ARCHITECTURE ET TECHNIQUES DE CONSTRUCTION

I) S’inscrire dans un site et sur un terrain

a) L’environnement

b) Les fondations et le soubassement

c) Assainissement et réseaux

II) Structure en maçonnerie

Murs porteurs : ils reprennent plus de charges que leur poids propre (planchers supérieurs, toiture, exploitation de l’édifice)Murs non-porteurs : ils divisent l’espace mais n’interviennent pas dans la statique du bâtiment (cloisons)

Les différents types de murs :− Mur homogène− Mur en maçonneries− Mur en colombages− Mur en éléments linéaires ou en couches− Mur avec parement− Mur sandwich− Mur avec montants

Définition de la maçonnerie :Assemblage

− éléments modulaires− mortier

MatériauxEléments maçonnés

− Moellons (calcaire, grès, granit…)− Pierres de taille− Blocs (béton, béton cellulaire)

o Pleinso Creux

− Briques (terre cuite)o Pleineso Creux

Mortier− Ciment− Chaux− Bâtard− Plâtre

Eléments de renfortChainages horizontaux

− Continus et fermés− Au niveau de chaque plancher− Au couronnement des murs

Chainage verticaux− Au dernier étage si toiture terrasse en béton− Aux angles rentrants et sortants

a) La pierre

HistoireAvec l’argile et le bois, la pierre est l’un des premiers matériaux utilisé par l’homme, notamment pour réaliser des outils.En Grèce on empilait des pierres sans mortier pour former des socles, des colonnes, des frises.Les Romains ont mis au point la technique de l’arc et de la voûte et ainsi au 1er siècle le pont du Gard se construit.L’époque médiévale et romane permet la diffusion et l’amélioration des savoirs dans les architectures épaisses et peu percées.L’art gothique a permis d’affiner la voûte par des nervures et de réduire le mur à des colonnes permettant d’obtenir des surfaces translucides et ainsi des espaces de lumière.

Propriétés5000 sortes de pierres dans le monde dont 500 variétés en Europe centrale.Propriétés pétrographiques : minéralogie, chimie, couleurPropriétés techniques : densité, porosité, capillarité, conductivité thermique, dilatation

En tant que revêtement de sol : importance de la conductivité thermique. La sensation de froid doit être éduquées selon s’il s’agit ou non d’un chauffage au sol par exemple.

ExtractionLa plupart des roches sont extraites à ciel ouvert dans les carrières.Quelques marbres et ardoises sont extraits de mines.

On fend les blocs le long de failles naturelles par scie hydraulique ou par câble dont le but est le débit de blocs orthogonaux avec une perte minimale de matière.A la sortie du sol, la pierre calcaire forme son calcin, protection supérieur. On peut ensuite retailler les blocs à souhait.

Utilisation− Maçonnerie et parement porteur− Gabions (cage acier lesté par le remplissage de moellons. Les gabions sont utilisés comme

mur de soutènement en infrastructure ou paysage)− Revêtement de façades− Revêtement de sols− Parement muraux intérieur− Couverture− Sculpture (la taille se fait encore aujourd’hui à la main. Les savoir-faire anciens sont conservés

devant la robotisation)

Le XIXème siècle

Alors que de nouveaux matériaux apparaissent, la pierre reste le matériau de tradition qui symbolise constance et travail d’une grande finesse et de qualité.

L’utilisation moderne et contemporaine : le revêtementAvec les procédés industriels plus performants, les matériaux sont débités de manières plus finies pour faire des économies.Ainsi en 1920, Adolf Loos qualifie le marbre comme la tapisserie la moins chère. Il emploie la pierre comme simple revêtement intérieur (jusqu’à des plaques de 10mm).

L’emploi de revêtement extérieur se conjugue à la nécessité d’isoler. Les plaques de pierre très fines sont soutenues par une structure acier porteuse ou fixée à un mur porteur.La nature du matériau n’est pas respectée, ce qui conduit généralement à des désordres.

Un nouveau procédé existe pour revêtir les façades de résidences :il s’agit de poudre de pierre mélangée à un mortier. L’effet n’est pas le même et la durabilité du matériau n’est pas certaine.

Certes d’un coût certain mais efficace, certaines architectures se construisent encore en pierre massive :

− Thermes de Vals de Peter Zumthor arch.− Eglise de Foggia de Renzo Piano arch.− Sagrada Familia de Barcelone, Antonio Gaudi arch.

b) La brique

De la terre crue à la terre cuiteLes premières villes en terre crue sont apparues en Mésopotamie il y a environ 5000 ans avant JC. La muraille de Chine était à l’origine en terre crue avant d’être recouverte en briques et en pierres.La technique de la terre crue se développe essentiellement dans les maisons à colombages sous forme de torchis ou de terre paillée. Considérée comme un matériau de construction des pauvres, la terre était souvent cachée derrière un enduit.Elle perd son importance avec l’industrie qui se développe vers la fin du XIXème siècle.Avec les crises de l’énergie et la prise de conscience de l’écologie : l’argile crue se développe à nouveau très ponctuellement de manière non porteuse alors que le tiers de la population mondiale vit à travers ses murs.

HistoireLa terre cuite est utilisées initialement pour la conservation des aliments et usages religieux. Les premiers carreaux pour le revêtement de murs et de sols sont probablement le résultat de l’emploi d’éclats de tessons ou de récipients brisés.Depuis 4000 ans avant JC , les civilisations évoluées d’Egypte, de Mésopotamie et d’Inde ont utilisé à la pression permet alors de créer des voûtes et des coupoles. La maçonnerie des ouvrages romains sont généralement constitué de 2 coques de terre cuite remplies en moellons ou graviers (béton romain). Les surfaces extérieurs étaient enduites ou recevaient un parement pierre.A la chute de l’empire, les savoirs sont perdus jusqu’au Moyen-Age.

OrigineExtraction de glaise/argile du sol, broyage et séchage. Le mélange avec de l’eau conduit ensuite à créer une pate débitée en pavé cuits à 1 000°.Selon la température de cuisson, le matériau aura plus ou moins d’inertie thermique et sera plus ou moins résistant au gel et à la compression.

La propriété de la terre : teneur en minéraux argileux, chaux, oxydes de fer influent sur la couleur et la structure (résistance, capillarité…) du produit fini.

BriqueDimensionnement n’excédant pas 11cm d’épais de manière à assurer la cuisson sans déformation.Longueur = 2 fois la largueur + 1 joint, de manière à créer des combinaisons voire des ornements.Utilisation : maçonneries, poteaux, plate-bande, arcs, voûtes, remplissage.

AppareillageDifférents appareils sont possibles selon l’épaisseur nécessaire du mur à la stabilité de l’édifice.

JointsL’assemblage et la tenue de l’ensemble se fait par un mortier liant.Différents types de joints existent car ils influencent l’aspect de la paroi. Leur lissage se fait après la prise du mortier ou bien un joint différent peut être rapporté sur une profondeur de 12 à 20mm.

Brique à performance thermique : la brique creuseAu cours de la 2nde moitié du XXème siècle, les briques creuses ou alvéolaires font leur apparition. Les vides d’air permettent de limiter les ponts thermiques et isolent phoniquement.Elles ne se posent qu’en appareillage simple sans joint verticaux grâce au dispositif d’emboitement travaillé.Les joints horizontaux sont soit un mortier traditionnel soit une colle très fine qui permet de gagner en temps de main d’œuvre et en matériaux.Ces briques sont destinées à être enduites. Leurs rainures de surface assurent une meilleure accroche du crépi ou autre revêtement. Certains modèles doivent être complétés par une isolation alors que d’autres ont une épaisseur suffisante.Cette épaisseur, jusqu’à 40cm, pose néanmoins la question de sa légitimité sur des espaces fonciers chers.

Parement terre cuiteEn Europe devant les nouvelles normes énergétiques et l’économie de la construction, l’emploi de la brique ne vise presque plus que le parement. La brique terre cuite peut alors s’affiner pour n’assurer que le rôle esthétique et le rôle mécanique contre les chocs et de protection de la structure.Les panneaux terres cuites sont alors creux et fixés sur une structure métallique indépendante ou sur celle du bâtiment lui-même.

