Lernzettel: Structures et Fondations en Bâtiment

📋 Plan du Cours

1. Murs porteurs en pierre et en terre
2. Béton armé et contreventement
3. Arcs, voûtes et dômes
4. Treillis et structures porteuses
5. Fondations, dallages et terrassements

📖 1. Murs porteurs en pierre et en terre

🔑 Notions clés & Définitions

• Mur porteur en pierre : Mur porteur en pierre : élément surfacique chargé surtout en compression, construit pour transmettre les charges verticales et limiter les ouvertures.
• Mur porteur en pis : Mur porteur en pis : mur en terre (pis) servant de support porteur dont un sous-bassement en pierre limite les remontées capillaires.
• Empisse : Empisse : terme associé au mur en pierre et en terre dans le cours, évoqué comme lecture à préciser avant d’aller vers les caractéristiques du mur porteur.

📝 Points essentiels

• Le mur porteur est décrit comme un élément surfacique principalement sollicité en compression et recherchant l’étanchéité.
• Le mur en pierre est caractérisé par une forte massivité avec peu d’ouverture, avec environ 15% d’ouverture possible dans le mur.
• Le mur en pis présente un avantage contre les remontées capillaires grâce au sous-bassement en pierre.
• Le mur porteur est associé à la continuité et à la transmission des charges à travers sa masse, avec inertie liée à la masse du matériau.
• Le mur en terre est présenté comme limité dans ses réponses mécaniques, notamment sans véritable travail à la flexion et sans travail en compression.

💡 Astuce mémo

Masse = inertie : peu d’ouvertures et charges qui “passent en continu”. Sous-bassement = anti-remontées capillaires.

📖 2. Béton armé et contreventement

🔑 Notions clés & Définitions

• Béton armé : Béton armé : matériau du XXe siècle combinant béton et armatures pour permettre des parois plus minces et une meilleure tenue structurelle.
• Voile en béton armé : Voile : paroi (souvent porteuse) en béton armé, dont l’épaisseur du cours est donnée par une relation avec la hauteur.
• Contreventement : Contreventement : capacité d’un élément structurel à résister aux forces horizontales ou latérales.

📝 Points essentiels

• Le cours donne une relation d’épaisseur pour le voile en béton armé : l’épaisseur vaut la moitié de la hauteur (épaisseur = hauteur/2).
• Le béton armé est présenté comme permettant plus de liberté de percement et des espaces plus “ouverts” que les murs très fermés.
• Le contreventement sert à reprendre les actions horizontales/laterales en plus des charges verticales.
• Trois types de contreventement sont cités : encastrement, contreventement par croix, et contreventement par noyau.
• Pour le contreventement : le cours rappelle une attention à la symétrie et donne des exemples, dont Centre Pompidou (croix) et exemples de forme plus “tournés” pour le noyau.

💡 Astuce mémo

Contreventement = “anti-latéral” : on encaisse le vent/la poussée horizontale en structure.

📖 3. Arcs, voûtes et dômes

🔑 Notions clés & Définitions

• Arc : Arc : ouvrage en maçonnerie où la forme tire son fonctionnement du fait que les efforts sont repris à la compression.
• Clé de voûte : Clé de voûte : élément central et fragile de l’arc/ouvrage voûté, essentiel au maintien de la stabilité en compression.
• Voûte en berceau : Voûte en berceau : type de voûte où la succession d’arcs forme un volume “en tunnel”.
• Dôme sur trompe : Dôme sur trompe : type de dôme décrit dans le cours, basé sur une transition géométrique avant la forme dôme.
• Voûte en croisée d’ogive : Voûte en croisée d’ogive : type de voûte où des éléments d’ogives se croisent pour organiser la structure.

📝 Points essentiels

• L’arc est présenté comme l’aboutissement du portique, avec l’idée d’une meilleure gestion de la portée (notion de problème de portée/portage évoquée pour le portique).
• Les exemples donnés pour l’arc sont l’arc de triomphe de Constantin et le Colisée, avec mention d’un module d’arc répété pour le Colisée.
• La clé de voûte est décrite comme la pièce la plus fragile de l’arc.
• Dans le cours, plus la flèche de l’arc est grande, plus l’encastrement devient important.
• Une succession d’arcs forme une arcade, et la voûte est décrite comme relevant de différents types : en berceau, d’arête, en ogive, sphérique, et en croisée d’ogive.
• Les dômes cités sont hémisphérique, sur trompe, sur pendentif, et ellipsoïdal, avec des exemples visibles dans les supports.

💡 Astuce mémo

Arc = compression + clé fragile : la flèche “commande” l’importance de l’encastrement.

📖 4. Treillis et structures porteuses

🔑 Notions clés & Définitions

• Treillis : Treillis : structure composée d’éléments assemblés formant un réseau qui optimise la résistance et la répartition des efforts.
• Montagnes russes : Montagnes russes : exemple de structure dynamique cité où le treillis sert à encaisser des efforts liés au mouvement.
• Pont : Pont : exemple de structure cité où le treillis sert principalement à répartir les efforts.
• Jon ts : Joints : éléments d’assemblage cités comme jouant un rôle de transmission, de connexion géométrique et de continuité structurelle.
• Treillis Warren : Treillis Warren : type de treillis cité parmi les trois types à connaître.

