Charpente à fermettes

Fonds de Formation professionnelle de la construction en collaboration avec Centre de Formation Bois BOIS 6.1

Rédaction Coordination: Groupe de travail: Textes: Dessins: Arch. Edwin De Ceukelaire Willem Van Peer Alex Dierickx Bernard Despiere Christof Termote Dirk Watthé Etienne Moernaut Filip François Patrick Coene Paul Delcour Philip Deltour Silveer De Dobbelaere André De Potter Yvo Borry Alex Dierickx Filip François Bart De Waele Paul Delcour Philip Deltour ISO 9001 CERTIFIED QUALITY SYSTEM Groupe de lecture: Groupe de travail Jeroen Doom Bart De Waele BCCA Avec l aide de: Broux BVBA Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles, 2014 Tous droits de reproduction, de traduction et d adaptation, sous quelque forme que ce soit, réservés pour tous les pays. version août 2014 D/2014/1698/13 2 Contact Pour adresser vos observations, questions et suggestions, contactez: fvb-ffc Constructiv rue Royale 132/5 1000 Bruxelles Tél.: +32 2 210 03 33 Fax: +32 2 210 03 99 Site web : ffc.constructiv.be

Avant-Propos Avant-Propos Contexte Le secteur de la construction, pilier de notre économie, est confronté constamment a un grand nombre de défis. Parmi ceux-ci, le secteur veille a assurer la formation continue de la main-d œuvre en activité dans la construction. Pour renforcer la réserve de main-d œuvre qualifiée, Le Fonds de Formation professionnelle de la Construction, le fvb-ffc Constructiv, porte une attention particulière à l enseignement et à la formation des jeunes qui choisissent une formation dans le domaine de la construction. La formation tout au long de la carrière professionnelle demeure une nécessite car les techniques et les matériaux évoluent de manière significative; une plus grande attention sera accordée aux dispositions relatives à la sécurité et aux exigences liées a la «Construction durable». Par conséquent, le ffc, avec le soutien des organisations professionnelles, charge des équipes de rédaction de manuels modulaires de formation. Ces manuels peuvent être complémentaires aux publications du CSTC. Les équipes de rédaction peuvent varier selon le sujet. Les experts sont généralement identifies auprès des opérateurs de formation et de l enseignement, des professionnels du secteur en activité ou encore auprès des fabricants, pour être le plus possible en lien avec la réalité actuelle du milieu professionnel. Le Manuel modulaire Bois Ces manuels modulaires sont utilisables comme supports de cours à adapter selon les types de formation et selon les groupes cibles. Ces supports didactiques sont également disponibles en format téléchargeable sur notre site ffc.constructiv.be. Bien qu il existe beaucoup de livres sur le bois et le traitement du bois, cet ouvrage est un complément incontournable : d une part il donne un aperçu des produits, des techniques et des applications contemporains, et d autre part, il s associe aux profils de compétences professionnelles existants qui sont progressivement traduits en référentiels de formation. Plusieurs experts ont apporté leurs savoirs et savoirs faire pour délivrer ce travail qui apporte une contribution inestimable à l artisanat de notre pays. Ce manuel s adresse à tous ceux qui veulent maîtriser la profession. Tous les aspects du travail sont décrits et expliqués en détail dans un langage facilement compréhensible et dans un style visuel fort. Robert Vertenueil Président fvb-ffc Constructiv 3

Résumé Résumé La présente partie du Manuel modulaire Bois traite des charpentes à fermettes. Cet ouvrage de référence contient un aperçu des différentes formes de toit et de charpentes à fermettes, les éléments d une toiture et les constructions y afférentes telles que saillies, gouttières, trappes d escalier et ouvertures de cheminée, tabatières, lucarnes, etc. Toutes les étapes de la construction jusqu au placement des charpentes à fermettes sont parcourues et le rôle de la couverture de toiture et de l isolation de toiture est examiné. Le premier chapitre apporte une brève explication sur l évolution des charpentes à fermettes et sur la manière dont une ferme de toit se distingue d une charpente traditionnelle. Le chapitre deux donne un aperçu des mesures de sécurité à prendre lors de travaux de toiture. Ensuite, les chapitres trois et quatre présentent un récapitulatif des types de fermes que l on peut rencontrer et des essences de bois utilisées. Dans le chapitre cinq concernant les différentes méthodes de construction, il apparaît clairement qu il existe diverses manières de lier et de fixer les éléments d une ferme. Dans le chapitre six, les différentes constructions connexes du toit sont examinées (saillies, gouttières, trappes d escalier et ouvertures de cheminée, tabatières, lucarnes, etc.). Le chapitre sept présente l ensemble du processus d installation et aborde également la livraison et l entreposage sur le chantier. Le manuel se termine par des informations supplémentaires sur le rôle de la couverture de toiture et de l isolation de toiture. 4