La tuileLe premier usage de la tuile est situé de 800 avant JC en Grèce. Les tuiles permettent de protéger la couverture des intempéries. Selon les pentes, différentes tuiles peuvent être adaptées : plate, canal, mécanique à recouvrement, galbée… Elles doivent être non gélives et mécaniquement résistantes. Possibilités d’un engobe ou d’un vernissage. Contrairement à la brique, les tuiles sont pressées à l’unité.

Tuyaux en grèsConstitués d’argile et de petits cailloux, ils présentent une grande solidité. Ils sont vernissés intérieur et extérieur pour ne pas absorber l’eau qu’ils évacuent.

HourdisIls sont réalisés pour la réalisation de planchers avec solives béton ou acier.Creux, ils coffrent la chape supérieure tout en isolant des bruits aériens.

Revêtement céramique

Ces éléments subissent une cuisson plus importante qui leur assure une grande dureté et une résistance au gel et aux produits d’entretien.Un vernis peut-être apporté en cours de cuisson (biscuit) assurant un revêtement brillant et étanche. Ces éléments sont posés sur chape, mortier ou colle.

RecyclageLe matériau est très durable : les briques peuvent très bien être réutilisées pour un nouveau bâtiment lors de la démolition du1er. On économise notamment l’énergie primaire de fabrication.

c) Pathologie des maçonneries

Elles sont toutes ou presque liées à la présence d’eau. Un agent extérieur et une exposition de la façade sont souvent conjugués.

− Le manque de protection (têtes de murs et des saillies, massifs ou arbres en pieds de murs) et le défaut d’entretien des arases et des joints de maçonneries qui se vident sous l’infiltration de gouttières bouchées entraînent une perte de cohésion des maçonneries.

− Les infestions biologiques (champignons lichens, algues) créent des acides organiques.− La pollution est la principale cause de salissure et de dégradation des façades. Les gaz nocifs

réagissent avec l’eau et se transforment en acide qui dissout le calcaire. On assiste à une perte de matière de surface. L’encroûtement se développe à l’abri des eaux lessivantes et empêche la pierre de respirer. Par le choc thermique de l’échauffement des croutes noires, la sous-face devient alors pulvérulente à cause de la condensation. A long terme on assiste à une dégradation des liants.

Altération spécifique à la pierre− La nature de la pierre, la présence importante d’argile en présence d’eau gonfle et provoque

des éclatements.− La propagation de sels à l’état natif de la roche, des mortiers, des remontées capillaires du

sol, de la pluie, des sels de déneigement, entrainent des altérations alvéolaires par la cristallisation des sels par les pores de la pierre. En cas d’évaporation rapide, les sels se constituent à la surface en efflorescences blanches. En cas d’évaporation lente, les sels se cristallisent à l’intérieur, gonflent en absorbant l’eau et provoquent des éclats jusqu’à la desquamation qui est la rupture de la pierre par un lit sableux.

− Les phénomènes climatiques : le vent, la brume ou l’air marin provoquent une érosion des pierres les plus tendres. Le gel provoque un gonflement d’une pierre humide et donc son éclatement. Il s’agit de l’alvéolisation.

− Les déjections animales tels les excréments de pigeons sont de même très acides et provoquent les mêmes effets.

− La transformation de la structure par des matériaux incompatibles (enduit ciment) provoquent des échanges chimiques non appropriés.

Assèchement des remontées capillaires :Pour parer les remontées capillaires, la meilleure solution passe bien souvent par un drainage au droit des fondations qui guide l’eau. Pour autant la base des murs est souvent humide car elle agit comme éponge ou un sucre. A une certaine hauteur ; il y a un équilibre entre la capillarité et l’évaporation.2 types de solutions :

− Capter et évacuer l’eau (siphons)− Créer une étanchéité (injection de résine)

Pour supprimer les sels : applications de compresses alcalines.

d) Nettoyage et restauration des façades

Le ravalementSur une façade en pierre. Il consiste dans le rabotage/ponçage de la partie extérieure du parement. Cette opération supprime le calcin protecteur de la pierre qui devient alors plus fragile et plus sujette aux altérations. Il ne s’agit pas d’une bonne solution.Sur les autres parements, il s’agit d’un nettoyage voire remise en peinture.

Nettoyage des façades : après calfeutrement des baies de brassage des poussières sèches et tests.− Lavage par ruissèlement− Lavage par brumisation ou nébulisation

Rampes percées qui aspergent sur 2 à 3h, puis brossage, répétition de l’opération.+ : méthode douce qui élimine les sels solubles et ramollie les salissures sans abimer la pierre. Brossage souple.- : Problèmes d’infiltration au vu des quantités d’eau hétérogène.

Lavage sous pression, type kascher+ : Petit matériel, rapidité- : quantité d’eau. Risques de faire pénétrer les sels. Arrache de la partie supérieure du parement.

Lavage à l’eau chaude ou à la vapeur+ : rapidité et dégraissage satisfaisant- : fragilité du matériel et choc thermiques dangereux pour les pierres les plus tendres

Micro sablage ou gommageProjeté avec une basse pression, les agrégats (billes de verres, poudre de pierre, craie) sont mélangées à de l’eau et de l’air.S’emploie avec des pierres dures et moyennes et non sur de calcaire tendre.

Masque d’argile ou de résineApplication d’une couche d’un matériau adhérent à base d’eau sur la façade par projection par buse. Une fois sec, la couche s’enlève très facilement par décollement d’une peau emportant les impuretés.

CryogénieProjection de neige carbonique qui détache la poussière du support par le choc thermique et physique.La neige s’évapore alors que la poussière tombe en pied de façade.Travail long. Les chocs thermiques sont à légèrement envisager.

LaserProjection de lumière : les photons cassent les liaisons moléculaires des croutes ou salissures car les matières sombrent absorbent les rayons.+ : auto limitatif : la surface claire du parement renvoie les rayons.- : matériel sophistiqué et encombrant. Lent et onéreux.S’utilise davantage pour les sculptures que pour le parement.

Restauration des façades : après le nettoyageBrique :Remaillage : dépose de la partie du mur abimée et reprise. L’étaiement du mur peut s’avérer nécessaire. Une patine peut être apportée pour rapprochement de teinte avec les matériaux restant

en place. Le traitement hydrofuge s’avère souvent inutile en présence de terre cuite et de bonne qualité ou émaillée.

Pierre pulvérulente/éclatée :Consolidation ou silicate d’éthyleElimination des parties les plus friables.Pulvérisation du produit sur les pierres à conserver.

RagréageIl s’agit d’un complément des éclats de pierre par un mortier compatible (dureté, couleur, capillarité). On le dit sacrificiel car il protège le matériau ancien.

− Buchage de la pierre abimée− Application sur grillage préalablement fixé d’un mortier à base de chaux et de poudre de

pierre (possibilité par petit goujonnage)Emploi possible de résine de synthèse (problème de vieillissement).

Remplacement de la pierre− Buchage ou extraction de la pierre altérée (étaiement si nécessaire)− Ajour d’une nouvelle pierre de parement (minimum 15cm) qui restitue la capacité portante

du mur et compatible avec les pierres anciennes− Goujonnage (petit tube inoxydable) entre les 2 pierres.− Mortier de pose et de joint− Teinte d’harmonisation sur les pierres neuves

III) Le bois

a) L’ossature, le mur

L’ère industrielle a fait quelque peu oublier ce matériau de construction au profit du matériau énergétique.On assiste un retour du matériau de construction dans la prise en considération de la donne environnementale dès les chocs pétroliers.Pour des questions de rentabilité, le bois est débité de manière industrielle, les sections sont normalisées et faibles, ce qui permet une grande maniabilité lors d’un montage sur site.La préfabrication est souvent une possibilité qui permet dès les années 1940 de monter une maison par panneaux en 9 heures par 5 personnes non spécialement qualifiées.

