Pour concevoir valablement la structure porteuse d’une tour en bois, il importe d’observer certains points spécifiques, qui confèrent un rôle clé à l’ingénierie civile moderne appliquée à ce matériau.
Un système porteur économique pour une tour en bois présume la coopération entre le maître de l’ouvrage, l'architecte et l'ingénieur – de préférence dès le concours. Le projet de tour à concevoir, doit établir de concert les dimensions du bois ou des matériaux mixtes mis en œuvre. Des spécialistes en installations techniques, physique et économie de la construction doivent si possible aussi y être associés d’emblée. L’expérience montre que le projet détermine la faisabilité et l’économicité de l’ouvrage et que les paramètres ne peuvent être que marginalement influencés dans les phases de planification suivantes. Un projet réussi présuppose que le concept structural intègre certaines réflexions qui gagnent en importance par rapport aux typologies traditionnelles du bâti en bois.
Reprise des charges et dalles
Pour la reprise des charges verticales, il faut impérativement éviter tout décalage entre les éléments porteurs superposés. Indépendamment du matériau, le soutènement de porteurs décalés entre les étages implique des épaisseurs renforcées, soit des coûts augmentés. Si, pour une affectation distincte en rez-de-chaussée par exemple, des porteurs verticaux irréguliers sont souhaités, la réalisation en acier de l’étage concerné ou l’intégration de parois à hauteur d’étage ou de contreventements, afin de dévier les charges, est souvent indiquée.
L’étude de variantes, les matrices comparatives des auteurs, ainsi que des projets achevés montrent que des solutions purement en bois ont moins d’importance pour les dalles. Cela tient aux normes incendie en vigueur qui, pour des concepts standards avec installation d’extinction, autorisent des porteurs bois linéaires dans les tours. Par contre, des éléments plans entièrement en bois ou intégrés dans un bâti sans installation d’extinction doivent être encapsulés de revêtements qui rendent l’option peu économique. C’est pourquoi les dalles sont le plus souvent des systèmes mixtes bois-béton avec des nervures linéaires ou des éléments en bois plans.
Dans ce dernier cas, la sécurité structurale en cas d'incendie ne peut être vérifiée qu’en incluant la chape. Ces systèmes de dalles répondent aux exigences de protection incendie et d’insonorisation même pour de faibles épaisseurs, tout
en se distinguant par leur haut degré de pré-usinage, leur rapidité de montage et l’étanchéité qu’offre la chape durant le chantier.
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Poteaux et trame d’appuis
Il est intéressant de coordonner la trame d’appuis et le transport des éléments de dalle, pour des largeurs allant jusqu’à 3.5 m et des longueurs jusqu’à 8 m ou plus. Cela permet d’intégrer la sous-poutraison à l’élément de dalle ou de développer celui-ci comme système porteur biaxial. Des poteaux en épicéa, sapin, hêtre, frêne ou chêne offrent une grande liberté conceptuelle. Les conifères tels l’épicéa et le sapin ou un solide feuillu comme le hêtre occuperont le marché pour des raisons de coût, tandis que les politiques climatiques favorisent les technologies de fabrication en bois de feuillus. Mais leurs atouts sont aussi de nature technique, conceptuelle et fonctionnelle.
Outre le dimensionnement coordonné des porteurs, on peut également moduler les qualités de bois selon l’élévation. Pour minimiser la variation de taille des poteaux en fonction de la hauteur de l’ouvrage et de la trame d’appuis, on privilégie le plus souvent des éléments de haute résistance dans les étages inférieurs. L’ingénieur en structures bois dispose d’un très vaste choix de produits. Outre leur résistance, le comportement des poteaux au tassement doit être observé – en particulier le tassement différentiel entre éléments porteurs en bois ou en béton.
Robustesse et pratiques actuelles
Pour les tours, le défi est de vérifier la robustesse1 du système porteur et de concevoir des contre-mesures préventives. Le défaut d’un élément porteur, à la suite d’une explosion par exemple, ne doit pas entraîner la ruine de la structure. Les normes européennes sur le dimensionnement d’ouvrages en béton armé prévoient ainsi des tirants d’ancrage internes, externes et verticaux. Les approches définies dans l'Eurocode peuvent être transposées à la construction en bois.
Les recherches et les acquis dans la construction par étages, avec des systèmes bois éprouvés et étayés, sont une bonne base pour l’édification de tours en bois. D’autres expériences sur le matériau et l’implication de spécialistes versés dans le bâti en hauteur sont souhaitables. C’est la clé du succès pour la réalisation de tours en bois ou hybrides et, dans cette optique, le décalage ordinaire entre architecture, projet, puis consultation de l’ingénieur et du fabricant n’est plus de mise. Pour construire en bois et notamment réaliser des ouvrages élevés, la coopération au préalable entre architectes et ingénieurs est aujourd’hui la norme.
Note
1. Normes SIA sur les structures porteuses : La robustesse d’un ouvrage désigne son aptitude à résister à un événement sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d’origine.
Le projet «Ville en bois» réalisé pour le compte de l’Office fédéral de l’environnement OFEV inclut nos hors-séries ainsi que les manifestations de WüestPartner et des visites de bâtiments emblématiques organisées en Suisse et à l’étranger par Lignum, industrie suisse du bois.
Dans ce cahier, nous décortiquons à nouveau des questions fondamentales liées au bois, dans des articles qui seront publiés avec d’autres contributions régulières sur notre dossier numérique.Dans la première série, nous avons abordé les rapports entre la construction en bois et l’environnement (Ville en bois I – «Nouvelles voies») et la refonte des normes incendie et de sécurité (Ville en bois II – «La mise en œuvre du bois est devenue plus simple»). La deuxième série explore des «Mégatendances» (Ville en bois III – «Mégatendances comme moteurs») et des questions commerciales en lien avec de grands lotissements (Ville en bois IV – « Développements et nouveaux bâtiments »), ainsi qu’en matière de rationalisation (Ville en bois V – «Modules, éléments, participation, BIM et objets provisoires»).