Sommaire SommaiRE 1. Généralités... 7 1.1. Introduction... 7 1.1.1. Origine du toit... 7 1.1.2. Description des charpentes à fermettes... 8 1.1.3. Eléments constitutifs d une ferme de toit... 9 1.2. Charpente à fermette versus charpente traditionelle... 10 1.2.1. La charpente traditionnelle... 10 1.2.2. La charpente à fermettes... 10 2. Mesures de sécurité... 13 2.1. Introduction... 13 2.2. Risques et mesures de prévention... 13 2.3. Équipements de protection... 14 2.3.1. équipements de protection collective ou EPC... 14 2.3.2. équipements de protection individuelle ou EPI... 16 2.4. Conseils de sécurité pour les travaux de toiture... 18 3. Formes de toit et formes de fermes... 19 3.1. Formes de toit... 19 3.1.1. Introduction... 19 3.1.2. Formes de toit les plus courantes... 19 3.1.3. Formes de toit moins courantes... 20 3.1.4. Formes de toit combinées... 21 3.2. Mode de calcul... 22 3.3. Formes de ferme... 23 3.3.1. Formes de ferme pour des portées jusqu à 6 m... 24 3.3.2. Formes de ferme pour des portées jusqu à 12 m... 25 3.3.3. Formes de ferme pour des portées jusqu à 20 m... 26 4. Matériaux... 27 4.1. Généralités... 27 4.2. Caractéristiques... 27 4.3. Essences de bois... 28 4.3.1. Classement... 28 4.3.2. Influence de l humidité sur le bois... 29 5. ConstruCTIOn... 31 5.1. Composition de la charpente à fermettes.. 31 5.2. Les fermettes... 32 5.2.1. Construction des fermettes... 32 5.2.2. Méthodes de construction des fermettes. 33 5.2.3. Raccords qui ancrent les fermettes dans la construction... 34 5.3. Formes de treillis... 36 5.4. Assemblages et fixations... 37 5.4.1. Assemblage par chevauchement... 37 5.4.2. Assemblage plan avec connecteurs métalliques... 37 5.4.3. Goussets métalliques... 38 5.4.4. Sabots de poutre et ancrages métalliques 39 5.4.5. Bande métallique... 39 5.4.6. Boulons et tiges filetées... 40 6. ConstruCTIOns annexes... 41 6.1. Débords de toit... 41 6.1.1. Toiture avec débord... 41 6.1.2. Toiture sans débord... 44 6.2. Gouttières... 46 6.2.1. Directives générales... 46 6.2.2. Gouttière pendante... 47 6.2.3. Corniche... 48 6.3. Constructions en fonction des raccords de toiture... 51 6.3.1. Construction avec un arêtier... 51 6.3.2. Construction avec une noue... 54 6.4. Passages de cheminée... 55 6.5. Trappe d escalier... 56 6.6. Tabatières... 57 6.7. Lucarnes... 59 6.8. Demi-croupe... 60 5

Sommaire SommaiRE 7. POSE... 61 7.1. Livraison... 61 7.2. Entreposage sur le chantier... 62 7.3. Pose des fermes d un toit en bâtière simple. 63 7.3.1. Étape 1 - Pose de la sablière... 63 7.3.2. Étape 2 - Pose des chevrons d assemblage. 65 7.3.3. Étape 3 - Pose de la panne faîtière... 65 7.3.4. Étape 4 - Pose du cordeau de maçon... 66 7.3.5. Étape 5 - Pose des autres fermes... 66 7.3.6. étape 6 - Dresser les arbalétriers avec une planche à l extérieur... 66 7.3.7. étape 7 - Contrôler l alignement des arbalétriers dans le pan du toit... 66 7.3.8. étape 8 - Placer les entraits et les entretoises, le hourdis avec les jambes de force et tirants, les lattis et entretoises... 67 7.3.9. Étape 9 - Pose des contreventements... 67 9. Isolation du toit... 73 9.1. Introduction... 73 9.2. Isolation et composition de la toiture... 74 9.2.1. Quels endroits faut-il isoler?... 74 9.2.2. Composition de la toiture... 75 9.3. Matériaux d isolation... 75 9.3.1. La valeur d isolation... 76 9.3.2. Le type de matériau - origine du matériau.. 76 9.3.3. La forme commerciale... 77 9.3.4. Sécurité incendie... 78 9.3.5. Caractère hydrofuge... 78 9.4. Pose de l isolation... 79 9.4.1. Isolation au-dessus des arbalétriers... 79 9.4.2. Isolation entre les arbalétriers... 79 10. Glossaire... 81 8. CouveRTure de toit... 69 8.1. Sous-toiture... 70 8.1.1. Description... 70 8.1.2. Types de sous-toiture... 70 8.1.3. Pose de la sous-toiture... 71 8.1.4. Raccord entre la sous-toiture et les fermettes... 71 8.2. Finition de la toiture... 72 6

1. GénéRAlités 1. Généralités 1.1. Introduction 1.1.1. Origine du toit Le toit est une partie importante d un bâtiment: il forme une séparation entre l intérieur et l extérieur et assure une protection contre les précipitations et intempéries. Il y a très longtemps que l on construit des toitures. À l origine, le grenier sous un toit en pente servait uniquement d emplacement de stockage. Pensons au grenier à foin typique d autrefois. Les choses ont changé à mesure que l homme a opté de plus en plus pour une utilisation rationnelle de l espace et rendu le grenier habitable. La technique des charpentes à fermettes en bois provient des bâtiments industriels où les fermes étaient souvent en acier ou en béton. Les connaissances sur les charpentes à fermettes en bois se sont progressivement affinées pour obtenir des systèmes calculés permettant une utilisation plus économique du bois. Le mode constructif actuel a de plus en plus recours aux charpentes à fermettes et ce, pour diverses raisons. Paul Delcour Charpente avec charpentes à fermettes 7

Sommaire Treillis en triangle Paul Delcour Alex Dierickx Broux BVBA 1.1.2. Description des charpentes à fermettes Les charpentes à fermettes en bois sont généralement fabriquées avec des planches en bois massif. Il existe également des fermes en matériaux composites à base de bois. Les fermes sont fixées sur un support avec un écartement déterminé. Pour le support, on peut utiliser un hourdis, un mur ou une sablière en bois. Avant de passer à la fabrication des fermes, il faut déterminer la section en bois et l écartement. Afin d accroître la stabilité de la construction de la ferme, on utilise des treillis triangulaires. La fabrication des fermes peut se faire en atelier ou sur chantier. Forme de toit en triangle Paul Delcour Paul Delcour 8 Fermettes successives Toit en bâtière à fermettes avec profilés A (façade en pointe simple, sans lucarne)

Sommaire 1.1.3. Eléments constitutifs d une ferme de toit Éléments d une ferme de comble traditionnelle Paul Delcour Paul Delcour Éléments d une fermette 9