MatériauL’arbre est un organisme naturel avec des propriétés spécifiques. Différents critères jouent sur la qualité, l’apparence et le domaine d’utilisation :

− Le type d’arbre

CoupeLa coupe de l’arbre se lit du centre vers la périphérie ou chaque cerne est composé d’une double ligne (un au printemps, un en automne) et révèle la croissance annuel du bois.Depuis le ventre (moelle) l’arbre transporte l’eau et les nutriments par les cellules et fibres vers l’extérieur jusqu’à l’écorce vivante.

Composition chimique40/50% de cellulose : résistance à la traction20/30% d’hémicellulose

20/30% de lignine résistance à la compressionJusqu’à 10% autres.

La résistance est à lier avec la masse volumique du bois :Résineux : beaucoup de vides : 450/500kg/m3Feuillus : 700kg/m3Feuillus tropicaux : 1 000kg/m3

HumiditéEn présence d’eau, le bois est sujet au retrait ou au gonflement. Il est nécessaire dans la construction de les utiliser à un taux d’humidité inférieur à 20% ou au taux d’humidité prévu à long terme (le bois est plus résistant sec, vivant son taux d’humidité est d’environ 60%).La capacité d’absorption de vapeur d’eau doit être étudiée pour quelle corresponde à l’usage de la construction ‘(piscine ou simple habitation).

TempératureLe bois a une bonne résistance thermique et un faible coefficient de dilatation.

AnisotropieEn raison de sa composition par fibre, le matériau est dit anisotrope : ses qualités vraiment selon les directions. Le verre et le métal sont isotropes (matériau coulé…).Les bonnes essences et une bonne taille est nécessaire pour l’utilisation d’une pièce soit en traction, compression…

Séchage et débit du bois massifLe bois se coupe plutôt en hiver dû au ralentissement de la circulation de sève ainsi à la faible présence des parasites.

Le séchage se fait généralement à l’air libre de 60 à 200 jours selon l’essence et l’humidité attendue du bois.Le séchage artificiel existe dans des chambres fermées permettant de réduire le temps de séchage (une planche d’épicéa peut sécher en 16h à 90°).

Matériaux dérivés

Lamellé collé :L’idée d’assembler plusieurs morceaux de bois revient à Philibert Delorme, architecte, qui en 1548 entreprit de concevoir des arcs en bois composés de plusieurs sections de bois solidarisées. Au XIXème siècle, l’assemblage se fera par des colliers métalliques et c’est au XXème siècle qu’un Allemand y introduira la colle.Il se compose d’au moins 3 lames superposées collées. On croise les orientations des veines du bois de manière à augmenter l’homogénéité de la pièce. Les dimensions peuvent aller jusqu’à 35m pour une hauteur de plus de 2m.Elles sont souvent utilisées en tant que poutre pour des espaces sans point porteur intermédiaire : gymnase, piscines…Les fabricants doivent pouvoir assembler ces grandes pièces dans un local (hangar) à humidité et température donnée.

Au Japon, cette technique d’assemblage de matériaux est utilisée depuis le XIIème siècle pour la mise en œuvre de leur arc composite : le yumi (un assemblage de bambou et bois collés)

Panneaux contreplaqué

Ils sont composés d’au moins 3 feuilles de bois collées à fil croisé à chaud et sous pression, avec de la colle hydrofuge. Les épaisseurs sont généralement comprises entre 0.8 et 2.5mm.Le contreplaqué absorbe très bien l’humidité, chauffé de surcroit il peut très bien être moulé sous une forme arrondie.

Panneaux de particulesIls recyclent les chutes de bois de l’industrie jusqu’au dernier copeau. Après déchiquetage des morceaux les plus gros, les panneaux de particules sont fabriqués par pressage ou extrusion à chaud des particules de bois préalablement mélangées à des liens organiques.Les panneaux de particules sous utilisées sous forme de voile travaillant, support de revêtement de plancher, murs ou cloisons.

Panneaux de fibresIls se composent d’un mélange de fibres issues des déchets de l’industrie, réduit très fin puis agglomérées à chaud sans liant. La structure du bois n’est plus reconnaissable. La résistance mécanique peut être plus ou moins élevée selon la densité. Ils ont de bonnes capacités thermique et phonique.

Systèmes de constructions

Contreventement : essentiel dans toute ossature porteuse.

− Croix de saint André ou triangulation : montants en bois ou câbles métalliques− Panneau : panneau de bois dans le plan du mur, ou mur de refend en dur.

Construction à colombageIl s’agit du procédé traditionnel de construction en bois. N’ayant fait l’objet d’aucun calcul statique, les sections sont souvent surdimensionnées et donc peu économiques en bois. Ces tailles compensent les assemblages fragiles réalisées sur place (tenon/mortaise, embrèvement).Des écharpes obliques assureraient le contreventement. Généralement le remplissage était de glaise, torchis, pouvant rester apparent. Aujourd’hui l’isolation de remplissage est cachée derrière un revêtement continu.

Construction à ossature (Ballon frame)Elle se base sur l’assemblage d’éléments normalisés de mêmes dimensions par simple clouage voire assemblages simples. Lorsque des sections robustes sont requises (angle, jambage de baies), celles-ci sont obtenues par juxtaposition et clouage de pièces de mêmes dimensions.Ce système permet une économie de matériau et une flexibilité.On distingue :

− L’ossature continue (ou ballon frame aux Etats-Unis) : les montants parcourent plusieurs niveaux

− L’ossature simple ou les montants sont assemblés par niveaux, voire les étages assemblés au sol et posé à la grue

Constituants du mur− L’isolant :

o Laines de verre ou de rocheo Laines végétaleso Panneaux en fibres de boiso Flocons de celluloseo Plaques de polystrène expansé

o Plaques de polyuréthanne extrudé

− Le pare vapeur : o Films plastiques épaisseurs : 200 micronso Films d’aluminium collés sur plaque de plâtre

− Le pare pluie : o Papiers ou feutres bituméso Films non tisséso Panneaux en fibres de bois imprégnés de bitume

− Le parement intérieur : o Plaques de plâtreo Plaques de gypse celluloseo Contreplaquéo Panneaux de particuleo Lambrissage en bois

− Le parement extérieur : o Revêtement en bois massifo Matériaux en plaqueso Tuiles ou ardoiseso Parements maçonnéso Enduits au mortier de cimento Revêtement plastique épais

Construction en bois empilésLa construction en madriers découle de la construction traditionnelle en rondins. L’enveloppe du bâtiment se compose d’une couche de bois horizontaux assemblés par débitage et croisement assurant structure, délimitation, revêtement. La construction étant massive, les mouvements de retrait et de tassement sont considérables.La valeur isolante de ce type de ce système ne correspond plus aux normes actuelles et donc nécessite un doublage.

Il existe aujourd’hui des maisons en kit usant de ce système avec l’intégration d’isolant entre 2 parois en madriers. Le montage en 2 semaines peut alors être assuré par des novices en auto construction.

Constructions à poteaux-poutresLa structure se compose de poutres et poteaux souvent moisés. Les sections de bois massives sont plus importantes qu’en ossatures linéaires mais permet de plus grande portée. Le lamellé collé peut être utilisé.Les assemblages sont généralement réglés à l’aide d’éléments métalliques, tels qu’étriers, goussets et chevilles en acier. Le contreventement se fait par des éléments obliques, des voiles raidisseurs ou des noyaux massifs traversant les étages (sanitaires, circulations verticales).Ce système permet une grande liberté de façade (baie vitrée) et de plans (les cloisons sont indépendantes des poteaux).

Construction en panneauxElle conduit à une inversion du principe d’assemblage de montant bois car on assemble des panneaux fonctionnant comme un voile porteur. Ces derniers souvent composés de néanmoins de montants

permettent une rationalisation des couches du mur : l’isolation, les films, voire les revêtements sont intégrés. Ils existent de multiples types de panneaux de tailles standardisées. Ex : Léno, Blockholz, Bresta, Ligu…

Préfabrication individualiséeAu-delà de la normalisation de profils, il est possible de produire à l’atelier des éléments à monter rapidement sur site pour une construction individuelle (contrairement à la préfabrication en série).Ces éléments sont alors montés rapidement à la grue par panneaux, plancher, étage entier.

