Arche pour charpente atypique en éléments bois rapportés

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luneart Picto info

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Le 21/03/2022 à 21h33 Env. 10 message Paris

Bonjour,
Je sollicite vos conseils avisés pour un projet de construction que j'ai, et plus spécifiquement sur les arches composant la "charpente".

Quelques éléments de contexte: je veux faire une maison semi-troglodyte, conception et réalisation. Je suis équivalent ingénieur structures, mais en mécanique, pas en BTP (cad matériaux souvent isotropiques, et pas d'idée des coeffs de sécurité & co du batiment).

L'idée de cette maison, c'est qu'elle est enterrée sous 3m de terre (+isolant et drain), comme présenté dans ce schéma de section:

(Premier point, j'envisage ca en dordogne, j'ai consulté les cartes de sols de géoportail: c'est plein, mais alors plein d'eau, donc toute la base (la partie totalement enterrée + dalle rdc) sera un gros bloc de béton armé 3D réalisé par radiers et murs BA pleins sur radiers successifs... et je vais probablement réaliser une baissière en amont aussi. Ca va déjà me couter un bras et demi (j'ai quasiment fini ce budget là, arg), un vrai radeau ^^' )

La partie semi-émergée serait réalisée par des 10 arches en bois, recouverte d'OSBs, puis ~3m mini de terre puis autre matériaux fonctionnels. Orienté sud bien sur, ca agit comme piège à chaleur, et les 3m de terre sont là pour stocker la chaleur pendant les 6 mois d'été et la rendre pendant les 6 mois d'hiver.

Point d'intérêt n°1: j'ai considéré que cette importante couche de matériaux rend le dimensionnement aux charges temporaires (vent, neige,...) sans objet. Je n'ai donc dimensionné ces arches "que" au poids des matériaux sur ce demi-dome, soit 1000 tonnes (le calcul surface x 3m x 25kN/m3 (poids volumique de la terre) dit 975t, arrondi sup). Des avis sur cette hypothèse ?
Question n°1: quels facteurs de sécurité appliquer ?

Comme l'esthétique se marie souvent avec le résilient, j'ai commencé par imaginer des arches en quart d'ellipses en lamellé-collé. Pour info, on est sur du 8m de demi-grand axe = 1/2 facade et 4m de demi petit-axe = hauteur rdc. Solution non-retenue, mais la constitution de la charpente garde le principe, que voici donc :

Le demi dome est réalisé via le positionnement angulaire des 10 arches autour d'un pilier béton, elles-memes reposant sur le radier rdc d'une part, et sur une plaque acier de répartition/assemblage d'autre part. Cette plaque repose sur un gros pilier de béton armé.

Bon... j'ai obtenu un devis à 30000€ pour les 10 arches en lamellé-collé. autant dire que j'ai cherché une solution alternative, et j'ai convergé vers ces arches en éléments bois assemblés (arche seulement) :

Le bas de l'arche est une pile béton armé, ensuite, 3 segments, qui seraient réalisés par empilements collés de planches (parce que je n'ai pas trouvé les sections requises dans les poutres charpente disponibles commercialement).
Ces arches et les éléments constituants seraient pris en sandwichs par de gros boulons (genre M30) avec de grosses rondelles pour répartir la charge.

Point d'intéret n°2: en théorie ca marche... à la rigueur les voiles seraient remplacés par des plaques métal pour que la toute la surface soit sous pression et donc adhérence. Après tout, ce sont des couches collées, une sorte de BLC maison (kof, kof). Des avis?

Question n°2: est-ce que des personnes ont de l'expérience avec une telle sorte de poutre en planches sandwichées, et pourrait me dire ce à quoi je ne m'attends pas? genre flambages et "délaminages", ou tout autre truc du monde réel qui n'est pas modelisé (ou que je n'ai pas modelisé).

Question n°3: j'ai du mal à trouver des fournisseurs pour les OSB3 / planches de largeur >0,5m en longueur 5m... auriez-vous des pistes?

Tout élément de réponse à mes trois questions, et/ou réflexion à mes 'points d'intérêt', et/ou tout ce que vous voyez que j'aurais oublié serait grandement apprécié !