Sommaire 1.2. Charpente à fermette versus charpente traditionelle Toit en bâtière avec charpente de toit traditionnelle Paul Delcour 1.2.1. La charpente traditionnelle Dans les nouvelles constructions, on opte encore souvent pour une charpente traditionnelle. La charpente traditionnelle est constituée de pannes et de chevrons. Étant donné qu une plus grande travée doit être assurée, le bois de construction doit avoir une section plus grande qu avec les fermes. Pour maintenir cette construction abordable, les essences de bois feuillu chères telles que le chêne et le châtaignier sont remplacées par des essences de bois résineux telles que l épicéa, le pin sylvestre et le douglas. Surtout quand l aspect esthétique du grenier est important, on laisse le côté intérieur de la charpente apparent. Le cachet naturel du bois combiné à la mise en œuvre professionnelle de cet élément de construction reçoit la préférence de nombreux maîtres d ouvrage. Pour obtenir cet effet, on utilise parfois dans les charpentes traditionnelles des fausses fermes qui ont uniquement une fonction décorative. 1.2.2. La charpente à fermettes Une toiture composée de plusieurs fermettes successives présente plusieurs avantages. Paul Delcour Broux Fermes répétitives 10

Sommaire Fabrication sur le chantier Pose de fermes préfabriquées Broux Broux Broux Avantages généraux Sur base du plan de construction et du cahier des charges y afférent, un calcul précis du prix de revient peut être effectué. L écartement régulier des fermettes permet une répartition uniforme des charges sur la structure sous-jacente. La méthode de construction permet une pose parfaite tant pour la couverture de toit que pour la finition intérieure. La pose de l isolation entre les arbalétriers est particulièrement facilitée. Les charpentes à fermettes se prêtent bien à la préfabrication. Les fermes peuvent également être fabriquées en usine, on parle alors de fermes préfabriquées. Avantages des fermes industrialisées La fabrication dans l atelier rend la désinfection du bois plus facile et la perte de bois minimale. Les fermes industrialisées sont composées de planches de section plus petite. Cela permet de réduire les coûts de matériau. À l aide de l équipement de levage adéquat, les fermes industrialisées peuvent être placées en peu de temps. Avantages des fermes fabriquées manuellement Contrairement aux fermes industrialisées, la fabrication manuelle ne requiert pas de grue. En effet, le bois est livré en parties plus petites sur le terrain. Lors du calcul des fermes sur base du plan de construction, il peut arriver que les dimensions du plan ne correspondent pas aux dimensions réelles. Une production et une pose manuelles se laissent facilement corriger. Avantage de la combinaison des deux types de fermes Les avantages des deux techniques peuvent également être combinés en: effectuant une découpe précise et efficace des éléments et en réalisant un montage restreint en atelier; poursuivant le montage sur chantier, ce qui permet une souplesse de mise en œuvre des fermes. Le système s avère meilleur marché, plus facile à réaliser et efficace. Livraison de bois pour la fabrication manuelle de fermes 11

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2. Mesures de sécurité 2. Mesures DE sécurité 2.1. Introduction Lors de la pose de charpentes à fermettes, le risque de chute de hauteur existe. À partir d une hauteur de 5 mètres, il est question d un risque accru. Les employeurs et travailleurs doivent prendre des mesures efficaces pour limiter ce risque et les conséquences importantes qui peuvent en découler. Ces conséquences importantes peuvent être: sociales: souffrance physique; économiques: incapacité de travail du travailleur; légales: responsabilité de l employeur. 2.2. Risques et mesures de prévention Pour travailler en hauteur en toute sécurité, il est indispensable d effectuer une analyse des risques, d évaluer les risques et de prendre les mesures de prévention nécessaires. Une analyse des risques est une liste de tous les risques éventuels liés à un certain type de travail. Par ailleurs, lors de l analyse des risques, il faut tenir compte des conditions climatiques. Une évaluation des risques est une estimation de la gravité du dommage possible. Les mesures de prévention sont des mesures qui sont prises au préalable pour limiter les risques et réduire les dangers. Dans un premier temps, on opte pour les équipements de travail les plus adaptés. On remplace les équipements de travail dangereux par des équipements moins dangereux. 13

2. Mesures de sécurité La poursuite de l objectif sécurité se fait dans un ordre strict: Il faut d abord essayer d éliminer le risque. Plus les manipulations peuvent être effectuées au préalable dans l atelier et non sur le toit, plus le risque de chute est limité. Ensuite, l on prévoit une protection collective. Il s agit d une protection qui est d application pour tous les travailleurs qui effectuent le travail. Une protection collective bien connue est l échafaudage qui est placé autour de la toiture en guise de dispositif antichute. Une autre protection collective est un filet de sécurité qui permet de retenir une chute. Ensuite, on traite les risques résiduels à l aide d équipements de protection individuelle. Le terme est explicite; il s agit d une protection qui s applique à un seul travailleur. Pour les travaux de toiture, on utilise notamment un harnais de sécurité comme protection individuelle antichute. 2.3. Équipements de protection Il n est pas permis par la loi que des travailleurs engagés travaillent sans équipements de protection. L employeur doit mettre à disposition du travailleur tous les équipements de protection nécessaires. 2.3.1. Équipements de protection collective ou EPC Échafaudages 1 à 1,2 mètres 0,5 m Un échafaudage solide fait office de protection collective pour prévenir les chutes lors de travaux de toiture. Les échafaudages sont soumis à des exigences strictes, ils doivent: être équipés d une passerelle d une largeur utile d au moins 0,8 m, lorsque des matériaux n y sont pas entreposés; être équipés d une passerelle d une largeur utile d au moins 1,2 m, lorsque des matériaux y sont entreposés; être équipés d une lisse supérieure qui se trouve à 1 m ou 1,2 m de hauteur de la passerelle; être équipés d une lisse intermédiaire à 0,5 m de la passerelle; être équipés d une plinthe qui dépasse d au moins 15 cm la passerelle. plinthe 0,15 m de haut Échafaudage Selon l arrêté royal du 31/08/2005, une personne qui utilise un échafaudage doit avoir suivi une formation adaptée. 14

2. Mesures de sécurité Attention Dans le cas d un gros œuvre, le terrain autour de la façade n est pas toujours stable. On peut augmenter la surface porteuse en installant une planche ou une poutre stable sous les pieds de l échafaudage. navb-cnac Quelques règles générales de base: Les échafaudages doivent toujours être stabilisés et ancrés au niveau de la partie supérieure. En guise d ancrage dans le haut de la façade, on utilise généralement des chevilles à frapper. Un échafaudage ne peut pas être déplacé lorsque des personnes se trouvent dessus. Cette règle est surtout importante lors de l utilisation d échafaudages roulants. Lorsque la distance entre le mur et l échafaudage s élève à plus de 0,2 m, il faut également placer une plinthe du côté du mur. Le risque de trébuchement sur l échafaudage ou de chute d objets est ainsi limité. Échafaudages suspendus Un autre type d échafaudage pour les travaux en hauteur est l échafaudage suspendu. Les règles de base en matière de sécurité sont les mêmes que pour l échafaudage classique. Lors de l utilisation d échafaudages suspendus, il faut toujours porter un harnais de sécurité. Ancrage navb-cnac Échafaudage suspendu 15