Auto constructionLa construction légère permet aux novices de se l’approprier facilement pour construire leur propre habitat.

Revêtement

Les revêtements des parois extérieures ont toujours été réalisés avec les matériaux locaux, s’adaptant ainsi aux conditions locales.

Bardeaux : De petits modules, il est toujours à recouvrement car les multiples joints (dits croisés) sont source de pénétration d’eau.

Bardages horizontaux (ou klins) : Il s’agit de planches soit posées en recouvrement soit en rainures et languettes. Le profilage doit permettre de ne pas retenir les eaux de pluies. Ces éléments sont difficiles à remplacer.

Bardages verticaux : Cette disposition de planches assure un écoulement rapide des eaux. L’idéal est que la hauteur de la planche soit équivalente à celle de la façade à couvrir. La partie haute ‘acrotère) et les jonctions si il y a, doivent alors être très soignées.

Panneaux composites : Des plaques en fibres ou particules peuvent très bien prendre place sur la structure bois, acier, béton. Ils sont traités en surface afin de leur apporter des pigments et surtout une meilleure résistance aux UV et eaux de pluie.

b) La toiture

Notion de toitSymbole de protection, de couvrement de la vie. Il s’agit d’un symbole de construction. Le triangle est la forme la plus stable, comme si cette force allait influer sur paisibilité de la vie intérieure. Sa forme vise à un écoulement rapide des pluies ou autres intempéries.Comme protection face aux esprits, il est le lieu de multiples décors et expressions des cultures aux 4 coins du globe (têtes de dragons en Asie…)

Toits vus du sol, toits vus du cielIls dessinent la silhouette de la ville dans le ciel, tel que Paris et ses cheminées perçant linéairement l’azur au-delà des pignons.Que serait cette métropole sans ce paysage bâti fait d’ardoise et de zinc ? Sans doute cet ordre assure une atmosphère particulière.

Toit incliné ou toit plat ?

Régionalisme/internationalTradition/modernité

Pour le grand public l’absence de couronnement est considérée comme un manque, notamment dans l’architecture domestique.Le toit pentu est la forme archétypale de l’abri (tente, hutte…)

Cette division semble aujourd’hui s’estomper avec la production dans l’architecture contemporaine.

1) La charpente

TraditionnelLes techniques de la charpente en bois sont plusieurs fois millénaires. On en trouve les premières traces en Grèce et en Asie mineure au VII siècle avant JC et l’on a pu reconstituer virtuellement la charpente de temples grecs construits au milieu du Vème siècle avant JC. Depuis, il y a eu des progrès énormes permettant de minimiser la matière, en élevant les couvertures.

Dans la deuxième moitié du XXème siècle la charpente allait subir une triple évolution :1) L’industrialisation du sciage qui a permis la fourniture de sections de bois précises et régulières2) Les calculs de résistance du matériau bois avec en France les travaux de l’ingénieur Jean Campredon permettant d’optimiser les sections de bois pour une économie de matière. L’évolution ultime viendra des USA avec la charpente assemblée par connecteurs, dite « fermettes ».3) Avec l’informatisation, on a pu calculer et dessiner des formes de plus en plus complexes et utiliser des machines sans passer par la taille manuelle.

La fermetteLa fermette est l’aboutissement de la rationalisation industrielle de la charpente.Si l‘on ressert les fermes jusqu’à l’entraxe des chevrons, les arbalétriers ainsi que les chevrons disparaissent (économie). Les fermes très resserrées n’ont besoin que d’une faible épaisseur de bois, dont un résineux est suffisant en termes de qualité.

Le treillis de bois de faible section est assemblé par des plaques généralement métalliques, appelées « connecteurs », munies de pointes enfoncées de force.Cette charpente est désormais un produit incontournable de la construction et plus de 65% des maisons individuelles l’emploient.

2) La couverture

La couverture est ce qui recouvre la charpente et constitue l’étanchéité de la construction. Elle permet aussi d’isoler.

Elle se compose de plusieurs couches sur la charpente :− Le pare-vapeur− L’isolation− La sous toiture et contre lattage− Le liteau ou voligeage− La couverture

Les matériaux de couverture− Les végétaux : chacune, roseau− La pierre : lause, ardoise

− Le bois : les bardeaux− La terre cuite : tuile− Les plaques profilées : métal, fibrociment− Les bandes métal zinc/plomb/cuivre

Quel matériau pour quelle pente ?Le choix du matériau est lié à l’inclinaison du toit.Une couverture composée de petits éléments et donc de nombreux joints présentent de potentielles fuites à éviter par une pente importante favorisant l’écoulement rapide des eaux.Ainsi plus les éléments de couverture et leurs raccords sont étanches, plus inclinaison du toit peut être faible.Evidemment une corrélation s’effectue avec le milieu climatique dans lequel la nouvelle construction s’implante.

L’ardoise− De 3 à 8 mm d’épaisseur (fragilité), taille 20x30 cm en moyenne.− Si munies d’un trou, plaques clouées sur volige sinon posées au crochet inox ou cuivre sur

liteau− Moins du double de la surface est visible par le croisement des éléments− Pente minimum 45° environ

La tuile terre cuiteLa tuile canalLa plus ancienne, dite aussi romaine. Elle peut être scellée (vent) ou fixées par crocher.

La tuile plateElle se pose comme l’ardoise, généralement un petit taquet vient arrêter la tuile sur le liteau dans sa descente.Se pose en joints croisés à recouvrement supérieur à la moitié de sa longueur.Pente minimum 40° environ.

La tuile mécanique dite à emboitementDes rainures sont créées sur un de ses côtés et sur la partie haute. Elles assurent l’étanchéité par un faible recouvrement et donc une économie de matières et de poids sur la charpente. Le dessin de ces rainures permet de pouvoir diminuer les pentes.Pente minimum 25° environ.

Les bandes de métalIl est possible de poser des bandes d’aluminium, de plombs, de zinc voire de cuivre sur des pentes de minimum 5°, support voligeage.L’étanchéité des joints de faits par joints debout (ourlet des bandes entre elles) ou par recouvrement sur un tasseau (pièce de bois de section 30*30 mm).Le matériau n’est jamais pincé, car au vu de son échauffement, il est voué a de multiples cariations dimensionnels et ainsi à des déchirures. On vise plutôt à le caler entre des pattes pliées. Le métal est souvent employé lorsque l’on cherche une continuité de la couverture et de la façade sans rupture de l’étanchéité.

c) Le toit plat/toit terrasse

Ce concept fut notamment prôné et développé par Le Corbusier dans les années 1920, qui en fit l’un de ses cinq points de l’architecture moderne. Son idée était de récupérer dans les villes l’espace

occupé par le bâti (espace « subtilisé » au sol) en le reprenant sur le toit des bâtiments. Les toits-terrasses des Unités d’habitation (à gauche) par exemple sont traités comme un espace public, disposant même d’équipements comme une école maternelle, une piscine…

ConstructionIl s’agit d’une dalle de béton au même titre qu’une dalle de plancher avec une légère pente de manière à favoriser l’écoulement des eaux.Elle bénéficie d’une isolation à la fois pour éviter sa dilatation mais également isoler les locaux inférieurs (panneaux isolants en mousse de polyuréthane ou de polystyrène extrude) ainsi qu’une étanchéité.Les procédés font l’objet d’un travail difficile de professionnel, les plus simples consistent à appliquer deux ou trois couches d’une résine polyuréthane soudables. Des étanchéités plus solides sont nécessaires pour les toits terrasse circulables.

