Les charpentes en bois ont grandement évolué au fil des années. Il y a plusieurs distinctions à faire entre les vieilles charpentes dites traditionnelles et les charpentes modernes. Elles doivent être bâties en fonction des règles de l’art en vigueur au moment de la construction et selon les exigences de la partie 9 du Code national du bâtiment du Canada (CNB). Plusieurs facteurs peuvent entrer en jeu et causer des dommages aux charpentes en bois, ce qui peut entraîner l’affaissement ou l’effondrement d’une structure.
Les charpentes en bois traditionnelles
Ces charpentes sont généralement faites de pièces de bois brut assemblées de diverses façons. Celles des murs extérieurs peuvent notamment être composées de madriers empilés les uns sur les autres (communément appelés « pièce sur pièce ») ou encore de gros bois d’œuvre. Les planchers quant à eux sont typiquement constitués de madriers de bois brut, alors que les toitures, fabriquées et installées à pied d’œuvre (sur place), peuvent avoir été construites de diverses façons. Les charpentes dites traditionnelles sont les plus souvent observées et sont constituées de chevrons, appuyés sur des poteaux, et formant la pente du toit (figure 1). Ces poteaux sont quant à eux appuyés sur des solives de plafond qui sont généralement horizontales.
Les charpentes en bois modernes
Dans la plupart des cas, les charpentes en bois modernes se caractérisent par des ossatures légères, car elles sont constituées de bois de sciage plus mince que les traditionnelles. Les murs sont composés de montants de bois sur lesquels sont fixés des panneaux intermédiaires constitués de copeaux orientés (ou « OSB ») ou encore de contreplaqué. Les planchers sont habituellement formés de solives ou de poutrelles préfabriquées en bois. Les charpentes de toit sont généralement des fermes de toit préfabriquées, constituées à l’aide de connecteurs métalliques (plaques métalliques minces).
Des dommages peuvent survenir lorsque les règles de l’art, incluant les codes et les normes en vigueur, n’ont pas été respectées. Parfois, le problème peut également venir d’un manque d’entretien d'un bâtiment et de sa structure.
Quelques exemples de dommages aux charpentes en bois et leurs causes probables
1. La détérioration (graduelle) du bois de charpente
Le bois est un matériau organique. Il est donc sensible aux attaques de bactéries, de champignons et d’insectes. Les bactéries qui attaquent le bois sécrètent des enzymes qui liquéfient et diminuent les propriétés mécaniques du bois à long terme. Quant à la présence de moisissures (ou de champignons), elle est généralement indicatrice d’une teneur en eau excessive du bois. Ainsi, un taux d’humidité élevé prolongé ou des infiltrations d’eau fréquentes provoqueront la prolifération de moisissures et éventuellement la détérioration du bois (pourriture). La présence d’humidité dans le bois est donc un facteur qui peut rendre le bois favorable aux attaques d’insectes tels que les termites ou les fourmis charpentières. Un dégagement trop faible (de moins de 20 cm ou 8 po) entre le bois et le sol peut aussi engendrer une dégradation prématurée de la charpente.
2. L’affaissement aux appuis
Il n’est pas rare d’observer des dénivelés dans les planchers, surtout dans les vieilles maisons. Ces dénivelés sont souvent liés à une différence de niveau entre les appuis aux extrémités des solives de plancher. Ainsi, cette différence de niveau peut avoir différentes causes. Par exemple, on peut penser au phénomène de retrait du bois (rétrécissement du bois). Lorsque les murs d’appui du plancher subissent le même affaissement dû au retrait du bois, il n’y aura généralement pas de problèmes notables observés. Cependant, un problème peut survenir lorsque l’une des extrémités d’une solive est appuyée sur une charpente en bois, alors que l’autre est appuyée sur une structure, telle que le béton ou l’acier, qui subit peu de variations volumiques. Par exemple, une galerie supportée par des colonnes en acier pourrait se retrouver avec une pente négative d’écoulement si le retrait du bois (du mur qui la supporte) n’a pas été considéré. La différence de niveau peut aussi être liée à l’écrasement du bois à l’endroit d’un appui ou encore à l’affaissement inégal des fondations. La résistance à la compression perpendiculaire au fil (écrasement) du bois est relativement faible, surtout pour le bois de sciage standard. Il faut donc éviter de surcharger les appuis des colonnes et des murs.
3. L’écartement des murs à leurs jonctions avec la charpente de toit
Ce type de mouvement se produit généralement dans les charpentes de toit assemblées à pied d’œuvre et peut causer la fissuration du gypse (plaque de plâtre) ou même l’effondrement de la structure dans le pire des cas. L’écartement se produit lorsque les chevrons de toit en pente ne sont pas suffisamment retenus latéralement (figure 4).
Plusieurs éléments doivent normalement empêcher cet écartement excessif. Il faut notamment s’assurer que les solives de plafond soient bien connectées avec le bas des chevrons. De plus, dans le cas d’un plafond cathédrale, il est possible d’utiliser des éléments permettant de solidifier le haut des murs, soit l’ajout d’entraits (c’est-à-dire des pièces de bois horizontales entre les chevrons) ou d’une poutre faîtière suffisamment rigide et bien appuyée à ses extrémités (voir la figure 5).
Il est également possible de renforcir (rigidifié latéralement) les sommets des murs en prévoyant l’ajout d’une poutre suffisamment rigide (forte) dans le haut du mur.
4. Effondrement des fermes de toit préfabriquées
Différents mécanismes peuvent provoquer l’effondrement d’une toiture constituée de fermes de toit préfabriquées. Voici brièvement les trois principaux mécanismes d’effondrement qu’il est possible d’observer et les causes qui peuvent expliquer ces derniers.
La rupture de plusieurs connexions des fermes de toit
- Environnement humide
- Corrosion des connecteurs métalliques
- Détérioration du bois
- Mauvaise conception (figure 6)
Le flambement des membrures en compression
Les liens continus sont manquants ou mal installés. Ce lien est une membrure (morceau de bois) fixée perpendiculairement à une membrure (élément de bois des fermes de bois) en compression afin d’empêcher le flambement (déformation sous charge) de cette dernière.
Le basculement latéral des fermes de toit
Un contreventement est un élément structural empêchant la déformation latérale d’une charpente. Il y a plusieurs types de contreventements dans les charpentes en bois. Une des causes d’un basculement est l’absence d’un contreventement ou sa mauvaise installation.
Source de la figure 2 :
- https://cecobois.com/wp-content/uploads/2020/04/CECO-1131_Guide_Ferme_Toit_WEB.pdf