique du bâtiment. La situation se prête tout à fait à la construction de murs en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po), puisque les lisses ou sablières de 89 mm (3 1 2 po) de largeur assurent, dans la plupart des cas, un appui structural suffisant. Une lisse de 38 x 89 mm (2 x 4 po) peut donc s assembler à un poteau de 38 x 140 mm (2 x 6 po) qui ferait saillie de 50 mm (2 po). Après coup, 50 mm (2 po) de revêtement intermédiaire isolé peut être mis en œuvre sur la face extérieure, par-dessus la solive de rive ou les fondations. Cela permet d affleurer le mur extérieur et de préserver la protection thermique de l enveloppe du bâtiment. (Figure 4) Angles des murs extérieurs Un poteau cornier à trois et parfois à quatre éléments s utilise couramment dans les techniques d ossature normalisées, bien que ce ne soit pas nécessaire pour assurer la résistance structurale. La charge qui s exerce sur un poteau cornier représente environ la moitié de celle que subit un poteau ordinaire, de sorte qu un poteau cornier à deux éléments suffit largement pour porter les charges structurales. Le troisième ou le quatrième poteau tient généralement lieu de fond de clouage pour le revêtement mural intérieur de finition d habitude en plaques de plâtre de 12,5 mm ( 1 2 po). L angle peut être formé à partir des poteaux Figure 3 : Poteaux nains et potelets rendus inutiles; coin extérieur tout à fait isolé; bâtis alignés selon l espacement des poteaux. Figure 4 : Lisse de 89 mm (3 1 2 po) d un mur de 140 mm (6 po).

4 d extrémité à l intersection des deux panneaux muraux. Supprimer le ou les poteaux en surplus permet d isoler davantage l angle et de réduire la formation de ponts thermiques. Les agrafes à plaques de plâtre peuvent servir à fixer les plaques. (Figure 5) En effet, la plaque de plâtre d un mur se fixe au poteau cornier, alors que celle du mur adjacent est maintenue en place par des agrafes qui sont enfoncées dans le même poteau. Une telle façon de faire a pour effet de réduire les rappels en raison du joint flottant ainsi produit. Dans la maison dont il est ici question, de forme rectangulaire et donc avec quatre coins, huit poteaux sont éliminés aux angles grâce à l assemblage ne requérant que deux éléments. La valeur globale R calculée pour le mur extérieur en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po) réalisé selon la technique de l ossature évoluée (sans égard aux portes et fenêtres) correspond à RSI 3,03 (R 17.2) lorsqu on fait usage d isolant en fibre de verre. La valeur R globale du même mur réalisé en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po) réalisé selon les techniques classiques n équivaut qu à RSI 2,81 (R 16.2) parce que le bois, comparativement à la fibre de verre, est un piètre isolant. La valeur RSI du bois n est que de 0,21 (R 1.25 au pouce). Par conséquent, outre le coût inférieur des matériaux s expliquant par la moindre quantité de bois qu entraîne son adoption, la technique de l ossature évoluée permet d obtenir un ensemble de construction mieux isolé. Exécution des murs intérieurs Les cloisons intérieures ont pour fonction première de diviser l espace intérieur et d assurer un degré souhaitable d intimité.vu les charges structurales peu élevées, on peut recourir à des éléments de charpente de plus petites dimensions, comme des poteaux en bois de 38 x 64 mm (2 x 3 po); par contre, l emploi de modules de 600 mm (24 po) se traduit par une diminution appréciable du bois de construction. Même lorsqu il faut employer des éléments de 38 x 89 mm (2 x 4 po) pour tenir compte des services ou des boiseries de portes, l espacement de 600 mm (24 po) permet de réduire la quantité de bois employée. Les bâtis pratiqués dans les cloisons intérieures (non porteuses) destinés à recevoir des portes de passage ne sont soumis à aucunes exigences structurales particulières. Ainsi, le bâti peut être réalisé à l aide d un seul poteau de chaque côté et d un calage au-dessus de la traverse supérieure. Aucun linteau ni potelet ne sont requis, pas plus que des poteaux nains au-dessus de la traverse supérieure. Il est préférable de poser des calages horizontaux à partir des retailles de part et d autre du bâti formé d un seul poteau pour conférer davantage de solidité et de rigidité à l assemblage. Cette façon de procéder contribue à éviter la torsion du poteau et à ajouter de la solidité que pourrait nécessiter la quincaillerie (Figure 6) Plus besoin de poteaux de cloisons À l intersection des cloisons intérieures et du mur extérieur se trouve généralement un poteau de cloison qui, intégré au mur extérieur, procure l appui pour y fixer les cloisons. Sauf lorsque le poteau fait partie d un mur conçu par un ingénieur, notamment pour porter une charge ponctuelle, aucune exigence structurale ne vise l ancrage des cloisons au mur extérieur. La technique de l ossature évoluée consiste à faire usage de calages, puisés parmi les retailles, et à les disposer à entraxe de 600 mm (24 po) entre les poteaux adjacents des murs extérieurs, auxquels l ossature intérieure peut être fixée, et servir de fond de clouage au revêtement intérieur en plaques de plâtre. Cela permet d isoler tout à fait l espace entre les poteaux (même si les calages influent sur la profondeur de l isolant) et ne laisse aucun espace dépourvu d isolant comme c est souvent le cas en pareils endroits. (Figure 7) Figure 5 : Coin extérieur formé de deux poteaux, avec agrafes pour plaques de plâtre Figure 6 : Ouverture pratiquée dans une cloison intérieure. Les calages horizontaux assurent l appui de la quincaillerie. Figure 7 : Intersection d une cloison intérieure et du mur extérieur. Les calages horizontaux portent l ossature des cloisons, l isolant thermique est mis en œuvre derrière les calages.