2. Mesures de sécurité navb-cnac Échelles Pour des travaux de courte durée avec un effort physique très restreint, une échelle peut être utilisée. C est également le cas lorsqu il n est pas possible d utiliser des équipements de travail plus sûrs. Pour les travaux de toiture, une échelle est généralement uniquement utilisée pour remédier aux différences de niveau. Dans ce cas également, il y a des règles de sécurité de base à suivre. Utilisation correcte des échelles Les échelles: doivent dépasser le plancher de travail de 1 m; doivent être placées à un angle de 65 à 75 par rapport à la façade; ne sont pas utilisées pour les travaux de longue durée; ne sont pas utilisées pour les travaux avec des machines qui sont équipées d un câble d alimentation; ne sont pas utilisées pour hisser du matériel lourd. les trois échelons supérieurs ne peuvent pas être utilisés. 2.3.2. Équipements de protection individuelle ou EPI Ne pas prendre de risque sur les échelles L employeur est légalement tenu de mettre à disposition des travailleurs les équipements de protection individuelle nécessaires. Spécifiquement pour les travaux de toiture, un bon dispositif antichute est très important. Il est constitué d un harnais que porte le travailleur et qui est relié à un point d ancrage via une longe de sécurité. Les équipements de protection pour les travaux de toiture sont: navb-cnac Harnais de sécurité Pour les travaux de toiture à une hauteur de 2 m et plus, le harnais peut servir de protection individuelle. Le harnais n empêchera pas la chute, mais offrira une protection en cas de chute. L ancrage est assuré par trois boucles en forme de D: une dans le dos, deux à l avant. En cas de chute, le corps de la personne reste ainsi en position verticale. Harnais de sécurité 16

2. Mesures de sécurité navb-cnac Ancrage Outre une protection antichute fiable, il est indispensable de choisir un point d ancrage efficace. À cet effet, les conditions suivantes doivent être respectées: la hauteur de chute doit être maintenue la plus petite possible; la longueur des longes doit être adaptée aux circonstances. On peut choisir parmi les longueurs de 1, 1,5 ou 2 m. Dans des conditions difficiles, mieux vaut utiliser un dispositif absorbeur d énergie. Casque de sécurité Casque de sécurité Chaussures de sécurité navb-cnac navb-cnac Ce casque protège la tête des blessures causées des chocs ou des chutes d objets. Chaussures de sécurité Les chaussures de sécurité doivent protéger les pieds contre les contusions dues à des chutes d objets. Mais elles doivent aussi offrir un confort suffisant et permettre une bonne hygiène des pieds. Les chaussures de sécurité doivent toujours porter la lettre S de Sécurité. Gants de protection Une protection adaptée peut limiter considérablement, voire empêcher, toute blessure. Les gants en cuir de bovin offrent la meilleure protection pour les travaux de toiture. Gants de sécurité 17

2. Mesures de sécurité 2.4. Conseils de sécurité pour les travaux de toiture Un bon travailleur effectue ses travaux en toute sécurité. En éliminant le plus grand nombre de risques au préalable et en utilisant les équipements de protection adéquats, beaucoup de catastrophes peuvent être évitées. Gardez donc toujours les conseils suivants à l esprit: Une personne sans expérience connaît moins les dangers liés aux travaux à effectuer. Il est préférable pour une personne qui a le vertige de ne pas effectuer de travaux en hauteur. Faites un planning et un descriptif précis des travaux avant de les commencer et consacrez l attention nécessaire aux risques qu ils comportent. Tenez compte des conditions climatiques. En cas de pluie ou de givre, le risque de glissade est bien plus important, ce qui est vraiment à éviter pour les travaux en hauteur. Lors de la pose des fermes, il faut parfois se déplacer sur une petite plateforme de travail. Restez donc toujours vigilant pendant les travaux en hauteur. Un travail précis n est possible que lorsque l environnement de travail sûr vous permet d y consacrer l attention nécessaire. 18

3. Formes de toit et formes de fermes 3. Formes DE toit ET formes DE FERMES 3.1. Formes de toit 3.1.1. Introduction La forme du toit est choisie à l aide des critères suivants: exigences d utilisation (p.ex.: utilisation ou non du grenier); autres exigences du maître d ouvrage; la méthode de construction; les exigences architecturales; les calculs de stabilité; les prescriptions urbanistiques; les exigences techniques; la couverture du toit. Les formes de toit sont construites de manière à permettre l ajout de lucarnes, de tabatières, de passages pour les cheminées ou pour l aération. Toit en bâtière Paul Delcour Paul Delcour 3.1.2. Formes de toit les plus courantes Le toit en batière (à deux pans) Le toit est composé de deux pans qui se rejoignent en hauteur à la ligne faîtière. Le toit en appentis Cette forme de toit ne comporte qu un seul pan de toit. Toit en appentis 19

3. Formes de toit et formes de fermes Toit en croupe Toit en pavillon Toit à croupe faîtière Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Le toit en croupe Cette forme de toit se caractérise par quatre pans de toit. Les deux pans triangulaires sur les petits côtés et les deux pans trapézoïdaux sur les longs côtés raccourcissent la ligne faîtière. Les lignes obliques de raccords des pans sont appelées les arêtiers. Le toit en pavillon (à quattre versants) Lorsque les arêtiers se rejoignent en un seul point, on parle d un toit en pavillon. Cette forme de toit est utilisée sur les bâtiments carrés. 3.1.3. Formes de toit moins courantes Le toit à croupe faîtière Il est comparable au toit en bâtière mais la pointe des pignons a été raccourcie pour former des pans en trapèzes. Les petits pans de toits sont appelés pans coupés, demi-croupe ou croupette. Le toit à mansarde Ce type de toit est également appelé toit français. La forte inclinaison du bas des pans de toit permet de créer plus de volume dans les combles. Toit à mansarde 20

