Lernzettel: Introduction aux systèmes constructifs

📋 Plan du Cours

1. Vision systémique du bâtiment
2. Sous-ensembles constructifs et fonctions
3. Infrastructure, superstructure et enveloppe
4. Infrastructure : rôle et interface sol-ouvrage
5. Étude géotechnique et types de sols
6. Fondations superficielles et risques
7. Poussée des terres et étanchéité des infrastructures
8. Drainage, pathologies et interaction superstructure
9. Superstructure : éléments porteurs et descente des charges
10. Systèmes structurels murs porteurs poteaux poutres
11. Charges permanentes et charges d’exploitation
12. Charpente : rôle, stabilité et transmission des charges

📖 1. Vision systémique du bâtiment

🔑 Notions clés & Définitions

• Vision systémique : Vision où le bâtiment est étudié comme un ensemble de systèmes interconnectés plutôt que comme une suite d’étapes.
• Assemblage de sous-ensembles : Découpage du bâtiment en parties distinctes qui remplissent chacune une fonction précise dans l’édifice.
• Sous-ensemble constructif : Groupe d’éléments assurant une fonction précise dans l’édifice, comme porter, protéger, isoler ou distribuer.
• Infrastructure : Sous-ensemble du bâtiment situé en partie basse, lié à la transmission des charges vers le sol.
• Superstructure : Sous-ensemble du bâtiment situé au-dessus de l’infrastructure, participant à la reprise et à la redistribution des charges.

📝 Points essentiels

• On passe d’une lecture chronologique du chantier à une lecture en systèmes pour comprendre comment le bâtiment fonctionne.
• Un bâtiment n’est pas un bloc homogène : il regroupe des systèmes techniques interconnectés, chacun avec une fonction.
• Un sous-ensemble constructif regroupe des éléments qui assurent une fonction précise dans l’édifice.
• Les fonctions citées pour les sous-ensembles incluent porter, protéger, isoler, distribuer et séparer.
• Un bâtiment peut être décomposé en infrastructure, superstructure, enveloppe et partition intérieure.
• La fonction d’infrastructure est de transmettre les charges au sol.

💡 Astuce mémo

Systèmes = Fonctions : Porter/Protéger/Isoler/Distribuer/Séparer (PPID S).

📖 2. Sous-ensembles constructifs et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Infrastructure : Ensemble constructif situé sous le bâtiment, chargé de transmettre les charges au sol et d’assurer portance et stabilité.
• Superstructure : Ensemble porteur au-dessus du sol, chargé de protéger et de réguler le bâtiment tout en supportant les éléments supérieurs.
• Enveloppe : Ensemble de fermeture et de protection, assurant la protection contre l’extérieur et les performances d’isolation et d’échanges.
• Partition intérieure : Ensemble des éléments de distribution, qui organise les usages, les parcours, l’intimité et la circulation à l’intérieur.
• Descente de charges : Principe de transfert des efforts depuis les éléments supérieurs vers les fondations, jusqu’au sol.

📝 Points essentiels

• Un bâtiment se décompose en infrastructure, superstructure, enveloppe et partition intérieure.
• L’infrastructure transmet les charges au sol et comprend semelles isolées, semelles filantes, radier, murs de soutènement et ouvrages enterrés.
• Sans infrastructure adaptée, le bâtiment peut devenir instable.
• La superstructure assure la stabilité et la portance via poteaux, poutres, voiles et planchers, constituant le squelette du bâtiment.
• La superstructure protège et régule grâce à façades, toiture, étanchéité et menuiseries extérieures.
• L’enveloppe protège contre pluie et vent, apporte isolation thermique et acoustique, et gère les échanges intérieur/extérieur.

💡 Astuce mémo

Infrastructure = Sol + Stabilité ; Superstructure = Squelette + Portage ; Enveloppe = Protection + Isolation ; Partition = Organisation des usages.

