Les poutres sont des éléments structurels horizontaux qui travaillent globalement en flexion : la moitié supérieure de la poutre est soumise à la compression, tandis que la moitié inférieure travaille en traction. Elles servent à franchir des portées entre des éléments structurels verticaux et peuvent être fabriquées à partir de divers matériaux, comme le bois ou l'acier. Lorsqu'une poutre est soumise à des contraintes, elle subit de la flexion, contrairement aux poteaux qui subissent du flambage.
Il existe d'innombrables exemples de poutres à travers l'histoire de l'architecture. L'examen de projets intégrant des poutres constitue une excellente façon de comprendre les propriétés structurelles de ces éléments ainsi que les méthodes de construction utilisées pour leurs assemblages.
La Poutre Originale : Stonehenge
Un précédent historique qui illustre l'interprétation originale de la poutre est Stonehenge, situé en Angleterre. Ce monument est l'une des démonstrations les plus élémentaires d'un système structurel : les charges appliquées et supportées par les pierres y sont parfaitement visibles. Une série de poteaux verticaux porte des pierres horizontales servant de poutres entre eux.
L'essentiel ici est d'examiner les capacités de portée du matériau et de comprendre ses propriétés. La pierre est un matériau fragile qui ne supporte pas bien les grandes portées, c'est pourquoi les poteaux ne sont pas très espacés. En observant cela, on peut tirer des conclusions sur les propriétés fondamentales de ces poutres primitives. Bien que massives, ces poutres restent sujettes à la flexion sous leur propre poids. De plus, la fixation de systèmes structurels secondaires ou tertiaires à la pierre s'avère laborieuse, et les assemblages seraient particulièrement fastidieux à réaliser.
La Construction Légère en Bois
Les bâtiments résidentiels et commerciaux de petite à moyenne taille sont généralement structurés avec une ossature légère en bois. Ce type de charpente est le plus répandu en raison de la facilité d'érection et de la maniabilité des éléments structurels. L'idée est simple : un seul ouvrier peut transporter seul une pièce de bois de 5 x 10 cm et de 2,4 mètres de long, contrairement à un grand élément d'acier.
Les poutres utilisées dans la construction légère en bois ont généralement une hauteur de 20 à 40 cm selon la portée à franchir. Les poutres secondaires, appelées solives, sont fixées perpendiculairement aux poutres principales et sont proportionnellement beaucoup plus petites. Les solives sont suspendues aux poutres à l'aide de sabots métalliques : des plaques d'acier fixées aux poutres principales, munies d'encoches pour recevoir les solives.
La portée maximale d'une poutre en bois structurel se situe entre 24 et 30 mètres. Ces poutres sont généralement fabriquées en bois lamellé (LVL – Laminated Veneer Lumber). Les poutres LVL sont composées de nombreux petits morceaux de bois collés ensemble pour former un élément uniforme, beaucoup plus résistant et capable de franchir des portées plus grandes qu'une seule pièce de bois massif.
La Charpente Métallique
L'acier est généralement utilisé pour structurer les grands bâtiments industriels qui nécessitent des éléments structurels plus lourds, capables de franchir de grandes portées ou de supporter des charges accrues. L'acier est très économique, car il peut être facilement produit en série.
Les poutres en acier existent en différentes formes, mais le profilé le plus couramment utilisé est la poutre standard à larges ailes (wide flange), en raison de son excellent rendement structurel. Ce profilé est connu du grand public sous le nom de poutre en « I », car sa forme évoque un « I » majuscule extrudé. Ces poutres à larges ailes existent en différentes tailles, avec des hauteurs allant d'environ 30 cm à 90 cm.
À l'origine, les poutres en acier étaient assemblées aux poteaux verticaux à l'aide de rivets, mais dans les années 1930, les boulons sont devenus plus courants. Dans la plupart des cas, les poutres doivent également être soudées aux poteaux pour garantir la rigidité de l'ensemble.
Les Systèmes de Poutres Hybrides
Parfois, se pose le défi de conserver une certaine esthétique tout en atteignant les exigences structurelles du projet. Dans ces cas, les ingénieurs et les architectes se tournent souvent vers des éléments structurels composites. Un exemple emblématique est la conception avec platine métallique (flitch plate).
Les poutres avec platine métallique sont un assemblage composite associant une plaque d'acier insérée entre des pièces de bois. L'idée est que l'esthétique de pièces de bois fines peut être préservée si une plaque d'acier est intégrée à la poutre pour assurer le soutien structurel. Ces poutres uniques semblent entièrement en bois, alors que leurs assemblages sont entièrement en acier.
En plus d'une portée accrue, le concepteur dispose d'une plus grande flexibilité quant à l'apparence des éléments. Il peut choisir d'exposer les assemblages, de masquer la plaque métallique ou de rendre les éléments aussi homogènes que possible. Grâce aux nouvelles technologies composites comme les poutres avec platine métallique, le concepteur bénéficie aujourd'hui d'une liberté esthétique et structurelle considérablement élargie.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007000278.html