3. Formes de toit et formes de fermes Le toit en dents de scie ou le toit en shed Toit en arc Combinaison de deux toits en bâtière Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Le toit en dents de scie ou le toit en shed Cette forme de toit était principalement utilisée pour les bâtiments industriels. Généralement, les deux pans de toit ont des inclinaisons différentes. Le pan de toit plus pentu est souvent fermé par des vitres et dirigé vers le nord pour un apport régulier et naturel de lumière aux espaces sous le toit. Les autres pans de toit peuvent être courbés. Le toit en arc Cette forme de toit est choisie pour ses accents architecturaux, tant à l intérieur qu à l extérieur. 3.1.4. Formes de toit combinées On rencontre également des formes de toit combinées. Il s agit d une combinaison de deux ou plusieurs formes de toit. La combinaison des toits en bâtière ou des toits en croupe est la plus courante. Combinaison d un toit en croupe et d un toit en bâtière 21

3. Formes de toit et formes de fermes 3.2. Mode de calcul Le charpentier qui crée les charpentes détermine la section des bois sur base: de la portée du toit, de la distance d axe en axe des fermes, le poids de la construction ou la charge permanente: оо le poids de la ferme même оо le poids de la couverture de toit la charge occasionnelle: оо le poids de la neige sur le toit, qui dépend de l inclinaison du toit et de la situation géographique оо la pression du vent, qui dépend de la hauteur du bâtiment et de la situation géographique Comme pour une construction métallique ou en béton, il faut veiller à ce que la construction avec les fermes en bois soit suffisamment robuste. Des logiciels qui se basent sur les méthodes classiques de calcul de la construction nous aident à parvenir à une utilisation rationnelle du bois lors du calcul de la construction des charpentes en bois. Pour le bois, ce sont généralement les fléchissements du bois et non les tensions qui sont déterminants pour les sections du bois. Cet aspect est moins décisif pour les autres matériaux tels que l acier et le béton. 22

3. Formes de toit et formes de fermes Comble aménageable Alex Dierickx Pierre-Paul Yerlès 3.3. Formes de ferme Dans le groupe des fermes industrialisées, un large éventail de types de ferme est disponible. À ce niveau, on distingue les fermes pour les combles aménageables et les combles non aménageables. Combles aménageables Étage habitable (inclinaison de toit de 40 à 45 ): Structure de ferme en A Ferme en A sur béton Ferme en A à entrait porteur sur trois points d appui Ferme en A à entrait porteur sans point d appui Combles non aménageables Combles non aménageables (inclinaison du toit 30 ) Comble non aménageable 23

3. Formes de toit et formes de fermes 3.3.1. Formes de ferme pour des portées jusqu à 6 m Ferme à structure en éventail Ferme triangulaire à poinçon Ferme Polonceau Ferme à écharpes Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour 24 Ferme en shed

3. Formes de toit et formes de fermes 3.3.2. Formes de ferme pour des portées jusqu à 12 m Structure de ferme en W Structure de ferme en M Ferme triangulée à double poinçon Ferme en W Ferme en M Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Ferme triangulée à double poinçon 25

3. Formes de toit et formes de fermes 3.3.3. Formes de ferme pour des portées jusqu à 20 m Ferme en double W Ferme en arc triangulé Paul Delcour Ferme à treillis Ferme en arc triangulé Ferme à treillis horizontale Ferme en double W Ferme à treillis Ferme en arc triangulé Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Paul Delcour Ferme à treillis horizontale 26

4. Matériaux 4. Matériaux 4.1. Généralités Tant les charpentes traditionnelles que les charpentes à fermettes sont réalisées essentiellement en bois résineux. Les raisons principales sont: une bonne structure cellulaire du bois avec des fibres de bois longues et solides qui offrent de bonnes caractéristiques mécaniques une grande disponibilité sur le marché une mise en œuvre aisée à la machine ou manuellement un bon rapport qualité prix Principalement dans les bâtiments historiques, on retrouve encore des charpentes en essence de bois feuillu tel que le chêne, l orme et le peuplier. Ces essences de bois étaient souvent utilisées par le passé en raison de leur abondance. 4.2. Caractéristiques Le bois de charpente doit répondre à des exigences particulières. Depuis 2012, tous les bois de structure doivent être certifiés CE. En comparaison avec le bois de menuiserie, le bois de charpente est surtout évalué sur base de sa résistance mécanique et d autres critères de tri sont appliqués. On pense aux caractéristiques suivantes: durabilité poids propre élasticité résistance à la flexion 27

4. Matériaux 4.3. Essences de bois Pour la fabrication de fermettes de toit, on utilise uniquement des essences de bois pour lesquelles il existe une relation entre les classes de tri nationales et les classes de résistance reprises dans la NBN EN 338. Cette norme décrit la classe de résistance du bois de structure. Les essences de bois ou groupes d essences de bois sont identifiés par un code de quatre lettres. Résineux européens Code Nom commercial WPNN Pin sylvestre WPCA Épicéa PSMN Douglas WLAD Mélèze Résineux non européens Code Nom commercial WPSM Douglas fir WPCE Spruce pine fir WPNE Southerm pine WABA Hem-fir WABB Western white pine 4.3.1. Classement Le bois de construction auquel appartient le bois de charpente est classé selon la publication de 2008 de la STS 04.1 Bois de structure et la publication de 2009 de la norme NBN B 16 520. Le bois de structure peut être réparti en 4 classes de tri, à savoir S4, S6, S8 et S10. S4: qualité minimale à laquelle doit répondre le bois de charpente. S6: qualité standard quand la construction ne doit pas répondre à des exigences esthétiques. S8: qualité supérieure, pour des sections plus importantes de bois apparent. S10: qualité optimale mais plus difficile à obtenir. Cette classe de tri est uniquement appliquée aux charpentes pour lesquelles les critères esthétiques sont très importants. Le commerçant doit fournir les informations obligatoires concernant le bois trié. Cela peut se faire à l aide d un marquage sur le bois ou à l aide d un document d accompagnement. L ordre des informations données n est pas important, mais toutes les informations doivent être disponibles. 28