📖 3. Infrastructure, superstructure et enveloppe

🔑 Notions clés & Définitions

• Infrastructure : Ensemble des éléments situés sous le niveau du sol naturel qui assurent la transmission des charges, la stabilité, la protection contre l’humidité et l’ancrage contre les efforts horizontaux.
• Sol géotechnique : Milieu de terrain considéré comme variable, dont les caractéristiques conditionnent les fondations, la stabilité et le coût du projet.
• Capacité portante : Propriété du sol qui exprime sa capacité à supporter les charges transmises par l’ouvrage sans rupture.
• Tassements différentiels : Différence de déformation entre zones du sol sous un même bâtiment, pouvant provoquer des désordres.
• Pression hydrostatique : Effort dû à l’eau en pression dans le sol, à prendre en compte pour la stabilité et la protection des ouvrages enterrés.

📝 Points essentiels

• L’architecture est un système cohérent d’éléments interdépendants, pas une simple forme posée sur une structure.
• L’infrastructure sert d’interface entre bâtiment, terrain, eau (nappe phréatique, ruissellement) et réseaux enterrés.
• Le sol n’est pas homogène : il se traite comme un milieu géotechnique variable.
• Les choix de fondations dépendent des caractéristiques géotechniques du sol, qui influencent stabilité et coût.
• Les notions à maîtriser pour l’infrastructure incluent capacité portante, tassements admissibles, tassements différentiels, poussée des terres et pression hydrostatique.
• Comparaison des sols (repères) : rocheux = très résistant et peu déformable, graveleux = bonne portance et bon drainage, sableux = (caractéristiques à compléter dans le cours).

💡 Astuce mémo

Infrastructure = « sous-sol qui porte + protège + ancre » : charges, stabilité, humidité/eau, efforts horizontaux.

📖 4. Infrastructure : rôle et interface sol-ouvrage

🔑 Notions clés & Définitions

• Sol graveleux : Sol constitué de graviers et de sable, offrant une bonne portance et un bon drainage pour la construction.
• Sol sableux : Sol à bonne capacité portante et drainant, mais qui peut se tasser si le compactage est insuffisant.
• Sol limoneux : Sol sensible à l’eau, de portance moyenne, pouvant devenir instable lorsqu’il est humide.
• Sol argileux : Sol gonflant avec l’humidité puis se rétractant en période sèche, avec une faible portance pour le bâtiment.
• Sol organique : Sol très compressible et instable (tourbe, remblais non contrôlés) avec une mauvaise résistance à la construction.

📝 Points essentiels

• L’interface sol-ouvrage dépend fortement du type de sol, car elle conditionne portance, drainage et déformations.
• Sol graveleux : bonne portance, bon drainage et peu compressible, donc favorable aux fondations superficielles simples.
• Sol sableux : bonne capacité portante et drainage, mais tassement possible si le sol n’est pas bien compacté.
• Sol limoneux : sensible à l’eau, portance moyenne et instabilité possible en état humide, d’où étude géotechnique indispensable.
• Sol argileux : retrait-gonflement avec l’humidité, faible portance, nécessitant souvent des fondations profondes ou un traitement du sol.
• Sol organique : très compressible et instable, déconseillé pour la construction sans remplacement ou fondations spéciales.

💡 Astuce mémo

Portance + drainage + déformation : Graveleux (OK) ; Sableux (OK si compacté) ; Limon (eau = instable) ; Argile (humidité = gonfle/retrait) ; Organique (trop compressible).

📖 5. Étude géotechnique et types de sols

🔑 Notions clés & Définitions

• Semelles filantes : Fondations superficielles sous murs porteurs, conçues pour transmettre les charges au sol.
• Radier général : Dalle de fondation couvrant toute l’emprise du bâtiment, utilisée pour porter l’ensemble des charges sur une surface large.
• Fondations profondes : Fondations mises en œuvre quand le sol porteur est situé à grande profondeur.
• Pieux : Éléments de fondation profonde qui transmettent les charges au sol par pointe et/ou par frottement latéral.
• Voile en béton armé : Mur enterré en béton armé, système courant pour reprendre la poussée des terres et la pression hydrostatique.

📝 Points essentiels

• Les semelles filantes sont adaptées aux murs porteurs et relient la structure au sol porteur.
• Le radier général est choisi quand le sol est peu homogène, que les charges sont importantes et qu’il y a présence d’eau.
• Le radier général répartit les charges de façon plus homogène et limite les tassements différentiels.
• Le radier général présente un coût élevé et une consommation importante de béton.
• Les fondations profondes sont utilisées lorsque le sol porteur est profond.
• Les pieux peuvent être forés ou battus selon la technique de mise en place.