📝 Points essentiels

• Le cours associe le treillis des montagnes russes à la réduction du poids, à une résistance élevée et à l’adaptation aux efforts dynamiques (charge fixe dans l’énoncé du cours).
• Le treillis est présenté comme absorbant des efforts dans l’exemple des montagnes russes et comme répartissant dans l’exemple du pont.
• Pour le pont, le cours indique une charge variable asymétrique et mentionne un rôle de treillis “équilibré” dans cet exemple.
• Le cours attribue aux joints trois rôles : transmission des forces, connexion géométrique, et continuité structurelle.
• Les avantages du treillis cités sont l’économie de matière et de poids, la préfabrication (gain de temps, facilité de montage) et une stabilité/portée élevées.
• Trois types de treillis sont donnés : Warren, Fraté et Rouet, avec une différence mentionnée dans la répartition des charges vers ou depuis le centre selon le type (Fraté vers le centre).

💡 Astuce mémo

Treillis = Réseau : joints transfèrent, treillis répartit; Warren/Fraté/Rouet = sens différent vers le centre.

📖 5. Fondations, dallages et terrassements

🔑 Notions clés & Définitions

• Fondation superficielle : Fondation superficielle : fondation dont la profondeur est faible, donnée par le cours comme inférieure à 3 mètres dans les exemples.
• Fondation profonde : Fondation profonde : fondation utilisée quand le bon sol est plus éloigné ou lorsque les conditions du site exigent une pénétration plus importante.
• Semelle isolée : Semelle isolée : type de semelle de fondation superficielle portée par un élément/point de charge.
• Semelle filante : Semelle filante : type de semelle de fondation superficielle allongée, associée à une ligne de charge.
• Radier général : Radier général : type de semelle de fondation superficielle qui couvre une surface plus étendue pour répartir les charges.

📝 Points essentiels

• En fondations superficielles, le cours donne un critère de profondeur : moins de 3 mètres dans l’énoncé.
• Trois semelles sont citées pour les fondations superficielles : semelle isolée, semelle filante, et radier général.
• Deux types de fondations profondes sont cités : puits et pieux.
• Le cours liste des couches du dallage en huit éléments, de haut en bas ou dans l’ordre de la structure, dont : revêtement de sol, chape, dalle béton armé, treillis soudé, isolation thermique, hérissonnage, et sol naturel compact.
• Les longrines sont citées avec un rôle de liaison, de redressement et de portage, et elles réduisent la longueur de flambement dans le cours.
• Le choix du type de fondation dépend notamment de la nature du sol, de la nature de l’ouvrage, de la profondeur du bon sol, de la présence d’eau, de l’environnement (dont zone sismique), et des coûts/techniques disponibles.

💡 Astuce mémo

Fondations : bon sol proche → superficielle; bon sol loin/conditions difficiles → profonde; terrassements en 3 familles (rigole, isolée, pleine masse).

📊 Tableaux de synthèse

Arc versus portique

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre mur porteur en pierre et mur porteur en pis : seul le pis est associé à l’idée d’un sous-bassement en pierre contre les remontées capillaires.
2. Croire que le contreventement sert au calcul des ouvertures ou uniquement aux charges verticales : dans le cours, il vise surtout les forces horizontales/latérales.
3. Inverser le sens “plus la flèche est importante” : le cours relie la flèche à l’importance de l’encastrement.
4. Confondre clé de voûte et élément central “le plus solide” : le cours dit que c’est la pièce la plus fragile.
5. Mélanger les rôles du treillis et des joints : le treillis sert à l’optimisation/répartition, tandis que les joints assurent transmission/connexion continuité.
6. Confondre fondations superficielles et profondes : la limite chiffrée du cours est 3 mètres pour la superficielle.
7. Oublier la liste des types de voûtes : le cours en donne cinq, et en oublier un est une source d’erreur fréquente.

✅ Checklist Examen

1. Définir le mur porteur en pierre et citer ses caractéristiques d’ouverture (ordre de grandeur 15%) et de faible ventilation naturelle.
2. Définir le mur porteur en pis et expliquer le rôle du sous-bassement en pierre contre les remontées capillaires.
3. Expliquer la différence mécanique présentée pour le mur en terre (absence de travail à la flexion et sans véritable travail en compression selon le cours).
4. Donner la relation du cours pour l’épaisseur du voile en béton armé en fonction de la hauteur (épaisseur = hauteur/2).
5. Définir le contreventement et préciser qu’il vise les forces horizontales ou latérales.
6. Lister les contreventements cités : encastrement, par croix, par noyau, et associer au moins un exemple (Centre Pompidou pour la croix, ou exemple de tour pour le noyau).
7. Définir l’arc et rappeler l’effort dominant donné par le cours (compression).
8. Citer le rôle de la clé de voûte et la relation qualitative du cours entre flèche de l’arc et encastrement.
9. Lister les cinq types de voûtes donnés dans le cours.
10. Lister les types de dômes cités (hémisphérique, sur trompe, sur pendentif, ellipsoïdal).
11. Décrire le treillis avec au moins deux objectifs : réduction du poids et résistance/stabilité/portée, et donner un rôle dans un exemple (montagnes russes ou pont).
12. Lister les trois rôles des joints et citer les trois types de treillis (Warren, Fraté, Rouet) avec la nuance vers le centre (Fraté).
13. Classer les fondations : superficielles (<3 m) versus profondes (puits/pieux) et donner les semelles superficielles (isolée, filante, radier général).
14. Connaître les éléments du choix de fondations cités : sol, ouvrage, profondeur du bon sol, eau, environnement/zone sismique, coûts/techniques disponibles.