4. Matériaux Code selon la directive Produits de construction Classe de résistance Identification du fabricant Norme de classement Humidité moyenne Marquage Jeroen Doom Le marquage reprend les informations suivantes: la norme de classement NBN B 16-520 STS 04.1 BS 4978 l humidité moyenne, en dessous de 20% on considère le bois sec SEC ou DRY, pas de mention pour le bois humide le code selon la directive Produits de construction 1161 la classe de résistance C16 C18 C24 C30 La classe de résistance indique la solidité du bois destiné aux constructions portantes. Du bois avec beaucoup de nœuds frais aura une faible classe de résistance. La relation entre les classes de tri et les classes de résistance est reprise dans la NBN EN 338: оо S4 = C16 оо S6 = C18 оо S8 = C24 оо S10 = C30 l identification du fabricant 0123 (exemple fictif) 4.3.2. Influence de l humidité sur le bois Lorsque le taux d humidité du bois passe en-deçà d un certain point - le point de saturation des fibres - le bois se retire. Pour éviter cela, l humidité du bois est ramenée de préférence à celle de l environnement dans lequel il est placé. En principe, on prend pour le bois de charpente un taux d humidité de 20%. En règle générale, en ce qui concerne l humidité du bois de construction pendant la production, on prévoit un pourcentage d une moyenne maximale de 22%. On peut utiliser la méthode empirique suivante: il apparaît 1% de retrait pour une diminution d humidité de 4%. Une poutre avec une section de bois de 50 mm x 100 mm à un taux d humidité de 20% n aura, avec un taux d humidité de 12%, plus qu une section de bois de 49 mm x 98 mm. Code Nom commercial Classe de durabilité Masse volumique WPNN Pin sylvestre III / IV 500 kg/m³ WPCA Épicéa IV 460 kg/m³ PSMN Douglas III / IV 523 kg/m³ WLAD Mélèze III / IV 590 kg/m³ Tableau de la classe de durabilité de la masse volumique avec un taux d humidité de 12% pour les résineux européens utilisés comme bois de construction. 29

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5. Construction 5. Construction 5.1. Composition de la charpente à fermettes Ce type de charpente est composée de la sablière, d une part, et des fermettes, d autre part. Par ailleurs, on peut encore faire une distinction entre la construction principale du toit et les constructions annexes. Ces constructions supplémentaires sont traitées au chapitre 6. 1 2 Broux La sablière La stabilité de la charpente est dans un premier temps déterminée par l ancrage de la toiture dans la construction qui la supporte. L élément principal à cet effet est la sablière. C est à cette partie-là qu on fixe la toiture. La sablière constitue la base de la toiture et doit être placée avec précision. 3 4 La sablière a généralement une section de bois de 63 mm x 175 mm. Si les poutres sont trop courtes, on les assemble à l aide d un joint à rabat. On applique cette méthode aussi dans les angles. Pour former le joint à rabat, il faut veiller à ce que la longueur du joint soit au moins égale à la largeur de la sablière. Les sablières sont fixées à l aide de tiges filetées ancrées dans la construction porteuse. Les tiges filetées doivent être installées de manière à ne pas gêner la pose des fermes. Pour un assemblage robuste, la sablière est fixée à l aide de tiges filetées en combinaison avec des boulons et des rondelles. 5 6 L écartement entre les tiges filetées est égal à un multiple de l écartement des fermes. Une alternative souvent utilisée à la place des tiges filetées sont les barres d armature ancrées dans la maçonnerie. On utilise le même écartement que pour les tiges filetées. Pose de la sablière 31

5. Construction La charpente à fermettes La charpente est composée de fermettes, treillis, assemblages et fixations. De nombreuses conditions préalables déterminent la forme d une charpente. Ainsi, un porte-à-faux, une corniche ou l aménagement des combles requièrent chacun une autre solution architecturale. Les raccords entre les fermes constituent un élément important pour la stabilité de la charpente et doivent par conséquent être réalisés de manière professionnelle. Pour garantir la stabilité de la toiture, les différentes fermes doivent répondre à un certain nombre d exigences. Le bois doit par exemple être de bonne qualité. Il faut tenir compte des tensions résultant du retrait et du gonflement du bois. Un calcul précis et correct des fermes permet avant tout d éviter les fléchissements et déformations. 5.2. Les fermettes 5.2.1. Construction des fermettes Avant de passer à la construction, il est nécessaire de vérifier le taux d humidité du bois. Si ce dernier s élève à 20%, les tensions dues aux variations du taux d humidité restent limitées. Si les arbalétriers sont situés sur le même plan, on utilise des gabarits pour tracer les extrémités obliques des arbalétriers. Cette inclinaison est déterminée par la forme et la pente du toit. La construction doit être conçue de manière à éviter le fléchissement et les déformations des fermettes. 32

5. Construction 5.2.2. Méthodes de construction des fermettes Il existe différentes méthodes pour construire une ferme. On peut faire la distinction entre l endroit où la ferme est créée (entièrement, partiellement ou pas du tout sur le chantier) et le mode de production (manuelle ou industrielle). Pour la plus grande partie des habitations privées, le charpentier assemble les fermes manuellement sur place. En ce qui concerne les dimensions, il effectue les mesurages nécessaires sur chantier. Les fermes créées par le charpentier sont calculées selon les règles de bonne pratique, ce qui implique souvent que les sections de bois pour ce type de ferme sont meilleures que celles des fermettes industrielles. Le bois est souvent livré par le fournisseur à hauteur du toit. Le charpentier scie les planches sur place et les assemble pour créer la forme de ferme voulue. Pour l assemblage, on utilise des voliges qui sont clouées les unes aux autres. On utilise souvent des voliges en métal qui sont placées à l aide d un marteau. Avantage: cette méthode ne nécessite pas de transport exceptionnel. En effet, ce ne sont pas les fermes assemblées mais bien des parties de fermes qui sont amenées sur le chantier. Cette méthode peut également être appliquée pour les constructions complexes exigeant beaucoup de mesurages. Une autre possibilité consiste à fabriquer une partie de la ferme en atelier. Afin d augmenter la productivité, on opte souvent pour des fermes qui sont réalisées à l aide de la précision des machines à commande numérique. Le mesurage et le calcul du prix se font sur base du plan. Les machines à commande numérique permettent une préparation précise des différents éléments. Les arbalétriers sont assemblés sur le chantier et les entraits sont placés sur le chantier. Avantage: des corrections peuvent aisément être apportées sur place. 33