💡 Astuce mémo

Radier = grande surface pour sol “difficile” (peu homogène + charges + eau).

📖 6. Fondations superficielles et risques

🔑 Notions clés & Définitions

• Enduit bitumineux : Revêtement d’étanchéité appliqué sur des parois enterrées pour limiter les infiltrations d’eau.
• Membrane bitumineuse : Couche d’étanchéité en matériau bitumineux posée sur les murs enterrés pour empêcher la pénétration de l’eau.
• Cuvelage : Technique d’étanchéité appliquée sur les parois de structures enterrées pour bloquer infiltrations et pressions hydrostatiques.
• Drain périphérique : Dispositif de drainage placé en périphérie pour capter et évacuer les eaux d’infiltration vers un exutoire.
• Humidité ascensionnelle : Remontée d’eau par capillarité dans les parois, à l’origine de désordres d’humidité dans les bâtiments.

📝 Points essentiels

• Pour les murs enterrés, associer systématiquement étanchéité et drainage afin de limiter l’eau et la pression hydrostatique.
• Les systèmes courants d’étanchéité des murs enterrés sont l’enduit bitumineux et la membrane bitumineuse.
• Le cuvelage est utilisé en présence de nappe phréatique pour contrer les infiltrations et les pressions hydrostatiques.
• Le cuvelage peut être externe ou interne selon la position de la protection par rapport aux parois enterrées.
• Application typique du cuvelage : parkings souterrains et sous-sols profonds.
• Le drainage périphérique comprend un tuyau perforé, un géotextile et une pente vers un exutoire pour réduire la pression et évacuer les infiltrations.

💡 Astuce mémo

Étanchéité + drainage = anti-eau : le cuvelage gère la nappe, le drain évacue le reste.

📖 7. Poussée des terres et étanchéité des infrastructures

🔑 Notions clés & Définitions

• Descente des charges : Principe structurel selon lequel les charges se transmettent progressivement de la superstructure vers les fondations.
• Murs porteurs : Éléments verticaux qui supportent les charges des planchers et de la toiture tout en participant à la stabilité du bâtiment.
• Poteaux : Éléments verticaux qui concentrent les charges et permettent une structure plus ouverte.
• Poutres : Éléments horizontaux qui transmettent les charges des planchers vers les poteaux ou les murs.
• Planchers : Éléments horizontaux qui séparent les niveaux et assurent le support des charges ainsi que la rigidité du bâtiment.

📝 Points essentiels

• La superstructure fonctionne par transmission progressive des charges jusqu’aux fondations.
• Un mur porteur porte les charges des planchers et de la toiture, sépare les espaces et contribue à la stabilité.
• Matériaux courants des murs porteurs : maçonnerie (pierre, bloc béton), béton armé, terre (pisé, adobe) et bois.
• Avantages des murs porteurs : simplicité constructive et bonne inertie thermique.
• Inconvénients des murs porteurs : moins de liberté d’aménagement et ouvertures limitées.
• Les poteaux concentrent les charges et offrent une grande liberté d’aménagement avec possibilité de grandes ouvertures.

💡 Astuce mémo

Charges → fondations : superstructure = “descente” continue (du haut vers le bas).

📖 8. Drainage, pathologies et interaction superstructure

🔑 Notions clés & Définitions

• Plancher en béton armé : Type de plancher constitué d’une dalle et d’armatures, très utilisé car il offre une bonne résistance et une mise en œuvre courante.
• Plancher métallique : Plancher réalisé avec des éléments métalliques, employé notamment dans les bâtiments industriels et les structures mixtes.
• Structure en murs porteurs : Système où des murs continus reprennent les charges et servent d’appui aux planchers.
• Structure poteaux-poutres : Système porteur basé sur des poteaux verticaux et des poutres horizontales qui organisent la reprise des charges.
• Charges permanentes : Charges fixes dues aux éléments constitutifs du bâtiment, présentes pendant toute la durée de vie et dont la valeur varie très peu.

