Calcul de charge supportée par une poutre bois

[myghalloween]

Bonjour,
J'étudie une alternative pour un plancher d'étage et pour cela j'aurais besoin de connaitre la charge admissible d'une poutre en chêne car les abaques sont assez différents selon les sources.
Les caractéristiques sont les suivantes :
- 5,80m de portée entre 2 murs porteurs en pierre
- section entre 18x18cm et 20x20cm selon les poutres. On peut partir sur la 18x18 pour être sûr
- ancrage dans le mur inconnue pour le moment. La maison ayant un peu plus de 200 ans, ils devaient y avoir un minimum à l'époque.
- environ 60cm d'entraxe entre poutres si nécessaire

Merci pour votre aide.

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[ilovir]

Bonjour

La charge admissible sur une poutre existante, c'est une devinette. Cela dépend de la qualité du bois, qu'il est difficile d'évaluer, même en ayant la pièce sous les yeux.

Pour les charges, on pourrait partir sur 120 daN/m² de charge fixe (?) : structure, planchage, sol, cloisons, et 150 daN/m² pour l'exploitation habitation.

Donc, portée 5.80 m, entraxe 60 cm, section 18 x 18 (attention, la capacité augmente vite si on augmente la hauteur de section, par exemple 20 cm)

En prenant un bon chêne D40, pas de problème de résistance (taux de travail < 40 %), mais la flèche de l'ordre de 4 cm, soit < L/200 est vraiment inadmissible.

Cependant, ce qu'on doit considérer dans votre cas, c'est la part de flèche active ou dommageable, c'est à dire due uniquement aux charges ajoutées, sans le fluage qui est déjà pris sur des poutres déjà en place et bien sèches.

Donc c'est à dire sous la charge totale, moins la structure (poutres et planchage), et sans le fluage.

Là, on arrive à quelque chose de l'ordre de 2.1 cm. C'est toujours pas terrible, à L/275, mais ça va mieux.

C'est encore pas le L/400 souhaitable, ni le L/500 du confort d'un plancher bois qu'on ne sent pas bouger sous les pieds, mais c'est jouable.

Ceci sans perdre de vue qu'il reste l'inconnue sur le module d'élasticité du bois en lui même, avec l'influence des défauts de type noeuds, fentes, etc ..

Dans le D40, ce module est pris à 11 000 MPa (pour les résultats annoncés plus haut).

Selon la fiche Cirad du chêne, le module peut atteindre 14 000 sur des très bon morceaux (donc env 30 % meilleur que celui du calcul conventionnel). Mais il peut être plus mauvais aussi.

Et la réalité de ce qu'il y a chez vous, je ne peux pas savoir.

Peut-être trouverez-vous un moyen d'apprécier quelle est la qualité de votre bois en place.

[myghalloween]

Bonsoir,
Merci pour cette réponse. Pour répondre à votre dernière question, les poutres actuellement en place me semblent vraiment affaiblies. J'ai retiré tout le plancher, ce qui me permet d'avoir une estimation de l'état. Sur 11 j'en ai 3 vraiment cintrées (flèche de 10cm environ au centre) et au moins 3 dont les ancrages (au moins un bout) sont bouffés par des insectes. Je ne suis pas sûr que ce soit du chêne, il se peut que ce soit du châtaignier, un proche pourra m'aider à identifier. Il me semble que le châtaignier repousse les insectes, ce qui me laisse penser que c'est du chêne...
J'envisage de changer les poutres très affaiblies, voire l'intégralité des poutres.

Ensuite, autant je comprends ce qu'est la flèche d'une poutre, autant je ne comprends pas les ratios tel que L/200, L/500... Comment calcule t-on pour arriver à trouver 4cm ? Un éclairage sur ce point me serait bien utile pour la suite.

Si je change les poutres, dans l'idéal, j'aimerais obtenir une flèche suffisamment petite pour ne pas avoir la sensation désagréable de marcher sur un plancher qui vibre. L'avantage de changer c'est que je peux choisir l'essence et la section pour correspondre aux besoins actuels de la maison.