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Pengo archi Picto info

Le 22/03/2022 à 11h04 Membre super utile Env. 1000 message Indre Et Loire

Bonjour,

Je risque d'être un peu trop direct et honnête... désolé, mais je n'ai pas trouvé de point qui fonctionne dans l'ensemble de votre réflexion.
L'approche du projet n'est pas bonne, je vous conseille d'être accompagné par un maître d'oeuvre pour votre projet (dont le principe par contre est super sympa. De nombreuses références peuvent être trouvées d'ailleurs)

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luneart Picto info

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Le 22/03/2022 à 12h27 Env. 10 message Paris

Pengo archi a écrit:Bonjour,

Je risque d'être un peu trop direct et honnête... désolé, mais je n'ai pas trouvé de point qui fonctionne dans l'ensemble de votre réflexion.
L'approche du projet n'est pas bonne, je vous conseille d'être accompagné par un maître d'oeuvre pour votre projet (dont le principe par contre est super sympa. De nombreuses références peuvent être trouvées d'ailleurs)

votre réflexion = la charpente en arches bois? ou l'arche en éléments rapportés? les deux?
en fait je crois que je ne comprends pas votre message.
le dimensionnement de ces arches est fait, et en simulation EF, fonctionne, avec une certaine marge. La réalité est toutefois très différente des modèles, d'où ce post. Est-ce que vous pourriez me détailler ce qui ne fonctionne pas?

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Pengo archi Picto info

Le 22/03/2022 à 13h42 Membre super utile Env. 1000 message Indre Et Loire

En fait, l'approche de l'intégration du bâti en milieu humide par un bloc béton, je le sens pas (après j'ai pas le développé, mais l'approche me laisse circonspect)
Le phénomène d'inertie du sol raisonné par période de 6 mois également
Ensuite, pour s'intéresser à la structure, le demi-dôme peut subir un déversement, la charge du sol n'étant pas que verticale, une poussée latérale est à prendre en compte,
La finition par OSB avant remise en terre... il y aura un complexe à imaginer qui soit plus poussé
Le modèle de demi-portique reconstitué forme un ensemble articulé, il va y avoir un problème au niveau des liaisons, de plus il peut en effet y avoir un flambement qui peut accentuer les dégradations au niveau de ces liaisons
L'arase horizontale des piles béton en pied de portique... selon les cas elle aura sûrement besoin d'être inclinée... tout dépend de la manière dont la terre sera remise en place. De plus, le calcul pour les charges doit prendre aussi compte d'une terre imprégnée d'eau : plus lourd, et calcul dynamique à prévoir, et non statique
Il y a la contrainte du bois, matériau hétérogène, avec les gerces, fissures, essences, noeuds...
Dans le bâtiment, on applique justement un coefficient de sécurité : x2 en fin de calcul ingénieur, x2 pour le contrôle technique grosso modo. Donc oui, on a x4 en terme de contraintes dans l'absolu théoriquement.

Enfin, les autres points qui me chiffonnent sont de la conception générale... vu le montant investi, l'ampleur du chantier et le volume à réaliser, et bien je commencerai par réfléchir à ce qui se passe dans ma maison avant d'en faire le plan de charpente, et non l'inverse : ma maison est faite en fonction de moi, et non l'inverse

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Le 22/03/2022 à 21h03 Env. 10 message Paris

Ok, je comprends mieux!
Je vais vous répondre point par point, mais dans l'idée, c'est que je n'ai rien inventé: les points techniques mis en doute sont le fruits de lectures étendues.

Pengo archi a écrit:En fait, l'approche de l'intégration du bâti en milieu humide par un bloc béton, je le sens pas (après j'ai pas le développé, mais l'approche me laisse circonspect)

C'est, apparemment, classique en terrain trop plein d'eau, et je soupçonne que l’appellation "radier" vient de là. En gros, le terrain va bouger, à cause de cette saturation régulière en eau, alors les techniques classiques de dalles "posées" sur le sol ne sont pas acceptables: donc, radier. (et vérification de la contrainte ultime de rupture du sol, et du poids de la construction qui doit etre suffisamment importante pour pas que ca se mette à "flotter". Non, je n'invente rien ^^')
La différence dans mon projet est que j'ai l'intention de lier les radiers via les murs BA, et les chainages horizontaux et verticaux lient l'ensemble.

Pengo archi a écrit:Le phénomène d'inertie du sol raisonné par période de 6 mois également

j'invente toujours rien, j'ai lu des choses comme ca: https://www.fiabitat.com/construire-une-maison-bioclimatique[...]e-completement-passive/ (société que j'ai bien l'intention de contacter pour validation/modification si besoin des plans (et pour les calculs/attestation de la RT2020, snif)).