📝 Points essentiels

• Les planchers en béton armé sont aujourd’hui les plus courants et se déclinent en dalle pleine, poutrelles hourdis et dalle champignon.
• Les planchers métalliques sont utilisés dans les bâtiments industriels et dans les structures mixtes.
• La structure en murs porteurs repose sur des murs porteurs continus et des planchers appuyés sur ces murs.
• La structure poteaux-poutres combine des poteaux verticaux et des poutres horizontales, avec une grande flexibilité spatiale et des façades plus libres.
• La structure mixte associe murs porteurs, poteaux et poutres et est très fréquente dans l’architecture contemporaine.
• Les charges permanentes correspondent surtout au poids propre des matériaux et restent quasi constantes dans le temps pendant toute la vie du bâtiment.

💡 Astuce mémo

Murs porteurs = murs continus qui portent ; poteaux-poutres = poteaux + poutres pour libérer la façade.

📖 9. Superstructure : éléments porteurs et descente des charges

🔑 Notions clés & Définitions

• Charges permanentes : Charges permanentes : actions continues et prévisibles dues aux éléments structurels et aux couches de finition, prises comme base du calcul.
• Couches de finition : Couches de finition : revêtements et éléments de second œuvre (chapes, sols, plafonds suspendus, isolants) contribuant aux charges permanentes.
• Charges d’exploitation : Charges d’exploitation : charges variables liées à l’usage du bâtiment par les occupants, pouvant changer dans le temps, l’intensité et la localisation.
• Charges climatiques : Charges climatiques : actions environnementales dues aux phénomènes naturels, variables et parfois difficiles à prévoir.
• Descente des charges : Descente des charges : cheminement des efforts depuis les éléments portés (finitions, planchers, équipements) vers la structure porteuse.

📝 Points essentiels

• Les couches de finition comptent parmi les charges permanentes malgré leur apparence légère.
• Les couches de finition typiques incluent chapes, carrelage, parquet, revêtements de sol, plafonds suspendus et isolants.
• Dans certains cas, les couches de finition peuvent atteindre plusieurs dizaines de kg/m².
• Les charges permanentes sont continues, prévisibles et faciles à estimer, ce qui en fait la base du calcul structurel.
• Les charges d’exploitation dépendent de l’utilisation et varient dans le temps, en intensité et en localisation.
• Les personnes constituent une source majeure de charges d’exploitation, avec des effets différents selon logement, école, bureau ou salle de spectacle.

💡 Astuce mémo

Permanentes = Prévisibles et Continues (base du calcul) ; Exploitation = variable d’Usage ; Climatiques = imprévisibles du Climat.

📖 10. Systèmes structurels murs porteurs poteaux poutres

🔑 Notions clés & Définitions

• Charges climatiques : Charges dues aux phénomènes naturels liés au climat et à l’environnement, qui varient dans le temps et peuvent être imprévisibles.
• Charges environnementales : Charges climatiques considérées comme des actions extérieures liées au milieu, prises en compte en plus des charges permanentes et d’exploitation.
• Vent : Action climatique exercée par le déplacement de l’air, comptée parmi les principales charges climatiques à considérer.
• Charpente : Élément fondamental de la superstructure qui forme l’ossature de la toiture et transmet ses charges vers les éléments porteurs.
• Murs porteurs : Éléments porteurs qui reçoivent et transmettent les charges provenant de la toiture via la structure supérieure.

📝 Points essentiels

• Les bâtiments doivent résister aux charges climatiques en plus des charges permanentes et des charges d’exploitation.
• Les charges climatiques dépendent du climat, de la situation géographique, de la hauteur du bâtiment et de la forme architecturale.
• Contrairement aux charges permanentes, les charges climatiques ne sont pas constantes et peuvent changer selon les saisons ou la météo.
• Les principales charges climatiques sont le vent, la neige, la pluie, les variations de température et les séismes.
• Les variations de température provoquent une dilatation et une contraction des matériaux, ce qui influence les efforts dans la structure.
• La charpente supporte la couverture et transmet les charges de la toiture vers les éléments porteurs inférieurs (murs porteurs, poteaux ou poutres).

💡 Astuce mémo

Vent Neige Pluie Tempêtes Séismes = V N P T S (principales charges climatiques).