La pièce mesure 6,10x5,50 (les poutres portent dans le sens 5,50). J'ai donné 5,80 pour partir sur 15cm d'ancrage de base. Ce sera une surface d'habitation qui comprendra une chambre et une salle d'eau. 150daN/m² pour les charges d'exploitation me semble bon, c'est le minimum je dirais. Pour les charges fixes, si je retiens cette solution, je prévois une couche OSB 22 (voire plus si nécessaire), un isolant phonique de quelques centimètres (mais je pense que le poids est dérisoire), puis une nouvelle couche d'OSB (épaisseur à définir) et parquet massif (je ne pense pas que le lambourdage sera nécessaire). Il y aura 2 cloisons avec mur chauffant jusqu'à 1,80m et isolation classique au dessus jusqu'au plafond à 2,70m. Une des cloisons est dans le sens des poutres à environ 1,20m du mur extérieur, et l'autre dans le sens perpendiculaire aux poutres à environ 2,20m du mur de refend.

Voilà pour les précisions qui je l'espère vous permettront de me renseigner au mieux.
Merci

[ilovir]

flèche de 10 cm, encastrement bouffés, portée 5.5 mini, les charges que vous voulez mettre, et le confort que vous voulez, ça va être difficile de garder ces vieilles poutres. A moins d'un avis bien certifié par un professionnel qui voit sur place.

Il me semble qu'il vaut partir sur du neuf. Avec des poutres en lamellé collé, vu la portée.

Pour préciser les charges : OSB 22 : 14 daN/m², autre OsB (16 ?) 10 daN, isolant 4 cm genre liège 15 daN, parquet 14 mm 12 daN.

Pour les cloisons, je n'ai pas bien compris. Pourriez-vous préciser, avec le cas échéant un croquis ? comment est fait le mur chauffant, combien il pèse, où sont les isolations, quel poids, etc ...

Le L/400, c'est un critère de flèche à respecter, c'est à dire par exemple le 1/400 de la portée.

Pour le détail des calculs pour trouver les flèches et taux de travail, en fonction des eurocodes et des règles de la RdM, ça serait un peu long à expliquer.

NB : le calcul en construction neuve est plus clair que sur existant, car dans ce cas on part sur des caractéristiques de matériaux connues au départ.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ilovir]

Et j'oubliais : qu'y aura-t'il sous le plancher ? un plafond ? en quoi ?

[myghalloween]

Je commence par la dernière question : nous souhaitons autant que possible conserver les poutres apparentes depuis le RDC, donc idéalement les poutres d'origines. Le plafond du RDC sera par conséquent un simple panneau (type Placo ou Fermacell) entre chaque poutre sur rail ou suspente anti-bruit et un peu d'isolant pour combler les vides.

Ensuite, merci pour les précisions sur les flèches je comprends désormais mieux ce fameux ratio et effectivement si je pouvais être proche de L/800 je serais ravi. On m'a soufflé une solution sur Tiez Breiz pour renforcer les poutres affaiblies, en rainurant l'intérieur des poutres concernées depuis le dessus pour y insérer un IPN acier ou bois et viser des tiges filetées pour remonter la flèche et solidifier l'ensemble. Cette solution me semble très intéressante même si un peu lourde à mettre en place. Quel est le poids et la section d'un IPN adapté ?

Pour les cloisons : j'ai 2,70m sous plafond sol fini. Sur ces 2,70m de haut, seul une hauteur 1,80m depuis le sol disposera de serpentins enrobés de terre ou panneaux spécifiques. Les 0,90m restant seront simplement remplient d'isolant classique. La surface de 5,50x6,10m contiendra un couloir de 1,20m de large dans le sens des poutres (sur 5,50m donc) qui desservira une chambre et une salle d'eau. Ces dernières seront séparées par un mur chauffant également. La salle d'eau fait 2,20m de large sur 4,80m de long (6,10m - 1,20m de couloir - 0,10m de cloison - 0,10m d'isolant du mur extérieur), donc ce mur chauffant fera 4,80m de long. Je n'ai aucune idée du poids d'une cloison comme celles-ci.

Le poids et la résistance sont-ils très différents entre OSB 2, OSB 3 ou Fermacell ?