5. Construction Les fermettes industrialisées s adjugent une part importante du marché. Pour les travaux en série ou lorsqu il est important de gagner du temps, les fermettes sont livrées prêtes à être placées par une entreprise spécialisée. Le processus de fabrication industrielle de la charpente à fermettes commence par un plan de construction. Sur base de celui-ci, l entreprise calcule la section et la forme des fermettes. Elle obtient ainsi un plan de travail représentant les sections et les assemblages nécessaires. La méthode de calcul constitue la principale différence par rapport aux fermes fabriquées manuellement. Les fermettes industrielles sont composées d arbalétriers caractérisés par une section de bois minutieusement calculée. Lors de ce calcul, la portée et la charge sont des facteurs importants. En fonction de la portée, l entreprise transporte les fermes jusqu au chantier, en une, deux ou plusieurs pièces. L assemblage des arbalétriers se fait à l aide de voliges. Pour permettre un transport aisé entre l atelier et le chantier, on construit ce type de fermes généralement de manière modulaire. Les différents modules sont ensuite assemblés sur le chantier. Avantage: pour les fermettes qui sont fabriquées à l aide de machines à commande numérique, la productivité est plus importante, la consommation de matériaux moindre et un mesurage précis est garanti. 5.2.3. Raccords qui ancrent les fermettes dans la construction Contreventements Les contreventements sont destinés à intercepter la charge horizontale du vent. Avec des façades à pignon stables qui offrent une bonne résistance au vent, le contreventement sert surtout lors de l assemblage. On estime qu un mur creux avec une paroi intérieure de 140 mm n offre pas une résistance suffisante pour ne pas placer de contreventements. Avec des façades à pignon peu stables, on place toujours un contreventement. On en place également de part et d autre de la ligne de faîte. Les contreventements sont des diagonales ayant la forme d une croix de Saint André (X). L angle entre la diagonale et la ferme varie entre 40 et 50 degrés. Les contreventements peuvent être en bois ou en acier. 34

5. Construction Paul Delcour Contreventements et entretoises Entretoises Les entretoises sont des raccords entre des éléments porteurs situés les uns près des autres parallèlement. Elles sont donc placées entre les fermettes. Elles augmentent la résistance de ces éléments contre le risque de rupture et de fléchissement. Elles permettent également de répartir une charge locale sur l ensemble de la toiture. En principe, les entretoises sont placées sur une même ligne mais, pour des raisons pratiques, un décalage de l épaisseur de la volige est admis pour faciliter le clouage. Pour ne pas gêner la ventilation de la charpente, on ramène la hauteur des entretoises à 2/3 de la hauteur des fermes. On les place en bas et en haut du pan de toit, mais leur écartement ne peut pas être supérieur à 3 mètres. Lorsque les fermettes sont recouvertes de panneaux, ce sont les dimensions de ceux-ci qui déterminent l emplacement des entretoises, afin qu elles servent de support ou de fixation pour les panneaux. Planches continues Les entretoises peuvent aussi être des planches continues fixées sur les fermes. Elles sont faciles à placer. Les planches continues sont placées le plus près possible des raccords. 35

5. Construction Treillis en triangle Paul Delcour 5.3. Formes de treillis Lors de la création d un treillis, on tient compte d un certain nombre de points importants. Pour la forme du treillis, on opte pour un triangle en raison de sa déformabilité restreinte en cas de charge externe. En raison du poids de la construction et de la charge due aux intempéries ou à d autres constructions sur le toit, la charpente peut fléchir ou rompre. L assemblage des arbalétriers ne peut pas compliquer la réalisation des assemblages. La construction du treillis, avec le nombre de raccords y afférent, dépend de la couverture de toit choisie. Paul Delcour Forme de ferme en triangle 36

5. Construction Assemblage par chevauchement cloué Paul Delcour Broux 5.4. Assemblages et fixations 5.4.1. Assemblage par chevauchement Avec une construction simple, le chevauchement s avère une méthode d assemblage efficace pour créer un arbalétrier. Cette méthode présente toutefois quelques limites lorsqu on veut assembler des éléments diagonaux, horizontaux et verticaux. Dans ce cas, le point de raccord serait constitué de trop de planches se chevauchant, rendant la construction difficile. 5.4.2. Assemblage plan avec connecteurs métalliques Il s agit de tôles d acier galvanisé pourvues de pointes. Les dimensions des connecteurs sont choisies de manière à supporter l ensemble des forces qui se produisent au niveau des points de raccord. Les connecteurs sont placés en atelier, de préférence à l aide d une presse, de chaque côté du raccord des planches de bois. La robustesse des connecteurs est garantie par un agrément technique. Connecteurs 37

5. Construction Jonckheere Connecteurs Paul Delcour 5.4.3. Goussets métalliques Les goussets en acier galvanisé sont disponibles en différentes dimensions. On distingue les goussets placés à l extérieur et à l intérieur de l angle. Dans les coins intérieurs, on prévoit un support supplémentaire de renforcement. Les goussets comportent des trous pour faciliter le clouage. On utilisera de préférence des clous torsadés. Gousset 38

5. Construction Sabot de poutre Bande métallique Broux Broux Broux 5.4.4. Sabots de poutre et ancrages métalliques Les sabots de poutre constituent une manière aisée et rapide de relier les fermes à la structure porteuse. Avec les profilés métalliques en I, l assemblage avec la structure porteuse se fait à l aide d un ancrage comportant des évidements adaptés. 5.4.5. Bande métallique On utilise souvent une bande métallique comme contreventement lorsqu on pose les fermes. La bande métallique peut être perforée ou non. Les deux types s achètent au poids. Bandes métalliques utilisées comme entretoises 39