📖 11. Charges permanentes et charges d’exploitation

🔑 Notions clés & Définitions

• Charges permanentes : Charges permanentes : charges dues aux éléments structurels et aux ouvrages qui restent en place durablement.
• Charges d’exploitation : Charges d’exploitation : charges liées à l’usage du bâtiment, variables selon l’activité et les personnes présentes.
• Chemin de transmission des charges : Chemin de transmission des charges : suite d’éléments qui redistribuent les charges de la couverture jusqu’au sol.
• Portée : Portée : distance entre deux appuis structurels qui conditionne la conception de la charpente.
• Contreventement : Contreventement : dispositif qui limite les déformations et améliore la stabilité globale de la charpente.

📝 Points essentiels

• Les charges appliquées sur la toiture suivent généralement la chaîne Couverture → liteaux → chevrons → pannes → fermes → murs porteurs → fondations → sol.
• Chaque élément traversé par la chaîne participe à la redistribution des charges vers les appuis puis le sol.
• La portée correspond à la distance entre deux appuis structurels et dépend notamment du matériau, de la section et du système constructif.
• La stabilité globale exige des assemblages solides entre éléments et des contreventements pour empêcher les déformations.
• Une répartition équilibrée des charges et des dispositifs anti-instabilité sont nécessaires pour éviter déformations et perte de stabilité.

💡 Astuce mémo

Permanentes = Poids fixe ; Exploitation = Présence variable ; Transmission = Couverture→Sol.

📖 12. Charpente : rôle, stabilité et transmission des charges

🔑 Notions clés & Définitions

• Fermes en bois : Élément structurel principal des charpentes traditionnelles, chargé de reprendre les efforts et de porter la couverture.
• Assemblage tenon et mortaise : Assemblage traditionnel du bois où une pièce s’emboîte dans une autre pour assurer la liaison et la stabilité de la ferme.
• Assemblage à mi-bois : Assemblage traditionnel où deux pièces de bois sont entaillées à mi-épaisseur pour s’emboîter et limiter le jeu.
• Fermette industrielle : Structure légère préfabriquée en usine, composée de petites sections de bois assemblées pour former une charpente répétitive.
• Triangulation : Principe de stabilité des fermettes industrielles, où la géométrie triangulée répartit les efforts et rigidifie l’ensemble.

📝 Points essentiels

• La ferme constitue l’élément structurel principal de la charpente traditionnelle.
• Les assemblages traditionnels sont souvent réalisés par entaille et emboîtement, puis renforcés par des fixations.
• Parmi les assemblages courants figurent tenon et mortaise, assemblage à mi-bois, embrèvement, chevilles en bois ou boulons métalliques.
• La portée correspond à la distance entre deux appuis que la charpente peut franchir.
• Des portées courantes de 6 à 12 m sont indiquées pour les bâtiments traditionnels.
• Au-delà de 12 m, la structure devient plus complexe ou nécessite des sections de bois importantes.

💡 Astuce mémo

Fermes = Portée : 6–12 m en traditionnel ; au-delà, complexité ou grosses sections.

📊 Tableaux de synthèse

Décomposition d’un édifice en sous-ensembles et fonctions

Sous-ensemble	Fonction	Contenu (exemples)
Infrastructure	transmettre les charges au sol	semelles isolées, semelles filantes, radier, murs de soutènement, ouvrages enterrés
Superstructure	assurer la stabilité et la portance	poteaux, poutres, voiles, planchers
Enveloppe	protéger et réguler	façades, toiture, étanchéité, menuiseries extérieures
Partition intérieure	organiser l’espace	cloisons, circulations horizontales, circulations verticales (escaliers)

Types de sols : caractéristiques et conséquences

Type de sol	Caractéristiques	Conséquences/choix
Sol rocheux	très résistant, faible déformation, excellente portance	idéal pour construire avec fondations superficielles simples (semelles, radiers)
Sol graveleux	bonne portance, bon drainage, peu compressible	très favorable à la construction
Sol sableux	bonne capacité portante, drainant, peut se tasser s’il est mal compacté	nécessite un bon compactage ; fondations superficielles possibles si le sol est dense
Sol limoneux	sensible à l’eau, moyenne portance, peut devenir instable humide	sol délicat ; étude géotechnique indispensable
Sol argileux	gonfle avec l’humidité, se rétracte en période sèche, faible portance	problématique ; fondations profondes ou traitement du sol requis
Sol organique (tourbe, remblais non contrôlés)	très compressible, instable, mauvaise résistance	déconseillé ; remplacement ou fondations spéciales