[myghalloween]

J'ai avancé un peu dans les charges permanentes. Vous me corrigez si ça parait incohérent pour une cloison phonique en double peau désolidarisée :

> 1x Fermacell* 10mm (9,5kg/m²)
>> 1x Fermacell* 12.5mm (11,5kg/m²)
>>> M36 + laine de bois 40mm (3,25kg/m²)
>>> M36 + laine de bois 40mm (3,25kg/m²)
>> 1x Fermacell* 12.5mm (11,5kg/m²)
> 1x Fermacell* 10mm (9,5kg/m²)

Ça donne approximativement 117mm pour 48,5kg/m² (je compte pas la peinture ^^). Sur une hauteur de 2,80m, ça va donner 135,8kg/mL

*J'ai pas d'action Fermacell mais la densité étant plus élevée, du Placo sera forcément moins lourd à épaisseur identique, donc en me basant sur du Fermacell j'aurais pas trop de surprise en charge.

Les cloisons étant "normalement" posées directement sur l'OSB 3 lui-même sur les poutres, je peux partir sur de l'OSB 3 en 22mm au minimum qui résiste à 3,6kN/m² sur 60cm d'entraxe. Ca donnerait pour le plancher (hors visserie et désolidarisation) :

> OSB 3 en 22mm (13kg/m²)
>> laine de bois mini 40mm (3,25kg/m²)
>>> OSB 3 en 10mm (6,2kg/m²)
>>>> Parquet massif 22mm (15kg/m²)

Approximativement 37,5kg/m²

Si je fais un mur chauffant du sol jusqu'à 1,80m de haut, sous réserve que ce soit envisageable en double peau désolidarisée, je vais encore alourdir mais je n'ai pas suffisamment de donnée pour le moment.

Je pourrais aussi "soulager" un peu le plancher en "fixant" du M36 directement dans les mur de refend et/ou plafond ?

Jusque là c'est cohérent pour dimensionner les poutres ?

[ilovir]

En poutrelles acier, ça vous ferait des solives IPE 160 ou 180. Pa évident de les encastrer dans les poutres bois. Ou plus petit si on admet que le bois existant participe, mais il faudra déterminer comment.

Je regarderai de plus près.

[myghalloween]

J'en étais arrivé a cette conclusion également, avec une alternative en HEB 140 en L/500 qui prend 1430daN... A encastrer dans le bois ça commence à être très chaud, donc je commençais à me faire à l'idée qui faudrait plutôt faire un parement du fer pour imiter une poutre...

Ensuite pour les charges globales du plancher, je pense que je me suis planté, ça me parait énorme :
Nous allons avoir une charge globale de 33,55m²x (37,5kg + 150kg d'exploitation) = 6290kg auxquels j'ajoute la cloison du couloir de 747kg (5,5ml x 135,8kg) et la cloison de la SDB de 652kg (4,80ml x 135,8kg).

On arrive à 7689kg, dont 747kg parallèlement aux poutres...
On applique vraiment 150daN/m² ou bien ça inclus des charges permanentes ? Ça va quand même être rare de se retrouver à 50 dans une chambre

[ilovir]

Le 150 daN/m² c'est uniquement l'exploitation. Ou 200 daN ponctuel n'importe où. C'est vrai que la plupart du temps, ces charges n'y sont pas.
Cependant :
- cela peut arriver voire dépasser sur une partie du plancher ; si la chambre devient un débarras, selon ce qu'on stocke, ça peut charger.
- le dimensionnement est un tout : notamment pour le confort (déformation et vibration), le critère de flèche active à L/500 est ce qui guide, avec ces charges donc
- et il faut respecter la résistance en regard de la rupture. Mais cela est généralement obtenu d'office si on est bien limité en déformation.

La charge due aux cloisons que vous indiquez passe dans le forfait de 50 daN/m², donc en plus de l'exploitation.

Si vous faites une salle d'eau, il est importe de limiter les déformations qui se répercutent dans les cloisons avec faïences, les joints entre parois et sanitaire. Car il faut conserver l'étanchéité, parce que les panneaux bois n'aiment pas l'humidité, surtout confinée.

Je ne sais pas ce que vous avez comme hauteurs sous plafond, mais vous pouvez mettre des poutrelles acier comme solives, décalées en hauteur au-dessus des poutres que vous conservez. L'acier serait caché par le plafond, et les retombées bois restent visibles à travers le plafond. Mais elles montreraient leurs déformation acquises.