Pengo archi a écrit:Ensuite, pour s'intéresser à la structure, le demi-dôme peut subir un déversement, la charge du sol n'étant pas que verticale, une poussée latérale est à prendre en compte,

Tout à fait, notamment avec ce qui est dit au-dessus vis-à-vis du sol (un enfer, ce sol). et c'est pour ca que c'est inclus dans ma simulation (mais les hypothèses d'effort latéraux sont plus fumeuses. Heureusement que c'est dans mon intention de passer par la boite citée ci-dessus, voir un BET géotechnique ou structure, selon les recommandations de fiabitat).

Pengo archi a écrit:La finition par OSB avant remise en terre... il y aura un complexe à imaginer qui soit plus poussé

j'ai l'intention d'étanchéifier le dome ainsi constitué, je cherche encore car je veux éviter les enduits bitumeux. Est-ce ce que vous entendiez par "complexe"? (et non, je n'ai pas mis toutes mes réflexions et recherche dans ce petit post qui avait trait aux poutres assemblées.)

Pengo archi a écrit:Le modèle de demi-portique reconstitué forme un ensemble articulé, il va y avoir un problème au niveau des liaisons, de plus il peut en effet y avoir un flambement qui peut accentuer les dégradations au niveau de ces liaisons

pouvez-vous m'expliquer un peu plus en détail ces points?
je n'ai surement pas été assez clair, l'idée c'est quasiment de faire du lamellé-collé maison. Sous pression permanente de tirants traversants ces poutres.

Pengo archi a écrit:L'arase horizontale des piles béton en pied de portique... selon les cas elle aura sûrement besoin d'être inclinée...

je vais y réfléchir. Là sur le coup, je pense qu'une inclinaison qui ferait un compromis entre les efforts verticaux et horizontaux permettrait d'assurer que les tirants ne soient jamais sollicités en cisaillement.

Pengo archi a écrit:tout dépend de la manière dont la terre sera remise en place.

à la mano, en gros, dans le plan imaginé actuellement: monter doucement en hauteur en remblayant, à coup de transvasement de brouettes entre remorques pleines et le dome. Ca va etre long et particulièrement peu palpitant, certes, mais s'il y a une chose que je peux m'offrir, c'est le temps (j'ai prévu d'habiter un mobil-home pour quelques années pendant le chantier).

Pengo archi a écrit:De plus, le calcul pour les charges doit prendre aussi compte d'une terre imprégnée d'eau : plus lourd, et calcul dynamique à prévoir, et non statique

Alors le but c'est de drainer ce monticule: par constitution d'une couche drain sur l'ensemble du dome et un peu plus, juste en dessous d'un (géotextile et un) remblai végétal pour l'apparence, vu que toute eau dans ce volume viendra voler la chaleur emmagasinée. Donc je ne l'ai pas comptée, je misais sur les facteurs de sécurité pour palier aux aléas. Devrais-je revoir cette hypothèse?

Pengo archi a écrit:Il y a la contrainte du bois, matériau hétérogène, avec les gerces, fissures, essences, noeuds...

j'étais sous l'impression que les valeurs (C30, etc) données par les fournisseurs incluaient ces aléas. Ce n'est pas le cas?

Pengo archi a écrit:Dans le bâtiment, on applique justement un coefficient de sécurité : x2 en fin de calcul ingénieur, x2 pour le contrôle technique grosso modo. Donc oui, on a x4 en terme de contraintes dans l'absolu théoriquement.

un facteur de 4 quand on est à ces valeurs d'efforts me parait vraiment beaucoup. En tout cas si on considère qu'il n'y a pas d'effets dynamiques, ou qu'ils ont été pris en compte. Vu que je ne l'ai pas fait comme vous l'avez noté, je vais tacher de redimensionner en x4... arg

Pengo archi a écrit:Enfin, les autres points qui me chiffonnent sont de la conception générale... vu le montant investi, l'ampleur du chantier et le volume à réaliser, et bien je commencerai par réfléchir à ce qui se passe dans ma maison avant d'en faire le plan de charpente, et non l'inverse : ma maison est faite en fonction de moi, et non l'inverse

Euh, je n'ai pas saisi. Ce qui se passe dans la maison, cad l'archi intérieure? parce que je l'ai faite, ainsi que la ventilation (réseaux d'eau et d'électricité en cours).
J'ai juste voulu isoler un point d'interrogation que j'avais pour obtenir des infos&avis, donc je n'ai pas tout mis. Mais j'apprécie tout retour, d'autant plus si c'est sur des points que je n'avais pas en tete. Alors, merci pour ces (premiers) doutes, déjà