Des éléments de protection de l’étanchéité sont nécessaires :− Dalles, caillebotis : pose sur plots facilement démontables ce qui permet l’entretien− Graviers : il doit permettre la libre circulation de l’eau

Pelouse/jardin : attention à la charge de la terre et aux plantations

Les toits à sheds comme sculpture éclairante

Le toit à voûtes ou à coques

Séance 4a : Le métal, l’acier

Le métalAvant 6 000 avant JC les métaux sont utilisés à l’état pur sous forme de minerais pour les bijoux.A partir de 4 300 avant JC débute en Europe l’Age du cuivre où l’on commence à fondre les matériaux pour former les outils.Vers 3 500 avant Jc apparait en Egypte le bronze, alliage de l’étain et du cuivre.A partir de 1 200 avant JC commence le travail du fer mais il reste difficile. Ce n’est seulement qu’au XIVème siècle que les hautes températures (1 500°) sont atteintes et permettent de faire fondre correctement les minerais mais avec une quantité d’énergie importante (125kg de bois pour 1kg de métal).On a ensuite remplace le bois par le charbon.

Le fer, la fonte et l’acierFaire fondre des minerais de fer aboutit à une quantité importante de carbone (supérieur à 2%) qui durcit le matériau. Il s’agit alors de fonte, elle est très lourde mais cassante. Le procédé Bessemer permet par insufflation d’oxygène de faire ressortir le carbone de la fonte et ainsi de créer de l’acier (inférieur à 2%).

L’acier a une élasticité plus importante et permet davantage de formes.Aujourd’hui l’acier de construction contient 0.2% de carbone.

Le métal dans l’architectureLes premières utilisations du métal dans les bâtiments sont des agrafes en fer ou en bronze dans les maçonneries grecques et romaines.La fonte a commencé a être utilisée au 19ème siècle comme structure porteuse en imitant le bois et visant à une grande fonctionnalité et une rapidité de montage comme pour les ponts, bâtiments industriels, halls de gare, pavillon des expositions universelles tels le Cristal Palace ou la Tour Eiffel.

Les performances de l’acier et l’essor économique de l’Amérique entrainent la construction d’immeubles de 10 à 15 étages pour construire Chicago et New York vers 1890. L’Empire State Building construite en 1931 est toujours, avec ses 103 étages, un des bâtiments les plus hauts du monde.On utilise toujours la fonte pour les candélabres, plaques d’égouts, radiateurs, bouches incendie pour la pérennité de leur épaisseur.

Pourquoi utiliser l’acier ? • Prouesse technique

L’acier est un matériau très fin mais qui permet de grande portée. Il a été créé par l’homme (et non transformé comme le bois ou la pierre) : son essence réside dans ce but unique de technique.Ainsi ses profilés ont été dessinés avec le plus d’économie possible de matière, seul réside ce qui est nécessaire à son optimale utilisation.Une structure en acier est considérée comme une structure légère au même titre que le bois.Il ne s’implante sur le sol que de manière ponctuelle (fondations ponctuelles).Son usage originel était industriel et pour les ouvrages d’art.

• Dématérialisation Sa finesse conduit à voir la structure disparaitre au profit d’une grande transparence dans les immeubles de verres : les gratte-ciel naissent.L’architecture se dématérialise au profit de l’abstraction de la structure et de l’importance de la peau, de la surface au revêtement.Cela va de pair avec l’importance de l’isolation continue à la face extérieure des constructions.

• Assemblage o Soudage (souvent en atelier et non sur site)o Par boulonnage la plupart du temps

Structure par portiquePortique : ensemble de deux poteaux et d’une ou plusieurs poutres (généralement la supérieure est celle du toit)Entre les portiques s’installe :

• Le contreventement (poutre, écharpe, croix de saint André)• Les traverses portant le bardage• Les solives portant le plancher

Structure par ossatureLa structure n’est pas orientée, les montants sont continus sur toute la hauteur du bâtiment.Ainsi les poutres s’accrochent librement à n’importe quelle hauteur (flexibilité).

Poutres treillisA partir de certaines portées, il devient impossible de créer des profilés pleins.On va donc creuser la poutre pour l’alléger, la matière ne servant pas à la structure va donc être supprimées.Pour de plus grandes portées encore, la poutre sera assemblée avec des profilés standards en visant la création d’une triangulation. La poutre peut alors prendre la hauteur d’un étage voire plus (pont…).

Treillis tridimensionnel

Il se compose de barres de même section. Chaque nœud peut comptabiliser jusqu’à 18 barres. Ce système permet de couvrir de très grande portée en répartissant les forces (d’où la même section pour les membres).4m de structure peuvent ainsi couvrir 120m.

PréfabricationAu-delà des profilés normalisés, des productions en série type phénix ou autres produits de constructeurs, il est dans la nature du matériau de préfabriquer les profils à monter directement sur site.Le sondage est à éviter sur site où l’on visera l’assemblage par boulonnage.

Nouvelles formes L’informatisation et les moteurs de calculs ont permis de dépasser le structure orthogonale pour créer de véritables sculptures de métal, là où le béton est compliqué à mettre en œuvre.Le Guggenheim de Bilbao de Frank Gehry possède ainsi une ossature de treillis linéaire.

Protection anti-incendieComme dans la construction bois, la protection incendie revêt une importance capitale. L’acier est très sensible au feu car se déforme très rapidement sous l’action de la chaleur.Les bâtiments au rez-de-chaussée ne posent pas problème car les multiples sorties permettent d’évacuer rapidement. Dans un bâtiment public à plusieurs niveaux, l’évacuation rapide des lieux est moins évidente.Ainsi pour résister plus longtemps il peut être envisageable de :

• Renforcer la détection (souvent insuffisante)• Installer des sprinklers, exutoire à eaux• Sur dimensionner la structure (la partie superficielle qui fond en premier lieu ne ert pas à la

statique du bâtiment)• Appliquer une peinture intumescente• Appliquer un revêtement ignifuge sous forme d’enduit ou de coffrage type caisson : la

structure acier disparait• Utiliser une structure mixte : le bêton vient protéger l’acier des hautes températures s’il est

coffré autour ou au contraire dans le cas d’un coulage intérieur d’un tube acier, il reprend la charge en cas de disparition de l’acier. Ce choix pose la question du coût de cette double structure.

CorrosionL’acier est très sujet à la corrosion en présence d’eau. Il s’agit d’une oxydation naturelle avec perte de matière.La corrosion électrochimique se produit par contact de deux, voire plusieurs, métaux non compatibles.Sous présence d’eau, un couplage soit un transfert d’ions (réaction chimique) produit une perte de matière.

Protection contre la corrosionIl s’agit de revêtement type peinture, gainage plastique ou émaillage qui vient protéger la face exposée. Il ne doit pas être percé pour éviter toute pénétration d’eau ou humidité.

Dérivés de l’acierAcier inoxydable

Il s’agit d’un alliage avec au moins 0% de chrome et d’autres métaux type nickel, titane… Il nécessite plus d’énergie et est donc un acier de qualité supérieure. Il ne peut subir la corrosion, on l’emploie pour les garde-corps, aménagements de cuisine, systèmes de fixation mais peu en éléments porteurs.

Acier patinable (Cor Ten)Il s’agit d’un alliage d’acier avec du cuivre, du phosphore, permettant la création d’une couche en surface de rouille résistante. Dans les zones littorales, cette couche n’est pas considérée comme durable. Il peut être utilisé en structure.

Acier GalvaniséIl s’agit d’un acier recouvert d’une couche de zinc dans le but de le protéger contre la corrosion.

Treillis de façade/Façade rideauUne structure métallique peut se trouver à l’extérieur et servir de montants de menuiseries. On parle généralement de treillis où l’on va venir insérer les parois de verre. Dans une structure non orthogonale, type losange ou triangle, cette treille peut venir contribuer à la statique du bâtiment.

Utilisation mixteL’acier peut être utilisé avec le bois : il permet alors de simplifier les assemblages qui en bois sont épais ou imposent une perte de matière. La conjonction structure acier et plancher bois est également possible.L’acier est toujours utilisé sous forme de fers ronds noyés dans le béton. Ce dernier est résistant à la compression alors que l’acier apporte une résistance à la traction.L’addition des deux permet de résister à tout type de forces.