5. Construction Broux 5.4.6. Boulons et tiges filetées Tant les boulons que les tiges filetées permettent un assemblage robuste. Si la longueur des boulons est insuffisante, on utilise des tiges filetées. Paul Delcour Boulon et tige filetée Ancrage à une façade latérale 40

6. Constructions annexes 6. Constructions annexes Pour toute charpente, il convient de réaliser des constructions annexes. On entend par là toutes les constructions qui demandent une adaptation des fermes ou un complément aux fermes. Ces constructions annexes peuvent répondre à un besoin de confort et de fonctionnalité ou à un souhait esthétique. Le plus important dans ce domaine est de préserver en tout temps la stabilité de la charpente. Exemples de constructions annexes, sur base de leur objectif: fonctionnalité: gouttières, passages de cheminée, ouvertures d escalier, ventilation, tabatières pour garantir un éclairage naturel, confort: augmentation de l espace habitable (ex.: lucarnes), esthétique: aspect du bâtiment. 6.1. Débords de toit L une des principales constructions annexes sont les gouttières pour l évacuation des eaux pluviales. La pose de gouttières peut se faire sur une charpente avec ou sans débord. Le système d évacuation des eaux pluviales détermine le type de construction. 6.1.1. Toiture avec débord Paul Delcour Toiture avec débord 41

6. Constructions annexes Toiture avec débord Si la limite de la toiture dépasse de la façade, on parle de toiture avec débord. Un débord de toit influence la construction de la charpente et détermine le type de gouttière. Un débord plus important offre une protection supplémentaire à la façade et à la menuiserie extérieure. On parle alors de conservation constructive. Un débord est parfois formé en combinaison avec un brisis. Les constructions possibles sont: une toiture avec corniche, le débord étant formé par la corniche qui est une partie de la ferme ou une construction distincte Paul Delcour Paul Delcour Corniche en saillie 42

6. Constructions annexes une toiture avec gouttière pendante dont la saillie est constituée par le prolongement de l arbalétrier, avec support ou non. Paul Delcour Gouttière pendante en saillie Paul Delcour Éléments de gouttière pendante en saillie 43

6. Constructions annexes 6.1.2. Toiture sans débord Avec un toit sans saillie, la toiture ne dépasse pas de la façade et son dessous est entièrement masqué par la façade. Les constructions possibles sont: une toiture avec cheneau invisible: lorsque la façade est mitoyenne, un cheneau intérieure est obligatoire. Ce mode constructif peut aussi faire l objet d un choix esthétique. une toiture avec gouttière pendante: à appliquer uniquement lorsque la façade n est pas mitoyenne. Paul Delcour Éléments de corniche sans saillie 44

6. Constructions annexes Paul Delcour Gouttière pendante Gouttière pendante sans saillie Paul Delcour Gouttière pendante Gouttière pendante sans saillie Paul Delcour Éléments de gouttière pendante sans saillie 45

6. Constructions annexes 6.2. Gouttières 6.2.1. Directives générales Pente d écoulement des eaux Pour assurer l écoulement des eaux de la toiture, la sous-toiture doit déboucher dans la gouttière. La surface de la toiture détermine la taille de la gouttière et le nombre de tuyaux de descente des eaux de pluie. La construction d une corniche est horizontale. Avec une gouttière pendante, l emplacement des crochets détermine l inclinaison éventuelle. Les normes européennes ne prévoient pas de pente pour les corniches et les gouttières pendantes, mais dans la pratique, on note une préférence pour une pente moyenne de 0,5 % (5 mm par mètre). Matériaux Une corniche a le plus souvent une finition intérieure en zinc, cuivre, plastique ou polymère bitumé. Pour le revêtement de la gouttière, il faut tenir compte de certaines propriétés et combinaisons de matériaux. Exemples: il faut toujours réaliser le fond d une gouttière en zinc ou en cuivre avec un joint ouvert pour la ventilation, le fond d une gouttière en plastique ou en polymère bitumé est réalisé en panneaux de bois, sans joints ouverts, il faut éviter de recouvrir de cuivre le fond d une corniche en bois traité, afin de ne pas causer d altération. 46

6. Constructions annexes 6.2.2. Gouttière pendante La gouttière pendante est soutenue par des crochets. Formes et dimensions Les gouttières pendantes existent dans différents profilés. La largeur de la gouttière est déterminée en fonction du débit des eaux pluviales escompté. Celui-ci dépend de l inclinaison et de la surface du toit. Fixation à la toiture La gouttière pendante est fixée aux arbalétriers ou aux blochets à l aide de crochets de fixation, les crochets de gouttière. La hauteur de la planche de rive (ou du débord de toit) dépend de la finition sous l arbalétrier et de l épaisseur du blochet. La planche de rive dépasse de maximum 30 mm sous la gouttière pendante. Le dessous d une planche de rive est généralement profilé. La planche de rive est fixée au blochet et à l arbalétrier. Crochets de gouttière 47

6. Constructions annexes 6.2.3. Corniche La corniche forme un ensemble homogène avec la toiture. La corniche a une profondeur d au moins 50 mm à son point le plus haut et d au moins 100 mm à son point le plus bas. Le bord arrière du revêtement de la corniche dépasse d au moins 30 mm de la planche de rive (ou du débord de toit). Le bardeau au pied du toit arrive au moins à même hauteur ou dépasse le bord arrière. Le revêtement de la corniche est plié sur mesure et se fixe à l avant sur la planche avec un ourlet de Ø 18/22/25 mm. Cet ourlet fait également office de larmier. Paul Delcour Éléments de corniche 48

6. Constructions annexes Corniche en saillie Si les prescriptions urbanistiques l autorisent, on peut utiliser une corniche en saillie. Ce type de corniche est le plus volumineux et il faut par conséquent solidement l ancrer à la structure porteuse. On peut le faire à l aide de tiges filetées ou de boulons expansibles ou en noyant les consoles dans la maçonnerie portante. La forme et la pente du toit déterminent la construction de la corniche. Paul Delcour Éléments de corniche en saillie Paul Delcour Éléments de corniche en saillie 49