Système de charpente pour toit à deux pans

Principaux éléments du système de charpente

Structurellement, un toit est constitué de la couverture et du système de charpente. La couverture est la couche supérieure étanche, faite de matériaux variés tels que tuiles, tôles ondulées ou matériaux en rouleaux. Ensemble avec la contrevente, le système de charpente forme le cadre porteur du toit. On qualifie de toits en pente ceux dont l'inclinaison dépasse 15°, bien qu'il puisse y avoir des exceptions.

Il est préférable de privilégier des configurations simples : chaque changement de direction, saillie ou jointure constitue une faiblesse structurelle, augmentant le risque de fuites. La forme la plus simple et la plus courante reste le toit à deux pans. Il est parfois appelé toit à versant, et les parties des murs à l'intérieur de la mansarde sont appelées versants ou faîtes.

Les principaux éléments du système de charpente :

• montants (poutres de toit),
• chevrons,
• solives de base (mauertlat),
• montants verticaux,
• diagonales de soutien,
• liens (câbles de tension),
• éléments de suspension (bâbines),
• recouvrements,
• contrevente.

Les poutres de toit en bois sont les plus courantes dans la construction privée. Deux types principaux existent : les poutres à appui et les poutres suspendues. Les poutres à appui offrent simplicité et fiabilité. Les poutres suspendues sont utilisées pour des portées plus grandes, mais elles sont plus difficiles à réparer, nécessitent des calculs précis et un renforcement.

Systèmes de poutres à appui

L'extrémité inférieure de la poutre repose sur le mur, tandis que l'extrémité supérieure est fixée à une poutre de rive soutenue par des montants verticaux.

Idéalement, la distance entre les murs doit être comprise entre 5 et 8 m, évitant ainsi la nécessité d'un appui central. Avec des murs porteurs internes et des diagonales de soutien, cette distance peut atteindre 14 à 16 m. L'espacement des poutres est déterminé par calcul, en fonction des charges de vent et de neige, ainsi que du poids du revêtement de toiture choisi. Il varie généralement entre 0,8 et 1,2 m, mais ne doit pas dépasser 2 m.

Lorsque le toit est isolé, la distance entre les axes des poutres est choisie en fonction des dimensions de l'isolant, afin de l'installer sans découper. Les largeurs standard des plaques d'isolant minéral sont de 0,6 m et 1 m.

Lors de la construction d'une mansarde, les murs extérieurs sont relevés à une hauteur souhaitée, par exemple 1,5 à 1,8 m. Les murs intérieurs ne sont pas relevés jusqu'à la hauteur totale de la mansarde, mais seulement jusqu'à un niveau supérieur de 15 à 25 cm au-dessus du haut du dernier plancher, ou de plusieurs rangées de maçonnerie. Des solives sont posées au-dessus, et un système de montants espacés de 4 à 6 m est installé pour soutenir la poutre de faîtage.

Pour renforcer le cadre, lorsque la portée dépasse 6 m, une diagonale de soutien est placée entre le montant et la poutre de rive. L'angle formé entre la diagonale et le montant ne doit pas dépasser 40 à 45 degrés.

Dimensions, sections et méthodes de fixation

Les poutres sont généralement fabriquées à partir de rondins, de bois de charpente ou de planches. La longueur standard des matériaux est de 6 m ; au-delà, les poutres sont fabriquées en plusieurs éléments. La section transversale est déterminée par les exigences de résistance, mais il ne faut pas utiliser des sections inférieures à 50×100 mm pour les poutres, montants ou diagonales, ni 100×150 mm pour les poutres de rive ou la solive de base.

La solive de base et tous les éléments en bois en contact avec la maçonnerie doivent être traités avec un produit antiseptique et protégés par des matériaux d'isolation hydrofuge en rouleaux. Ils sont fixés aux murs à l’aide de chevilles ou de tiges métalliques intégrées dans la maçonnerie. Les poutres sont fixées à la solive de base par ébavurage et par fixation avec des plaques d’angle, des plaques ou des boulons. Elles sont attachées aux murs par un nœud de fil, avec un fil de 4 à 6 mm de diamètre attaché à un « erz » (tige métallique) enfoncée de 300 mm sous le haut du mur.

Où un renforcement est nécessaire, les poutres sont jumelées à deux éléments de même section. Cela est fait là où le pas des éléments porteurs augmente, ou lors de l’installation de fenêtres de toit ou de tuyaux de ventilation. La distance entre les éléments en bois et la surface extérieure d’un conduit en briques doit être d’au moins 130 mm, et de 250 mm pour les conduits en céramique.

Deux méthodes existent pour relier les poutres au sommet :

• les poutres s’alignent par les extrémités obliques et sont reliées par une plaque de recouvrement,
• les poutres sont placées côte à côte et fixées par boulons.

Pour renforcer la rigidité du cadre, les poutres sont reliées par un lien, dont le soutien et la protection contre la flèche est assuré par un élément vertical appelé suspension ou bâbine.

Systèmes de poutres suspendues

Dans ce cas, les portées sont couvertes par des charpentes en treillis. Le montage est compliqué car le treillis est d’abord fabriqué au sol, puis monté à l’aide d’un grue. La forme la plus simple est un treillis triangulaire formé de deux poutres et d’un lien. Le lien supporte la poussée, et seule la charge verticale est transférée aux murs.

Le treillis n’est pas posé directement sur la solive de base, mais sur une plaque de bois. L’écartement entre eux est de 3 à 4 m. Des conceptions plus complexes utilisent des éléments métalliques. En tout cas, ce système est moins rentable que le système à appui. De plus, il est plus lourd, car il nécessite plus de matériaux.

Contrevente et surplombs

Le type de contrevente dépend du matériau de couverture.

• Une contrevente continue est utilisée pour les matériaux souples comme les tuiles bitumineuses. Elle est faite de planches, de panneaux de bois ou de panneaux OSB, avec des espaces entre les éléments ne dépassant pas 10 mm.
• Pour les matériaux rigides comme les tuiles, on installe une contrevente espacée avec des lattes de 40×50 mm ou 50×50 mm, espacées de plusieurs dizaines de centimètres. L’écartement est choisi selon la taille des tuiles, donc le choix doit être fait à l’avance. Une contrevente supplémentaire, inclinée de 45 à 90 degrés, est souvent ajoutée au-dessus.

Le surplomb du toit devant la façade, pour protéger les murs de l’eau ruisselante, est généralement de 50 à 60 cm. Un surplomb inférieur à 30 cm est inefficace et moins esthétique. Pour les toits à faible pente, le surplomb provient du débordement des poutres, tandis que pour les toits à forte pente, des éléments supplémentaires (appelés « chevilles » ou « chevilles de toit ») sont fixés au bas des poutres.

Le système de charpente est un élément clé de la structure du bâtiment. Une conception et un calcul corrects garantissent une utilisation durable et fiable.