Métaux non ferreuxAluminium : Difficile d’extraction jusqu’au XIXème siècle.Léger et facile à travailler : utilisation en menuiseries ou en structure secondaire avec des profils extrudés ou des tôles perforées de façades ou caissons acoustiques…

Plomb : Teinte gris mate.Fort coefficient de dilatation thermique : résiste très bien à la corrosion et aux rayons radioactifs (salles médecines…).Très souple : il sert aux couvertures et aux façades courbes

Zinc : Utilisé déjà par les Romains sous forme de bronze (alliage avec le cuivre).Très bonne résistance à la corrosion mais cassant.Utilisation en façades, couvertures et objets.Procédés de galvanisation : couverture d’un fer/acier par une pellicule de zinc pour le protéger de la corrosion.

Cuivre : Fait référence à l’ile de Chypre Cuprum où les Romains allaient extraire ce minerai rouge brillant.Difficile à fondre mais facile à travailler, mollesse.Une patine verte ou brune de protection naturelle se forme normalement avec le temps.Bonne conductivité thermique et électrique (canalisations, électricité) mais utilisation également en couverture.Prix élevé.

RevêtementLes métaux de revêtement ont la capacité à être très fin, épaisseur inférieure à 1mm.

Ils sont étanches mais nécessitent une ventilation pour limiter l’accumulation de vapeur d’eau et l’échauffement. Ils sont toujours fixés par une ossature secondaire (souvent métallique) sur la structure du bâtiment.Les matériaux sont dimensionnés selon leur dilatation et leur tenue. Des formes type pliages ou ondulations permettent d’apporter plus de rigidité au panneau et donc de pouvoir agrandir ses dimensions.

Durabilité et recyclageSi l’énergie nécessaire à sa fabrication s’avère lourde, il faut savoir que 90% de l’acier provient du recyclage de produits existants (voiture, réfrigérateur…).La structure légère avec de faibles fondations impacte peu le terrain d’implantation, et ainsi perturbe peu l’écosystème.Le montage par boulons permet de démonter aisément la structure pour un réemploi ailleurs (pavillons d’expositions…) ou sous d’autres formes.

Séance 4b : le béton

Le ciment et la naissance du bétonLes premiers ciments apparaissent au 1er quart du XIXème siècle grâce aux expériences de Louis Vicat, alors chargé de la construction d’un pont, qui mélange de la chaux, de l’argile, du silicate et se rend compte qu’avec de l’eau, l’ensemble pâteux durcit à l’abri de l’air.En 1853, des aciers sont noyés dans le ciment. Leur coefficient de dilatation étant identique, les matériaux vivent de la même manière. Est ainsi né le ciment armé.Avec l’ajout de graviers, apparait le béton et le béton armé.En 1892, Hennebique dépose un brevet et lance un réseau de production.Le béton est alors un produit d’ingénieur et sert à la réalisation de ponts (1 300 à l’époque).C’est alors qu’un architecte des monuments historiques. Antole de Baudot s’en empare pour construire une église (influence des structures métalliques).C’est ensuite Auguste Perret qui utilise le matériau en réinterprétant le langage classique pour le théâtre des Champs Elysées ainsi que l’Eglise du Raincy.Devant toutes les potentialités du béton, on ne sait quelle forme par nature lui donner.

CompositionLe béton = agrégats (sable + graviers) + liant (ciment) + eau (+ adjuvants)

Granulats : ils assurent une meilleure solidité et pérennité au bétonCiment : chaux + argile + alumineBroyage des minéraux à l’état de poudre mélangéeTransformation par l’industrie par cuisson pour de meilleurs mélanges, voire meilleures performances.Eaux : humidité des granulats + eau

Les adjuvants sont des produits chimiques facilitant la mise en place du béton type fluidifiants, le ralentissement de sa prise ou au contraire de son accélération…

Des minéraux colorés, des fibres, des colorants peuvent également être ajoutés.

ArmatureLe béton armé est un matériau mixte composé de béton et d’acier.

Le béton agit en compression (reçoit les charges) alors que l’acier reprend les efforts de traction.L’addition des 2 est possible par le fait que :

• Les matériaux sont compatibles (le ciment protège l’acier de la corrosion)• Les coefficients de dilatation sont semblables.

Les armatures : nombre, diamètre sont calculés par ingénierie.Elles ne doivent pas être placées à moins de 3cm du bord et doivent être centrées.

Plaques normalisées pour travaux courant : treillis soudé.

CoffrageLe béton, étant liquide, a besoin d’un moule dont le vide indique sa forme définitive.Le coffrage ne doit pas se déformer (étaiement) sous la pression du béton liquide, ne présenter de fuites (joints). Il s’agit d’un travail très exigeant tout comme le calage des fers entre le coffrage.

Coffrage en planches de boisOn utilise le bois pour sa légèreté et la facilité des assemblages (clouage ou vissage).Ce matériau permet de laisser des empreintes sur le béton.On peut également utiliser des panneaux dérivés bois types panneaux de fibres. Ils engendrent moins d’assemblage et sont plus faciles à décoller mais donnent des surfaces unies.Les panneaux de fibres sont utilisés pour les courbes.

Coffrage métalliqueLeur coût élevé est rentabilisé par une utilisation répétée, contrairement au bois.Les assemblages sont industriels et très précis.Des écarteurs évitent la déformation ou mouvement des branches. Les trous sont ensuite bouchés après coup en béton ou autres matériaux.

Coulage et compactageUne fois les armatures et les branches et les banches en place, le béton peut être coulé par le haut tout en veillant à ne pas déplacer les armatures. Une aiguille vibrante trop importante risque de faire retomber les agrégats en bas dans le cas d’un béton trop liquide.Une fois le béton pris (au moins quelques jours) on peut répéter la procédure sur le dessus.

On considère qu’il faut 27 jours pour que le béton ait sa capacité porteuse finale. Dans le cas d’un plancher, il est donc important de ne pas décoffrer ou charger avant cette durée.

Revêtement du béton apparent : Pour donner des formes importantes en relief à la surface, il faut fabriquer des banches particulières avec les formes désirées (en creux) : cher.Après décoffrage il est possible de traiter la surface du béton :Manuels : piquage ou bouchardage avec des outils pour créer une adhérence.Techniques : lavage, sablage, traitement à l’acide pour faire ressortir les agrégats.Mécaniques : ponçage ou polissage pour des surfaces plus lisses voir brillantes.

Dérivés du béton : le bloc béton ou l’agglo, le parpaing

Pour pallier à la complexité du béton à couler, la création du bloc béton a permis d’utiliser le matériau tel une maçonnerie. Les blocs sont fabriqués à l’usine et sont d’une conception optimale entre taille, poids et rapidité de montage.Le module aux 6 ou 8 alvéoles a été développé sous d’autres formes (isolation, hourdis).

Le chainage dans les angles et entre les niveaux sont requis.Les joints sont en ciment (béton sans gros agrégats) et un enduit ou revêtement extérieur est nécessaire pour éviter l’absorption d’eau.

Qualité économique et universelleSes ingrédients étant universels, on peut fabriquer le béton partout et à moindre coût.C’est la mise en œuvre des banches qui prend le plus de temps.Le béton étant coulé, on peut ainsi lui donner toutes les formes et dimensions que l’on veut (ou presque). Il s’agit d’une grande liberté contrairement aux maçonneries ou le bois massif dont les tailles sont données par le matériau.

La production de masse d’après-guerreLA croissance exponentielle de la population devait induire une construction de logements aussi importante.Les premières centrales à béton apparaissent.Les bâtiments des années 60, 70 sont très linéaires et répétitifs car ils suivent le chemin de grue… ce n’est pas cette dernière qui s’est adaptée au bâtiment souhaité.Le but était toujours d’aller plus vite et moins cher. Ces grands bâtiments ne trouvaient alors que leur place dans des quartiers périphériques, voir ville nouvelle et non en insertion dans la ville existante.