5 Ossature de plancher Suivant les charges et les portées, les solives de plancher peuvent être disposés à entraxe de 600 mm (24 po). Une telle disposition réduit le nombre de solives du tiers comparativement à l espacement de 400 mm (16 po). Augmenter l entraxe des solives de plancher doit être évalué avec soin puisqu il faut s assurer de conférer au plancher suffisamment de rigidité. Peut-être faudra-t-il également accroître l épaisseur du support de revêtement de sol pour obtenir une performance équivalente. En règle générale, cela signifie d employer un support de 19 mm (3/4 po) plutôt que de 15,8 mm (5/8 po). Dans la maison faisant l objet de l étude de cas, la portée permet d espacer les solives de plancher de 600 mm (24 po) entre axes et ainsi d en réduire le nombre de 14. Par contre, cette économie de 150 $ est compensée par le supplément à engager pour faire usage de contreplaqué plus épais; il a donc été décidé de ne pas retenir l espacement supérieur. Chaque situation doit faire l objet d une analyse économique. Les cloisons non porteuses parallèles aux solives de plancher n ont pas besoin d être supportées par des solives jumelées. Elles peuvent reposer sur des calages de 38 x 89 mm (2 x 4 po) disposés entre les solives voisines. Les calages ne doivent pas être espacés de plus de 1,2 m ( 4 pi) les uns des autres. Réduction des poteaux composés Dans un mur en éléments de 38 x 140 mm (2 x 6 po), le poteau composé qui doit porter la poutre composée du plancher au-dessus est généralement constitué de pièces de 38 x 140 mm (2 x 6 po). Il se peut toutefois qu un poteau composé d éléments de 38 x 89 mm (2 x 4 po) suffise pour porter les charges. L emploi d éléments de 38 x 89 mm (2 x 4 po) en pareille situation permettrait de réaliser des économies de matériaux et de mettre en œuvre davantage d isolant thermique derrière le poteau pour ainsi réduire la formation de ponts thermiques dans le mur. Linteaux L analyse des plans avant l étape de la construction proprement dite peut révéler que des modifications mineures permettraient de réaliser des économies de matériaux et de disposer les linteaux à d autres endroits. En effet, on peut s abstenir d en poser dans les murs pignons ne devant supporter aucune charge ou lorsque les fermes de toit sont parallèles au mur où se trouverait normalement le linteau. Les fenêtres disposées dans un bâti mural à simple ossature peuvent également se passer de linteaux. Il est également possible de déplacer le linteau au-dessus de la sablière dans une maison de deux étages lorsqu on s en sert en combinaison avec la solive de bordure, ce qui permet d éliminer un élément. L applicabilité de ce détail d exécution requerra la vérification des charges et de la portée du linteau. Dans la maison faisant l objet de la présente étude de cas, quatre fenêtres sont disposées dans des murs non porteurs, de sorte qu aucun linteau n est requis. Le bâti de trois fenêtres qui n ont pas besoin de linteau est réalisé avec une solive de bordure jumelée posée par-dessus la fenêtre, ce qui évite de recourir à un linteau distinct et permet de réduire la quantité de bois de construction nécessaire. Cette technique autorise l ajout d isolant dans la cavité murale, vu la moindre quantité de bois de construction, sans pour autant restreindre le niveau d isolation puisqu on peut combler entièrement d isolant les espaces entre les solives de plancher. Selon les techniques de charpenterie normalisées, tous les linteaux sont constitués d éléments uniformes de 38 x 235 mm (2 x 10 po). Ici, chaque fenêtre de mm (4 pi) est dépourvue de linteau, ce qui fait réaliser une économie en matériau de 6,27 $, sans compter le coût de la main-d œuvre à engager pour la manutention des matériaux. Conclusion Les techniques classiques de conception et de construction à ossature de bois n ont pas beaucoup évolué depuis 25 ans. En règle générale, la construction conventionnelle utilise beaucoup plus de matériaux et de main-d œuvre que ce qui est nécessaire, à cause des perceptions touchant l accroissement de rigidité structurale, de commodité et de conformité présumée au code. Le gaspillage de matériaux et de main-d œuvre est chose courante. Les matériaux et la main-d œuvre supplémentaires peuvent ne servir à rien et ajouter considérablement au coût de réalisation d un projet d habitation. En vérifiant soigneusement la conception et les exigences structurales, on s aperçoit que l ossature de cette petite maison peut compter 52 poteaux de moins, moins de lisses ou sablières et 3 pièces de moins mesurant 38 x 235 mm x mm (2 x 10 x 8 pi), d où des économies de coût de 232,35 $. Cela entraînerait des économies de main-d œuvre en raison de la moindre quantité de matériaux à manutentionner et à assembler. En outre, l efficacité accrue de l isolation thermique a pour effet d abaisser la consommation d énergie de la maison au cours de sa durée utile. Économies relevées lors de l étude de cas Élément Économie de matériaux Économie de coût Poteaux 400 pieds-planche 151,60 $ Linteaux 26 pieds-planche 6,27 $ Sablière (une seule) 156 pieds-planche 55,33 $ Lisses (de 89 mm (3 1 2 po)) 48 pieds-planche 19,15 $ Total 232,35 $

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