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Croire que la structure “suffit” à faire un bâtiment habitable : sans isolation, menuiseries, étanchéité et cloisons, ce n’est pas habitable.
2. Confondre vision chronologique et vision systémique : la première suit les étapes, la seconde lit l’édifice comme des systèmes interdépendants.
3. Mélanger les fonctions des sous-ensembles : l’infrastructure transmet les charges au sol, la superstructure assure stabilité/portance, l’enveloppe protège et régule, la partition organise l’espace.
4. Penser que le sol est homogène : le cours insiste sur un milieu géotechnique variable qui conditionne fondations, stabilité et coût.
5. Oublier l’interdépendance des choix : une façade lourde ou une toiture-terrasse modifient les charges, et la position des escaliers impacte les planchers.
6. Sous-estimer les charges permanentes : les couches de finition (chapes, carrelage, isolants, plafonds suspendus) peuvent représenter plusieurs dizaines de kg/m².
7. Confondre charges climatiques et charges permanentes : les charges climatiques (vent, neige, pluie, variations de température, séismes) sont variables et parfois imprévisibles.

✅ Checklist Examen

1. Expliquer pourquoi on passe d’une lecture chronologique à une lecture en systèmes pour comprendre le bâtiment comme ensemble de systèmes techniques interconnectés.
2. Définir un sous-ensemble constructif et citer ses fonctions : porter, protéger, isoler, distribuer, séparer.
3. Lister les grands sous-ensembles d’un édifice (infrastructure, superstructure, enveloppe, partition intérieure) et associer à chacun sa fonction.
4. Pour l’infrastructure, rappeler sa fonction (transmettre les charges au sol) et citer les éléments : semelles isolées, semelles filantes, radier, murs de soutènement, ouvrages enterrés.
5. Pour la superstructure, rappeler sa fonction (stabilité et portance) et citer les éléments : poteaux, poutres, voiles, planchers, ainsi que la notion de descente de charges.
6. Pour l’enveloppe, rappeler sa fonction (protéger et réguler) et citer : façades, toiture, étanchéité, menuiseries extérieures ; préciser protection pluie/vent, isolation thermique/acoustique et gestion des échanges.
7. Pour la partition intérieure, rappeler sa fonction (organiser l’espace) et citer : cloisons, circulations horizontales, circulations verticales (escaliers) ; préciser usages, parcours, intimité, distribution.
8. Définir l’infrastructure comme interface bâtiment/terrain/eau/réseaux enterrés et expliquer l’idée de sol géotechnique variable avec les notions : capacité portante, tassements admissibles, tassements différentiels, pous
9. Décrire les types de sols (rocheux, graveleux, sableux, limoneux, argileux, organique) avec au moins une caractéristique et la conséquence sur la construction (fondations superficielles, compactage, étude géotechnique, f
10. Expliquer les risques et pathologies liés au sol et à l’eau : retrait-gonflement des argiles, tassement différentiel, glissement de terrain, remontées capillaires ; puis citer les pathologies fréquentes (fissures, infil
11. Expliquer l’étanchéité des murs enterrés : principe toujours associer étanchéité + drainage ; citer enduit bitumineux, membrane bitumineuse, et décrire le cuvelage (présence de nappe phréatique, types externe/interne, ex
12. Expliquer la poussée des terres : pression horizontale augmentant avec la profondeur, notions état au repos/active/passive, et conséquences de dimensionnement (voile, contreforts, drainage obligatoire).
13. Définir la superstructure et rappeler son principe fondamental : les charges descendent progressivement jusqu’aux fondations ; citer les éléments (murs porteurs, poteaux, poutres, planchers, escaliers, toiture).
14. Comparer les systèmes structurels de superstructure : structure en murs porteurs, poteaux-poutres, structure mixte, avec leurs caractéristiques (murs continus, poteaux verticaux/poutres horizontales, combinaison).