La construction du logement aujourd’huiSi les erreurs des grands ensembles sont reconnues, le béton est toujours autant employé dans le logement. Outre ses capacités structurelles évoquées, il permet notamment d’être la meilleure barrière au feu contrairement à l’acier qui fond, et au bois qui s’enflamme…La préfabrication de parois de murs en béton est désormais courante. Sur le site elle permet de gagner du temps (froid, location de grue…).

Séance 4c : les pathologies du béton

Corrosion des aciersLes problèmes du béton ne sont pas liés à sa résistance à la compression mais plutôt à la corrosion des aciers. Ils gonflent et font des épaufrures à la surface puis font éclater le béton. Une armature oxydée peut atteindre 9 fois sa taille initiale…Cette dernière est due à :

• La composition chimique et minéralogique du liant• La porosité et perméabilité du béton• L’humidité environnante, les températures d’agression (gel)• Avec l’air, le gaz carbonique et les pluies acides, la couche extérieures du béton devient acide

et provoque la corrosion des aciers alors que les alcalins initiaux du béton les protégeaient, ainsi une meilleure composition basique du béton est avantageuse pour les aciers dont la place dans le mur est importante évidemment.

• Les chlorures qu’ils proviennent des granulats, de l’eau de fabrication voire du milieu extérieur peuvent de même accentuer le processus d’oxydation des fers.

•les fondations:

définition:

Ouvrages d’infrastructure : fondations + ouvrages enterrés.

Structure (super/hyperstructure ) : au dessus du sol.

Fonder : Poser les fondements/la base (d’une construction).

Fondation : Maçonnerie qui sert de base (à une construction).

But

Les fondations ont pour but de répartir sur le sol de l’ensemble des charges du bâtiment

2 types

• superficielles (P < 3 m)

• profondes

3 modes de distribution des charges

• ponctuelle

• linéaire

• surfacique

Facteurs de conception:

Mise hors risques des fondations

• Mise hors gel

• Position hors évaporation sur sol argileux

Nature des sols

• résistance à la compression du sol

• matériaux

• adhérences

• Topographie du site

Charges rapportées aux sols

• poids propre du bâtiment

• surcharges climatiques (eaux,neiges,vent)

: Zone climatique

• charges d’exploitation

Construction

• Compatibilité avec la superstructure

• Construction par masse ou par ossature

Isolation thermique

• Extérieur/intérieur

• planchers ou murs de fondation

• ventilation du vide sanitaire

Protection et récupération des eaux d’infiltration

• étanchéité, protection d’étanchéité, drains

Intégration

• maison posée, flottante ou surélevée, bâtiment enterré.

les facteur de constructions:

les différent types de fondations:

• linéaire (semelle filante)

• ponctuelle (isolé pour moins impacté le sol naturel)

• surfacique (radié) répartition des charges sur une grande surface et nécessite un sol stabilisé

Fondation ponctuelle Fondations linéaire Fondation surfacique

superficielle Semelle isolé (plot)

→ de bonne qualité

Semelle filante

sol moyenne qualité

Radier

sol de bonne qualité

Profonde

p > 3m

Pieux

→ sol de mauvaise

qualité

Les différents types de fondations

Semelles filantes

• charges réparties uniformément (linéaire)

• murs enterrés résistant aux pressions latérales du sol

• réalisation d’un volume (habitable ou vide sanitaire)

• étanchéité des murs dans les zones humides.

Fondations isolées

• descente de charges concentrées

• possibilité de surélévation de la superstructure

• minimum de transformation du sol naturel.

• plancher isolé.

Radier

• Répartition des charges sur une grande surface

• nécessite un sol stabilisé et compact

• «Bêches» dépendant du sol, des charges périphériques

et du climat.

les semelles: voir dessin sur poly

→ semelle isolé aux angle des mur porteur

→ les radiers utilisé dans les pays ou il ne gele pas

NOTION DE SOUBASSEMENT

- Soubassement en surface :

Il vise à la protection du bâtiment (animaux, intempéries,guerres) par l’élévation du bâtiment sur un socle massif. Du Moyen-Age jusqu’au début 20ème, le soubassement des palais et villas s’élève depuis la plateforme de pierre jusqu’à former un étage annexe en rez-de-chaussée.

Il règle le rapport entre le bâtiment et le terrain

- Soubassement souterrain :

La nécessité de créer un soubassement est celle d’aérer voire éclairer les espaces du sous-sol.

Les ouvertures sont dites soupiraux

Une autre solution est le saut de loup qui est l’excavation du sol. Le trou sur le trottoir est alors recouvert d’une grille.

protection des fondations :

Étanchéité

• Mortier hydrofuge

• Enduit pelliculaire à base de résines, de goudrons,

de caoutchouc …

• Feutre bitumeux

Protection de l’étanchéité

• Blocs de ciments

• Tôles ondulées

• Films plastiques structurés

Drain de fondation

• Bétons, terre cuite, céramique, PVC (ø˜ 10 cm)

• Membrane filtrante

Drainage du site périphérique

A) REPRISE DE LA PORTANCE DU SOL:

• Coulis : remplissage de vides par simple graviation de ciment réagissant avec avec le sable et graviers et présent dans le sol pour former un béton hétérogène

• Injection sous pression : injection de béton après forage. Elle est dangereuse car elle crée des points durs dans le sols et risque de soulever le bâtiment.

• Consolidation par compression du sol : Battage de pieux en bois pour comprimer le sol. L’empreinte est ensuite rempli de sable pour éviter la dépression. Elle crée des vibrations pour les constructions.

• Jet Grouting : technique mixte des deux précédentes :

Réalisation de puits forés et d’injection sous pression par poches consécutives.

• Drainage :

l’assèchement rend le terrain plus compact et résistant, notamment pour les argiles.

B) REPRISE DES FONDATIONS

Pose préalable d’étaiement, blindage des fouilles.

• Elargissement de la semelle

• Surépaisseur de la semelle, intervention par le dessous en touche de piano

• Reprise ou sous oeuvre par maçonnerie ou béton coulé avec un liaisonnement

• Reprise ou sous-oeuvre par puits Réalisation de part et d’autre de la fondation initiale de puits reliés par un chevêtre en béton.

Pieux moulés

Forage par tarière (dépression du sol) Coulage du béton par le bas et non par le haut.

Possibilité par pieux battus mais entraîne des vibrations importantes

• Reprise en sous-oeuvre par micro pieux Pas d’intervention lourde (dépression du sol) et coefficient de frottement élevé Diamètre 15 à 20cm Forage du terrain Insertion de tube métallique d’1m

Coulage de béton par pression dans le tube (peut rester en place)

Têtes de micro pieux liées.

les menuiseries:

l'évolution de la forme de la menuiseries dépend de l'évolution de la manière de construction

le linteau permet de repartir les charges , permet de faire des ouverture plus large

un arc c'est dans un plan (dans un mur épaisseur) et une voute c'est un volume (=un espace)

baie ouverture dans un mur pour un porte une fenêtre un velux (toue)

menuiseries (fenêtre ) métal bois ….composer d'un châssis dormant et ouvrant, éclairage naturel et a le but de couper la rupture thermique phonique passage d'aire

position de la fenêtre :

matériaux :

le bois qui ne pourrisse pas (nature ou peindre mais tjr le protéger)

métal (=alu), acier (3mm dépais ) lourd

alum bcp plus leger et fin plus utiliser

PVC: profilé avec plein de vide c'est l'air qui isole

matériaux mixte :

esthétique coute chère pas d'entretien (alu) intérieur en bois pour changer les chose

(nu intérieur (rebord) / nu extérieur (pas de rebord)

format de la fenêtre : classique a croisée

tableau/ cadre

vu unique → tableau avec une vu au loin

format de la fenêtre : fenêtre verticales

forme de l'homme debout avec lequel on se projette le plus vers l'extérieur éclair du sol au plafond

fenêtre en longueur ou en bande :

souligner le panorama (apparaît au 20eme, cinéma)

(fenêtre en hauteur assez haute si maison enterrer ou voir les étoile esthétique)

la paroi transparente :

une paroi vitré du sol au plafond remplace le mur , menuiseries les plus fine possible

l'éclatement de la structure: les angles disparaissent, on voit en 3D , paroi transparente qui fait plusieurs coté

système d'occupation de la fenêtre:

si on augmente les étage on peux augmenter la largeur du bâtiment

disposition extérieurs :

casquette limite la luminosité dans l'appartement

les stores :

voir a l'extérieur sans que les gens de l'extérieur vous voie a l'intérieur (jalousie)

plusieurs matériaux bois tissu …

volets extérieurs

pliable ou roulant:

système de protection

persiennes : volet pliable en métal

les roulants manuelle ou électrique aluminium ou PVC construit en même temps que la menuiseries

dispositif intérieurs :

volet intérieurs ( décor intérieur)

rideaux deco

les planchers :

2 méthode des voutes en pierre ou brique soit un planché avec une poutre, des solives, et o dessus le planché en bois traditionnel jusqu' au 19 eme après l'apparition de l'acier

propriétés: but

propagation du son , des odeur et la température (thermique) pas chauffer le voisin et coupe feu.

Solivage en bois :

l'épaisseur de la solive sera 1,20 tieme de la porté et de 3 a 5metre sinon il faut metre un poutre

contre le mur ou encastré dans le mur

léger simple a faire

solivage en acier : même chose mais en acier

technique plus compliquer pour les passage d'escalier nécessite de couper de souder plus complexe que le bois

pas d'arcs mais des petit voutes

cette méthode a été remplacer par les poutrelle et entrevous :

entrevous remplace les arc ou voute

poutrelle tt les 60cm en bois en acier

les hourdis (terre cuite, polystyrène ou béton ) entrevous on les pose entre les poutrelles

porté jusqu'à 9 mètre et on porte 1,25 plus de porté que le bois

la dalle pleine en béton :

1, 30 a1,35 on porte plus ,a partir de 6M on mettra des poutres

plus tu va porter loin plus la dalle sera épaisse

plancher collaborant en bac acier (dessin)

la predalles (dessin)

dalles alvéolaires: (dessin)

dalles en bois : surface fini plus agréable on peu décaler un peu les planche pour créée des motif sur le plafond

planche épaisse 20cm

les cloisons :

le plâtre :

c'est du gypse moulu , cuit devient de la poudre et avec de l'eau devient du plâtre

les cloisons ne sont pas porteur mais elles séparent juste les espaces

carreaux de plâtre plein que l'on monte directement bonne inertie thermiques ,un peu porteur , grande résonance (inconvénient)

une fois que l'on a empiler les carreaux on doit remettre une couche de plâtre ou sinon on fait des plaque de taille adapter aux hauteurs de la pièce avec montant verticaux en acier et on fait des bande

de plâtre tt les 60cm facilité de montage isolation phoniques performante → mieux que les carreau de plâtre

l'isolation :

principe:

L’isolation vise à limiter les échanges de calories entre deux milieux thermiques différents. Elle protège le froid et le chaud extérieur de rentrer à l’intérieur mais également de limiter les déperditions de chaleur intérieur en hiver notamment : Image de la thermos. L’isolation doit permettre au réseau d’eau intérieur de ne pas geler. Elle joue un rôle acoustique et permet de préserver les locaux des bruits aériens extérieurs. Certains isolants sont ininflammables et participent à la protection incendie.

énergie = chauffage des bâtiment

protéger du soleil l'été , et pas gelé l'hiver

elle joue aussi un rôle acoustiques , isolant inflammable pour certain

perte par le toit , les vitre , les murs

les pont thermique au niveau de raccord de structure

Types d’isolation

Par l’intérieur (historique)

La structure est visible et forme l’architecture extérieure.

Avantages:

Pose sur rail semblable aux cloisons

Inconvénients :

Ponts thermiques au niveau des dalles

Perte de place intérieure

Par l’extérieur :

Elle est meilleure thermiquement car elle forme une couche continue sur le bâtiment.

Avantages

Pas de ponts thermiques au niveau des dalles

Inconvénients :

Nécessite un revêtement extérieur fin (coût ! pérennité ?)

qui cache la structure (esthétique, vérité architecturale)

matériaux d isolation :

plus le matériel a des bulle d'air plus il sera isolant

2 catégories d'isolant

• souple verticales

• rigide , résistant a la compression

• les synthétique

• et les naturel

l'épaisseur nécessaire pour une bonne isolation type (tableau) tel ou tel isolant

on voit bien quel matériaux est plus performant des autre

laine de roche : roche en poudre

matériau synthétique/ naturel

Matériaux naturels :

Panneaux de laine ou fibres de bois

Ils utilisent les déchets de l’industrie du bois. Les éléments sont réduits à l’état de fibres ou de poudre puis agglomérés avec de l’eau. Certains panneaux peuvent être multicouches avec des laines minérales pour être plus performants thermiquement ou bitumées pour les rendre étanches.

Les plus rigides peuvent servir de coffrage perdu voire être enduits.

Laine de mouton

Elle provient d’Europe et de Nouvelle Zélande. Une fois prélevée sur l’animal, la laine est traitée (transpiration, salissures,mites). La laine est ensuite assemblée sous formes de rouleaux.

Cette dernière est un bon tampon pour l’humidité ou la vapeur d’eau (jusqu’à 33% d’absorption par rapport à sa masse) sans perte de capacité isolante. Utilisation en intérieur uniquement.

Liège

Il provient des écorces de chêne liège du Portugal, d’Espagne ou d’Algérie. Peu abondant, il est relativement coûteux. L’écorçage se fait à partir des 25-30ans de l’arbre puis tous les 10 ans sans danger pour ce dernier.

Après broyage des écorces sous formes de granulats, on cuit ces derniers sous pression. La vapeur d’eau fait gonfler le matériau dont la résine crée l’agglomération. Refroidit, on coupe les blocs sous forme de plaques.

On utilise le liège à l’intérieur (cloison, planchers, combles).

Coton

Il est constitué de coton brut et de chutes de l’industrie textile pour former des rouleaux.

Des additifs sont apportés pour résister à l’incendie et aux parasites. L’éco bilan du coton n’est pas forcément bon : si l’on consomme peu d’énergie pour le fabriquer, les transports et les modes de productions d’Asie sont loin de l’écologie dont le produit se vante.

Lin

La plante est produite dans notre climat et ne nécessite à priori aucun engrais ni pesticide. Si les grandes fibres sont vouées à l’industrie textile, les plus courtes sont séchées, traitées, transformées en nattes. Avec de la fécule de pommes de terre ou du polyester, on lie les nattes pour former une isolation très performante avec de l’avenir.

Fibre de cellulose

Il s’agit du premier isolant naturel utilisé. On utilise des vieux papiers et journaux qui sont découpés en petits bouts, traités contre le feu et les parasites et puis agglomérés sous formes de flocons ou de panneaux. Sa pose se fait par des entreprises spécialisées. On peut réutiliser les flocons par aspiration.

Argile ou Perlite expansé

La perlite est une roche volcanique. Les deux matériaux sont chauffés jusqu’à évaporation de l’eau qui conduit à un gonflement du matériau (x20). Une hydrophobisation et une protection contre l’incendie est alors possible, notamment pour la perlite, inflammable. Non sujet au pourrissement, on emploie l’argile ou la perlite expansé sous forme de granulats pour béton et mortier ou en vrac dans les planchers ou combles.

Matériaux innovants :

Ils visent à être de plus en plus fins, nécessaires en rénovation, ou sur des espaces fonciers chers. La technologie va parfois de pair avec ces éléments coûteux. Ils ne sont pas encore réglementés.

-Panneaux sous vides : panneaux de mousse ne résistant à la pression mis sous vide sous un film en aluminium : le vide ne conduit pas les calories. (Fragilité et précaution de mise en oeuvre)

-Isolants transparents et commutable : peau de verre devant un mur isolé par l’extérieur par une structure de verre en nid d’abeille. Des stores permettent de contrôler l’ensoleillement et l’énergie accumulée dans cette paroi (soleil d’hiver) peut être restituée à la maçonnerie par l’action d’un courant électrique.