construction.

construction. 1 PRÉSENTATION construction, action de construire et, par extension, la structure que l'on édifie. Aujourd'hui, l'ensemble des techniques propres à la construction a tendance à s'écarter de plus en plus de la fabrication artisanale à pied d'oeuvre pour se concentrer vers l'assemblage, sur le chantier, de composants de plus en plus grands, intégrés et fabriqués en usine. La construction contemporaine se caractérise aussi par une plus grande coordination dimensionnelle : les structures et leurs composants sont conçus et fabriqués comme des multiples d'un élément standard, ce qui réduit considérablement la découpe et l'ajustage à pied d'oeuvre. Depuis une trentaine d'années, on assiste également à la production de grands complexes structurels comme les villes nouvelles, les centres commerciaux, les zones industrielles et artisanales, les technopoles ou les grands ensembles d'habitation. 2 PERMIS DE CONSTRUIRE En France, « toute construction à usage d'habitation ou non, même ne comportant pas de fondations «, est soumise à autorisation préalable administrative (art. L. 421-1 du Code de l'urbanisme), le permis de construire. Depuis 1971, ce certificat d'urbanisme garantit qu'aucune disposition d'urbanisme ne pourra être opposée à une demande d'autorisation de construire. Il est délivré par le maire lorsque la commune est dotée d'un plan d'occupation du sol approuvé (POS), par les services de l'État dans le cas contraire. 3 CONSTRUCTEURS Dans les opérations de construction, le maître d'ouvrage est la personne qui dispose du terrain, qui décide de réaliser les travaux et qui fixe le programme de réalisation. Il est également chargé de réunir le financement, de choisir et de payer les professionnels responsables de la réalisation, et de signer les marchés de travaux. Le maître d'ouvrage confie l'établissement du projet de construction et le contrôle de l'exécution au maître d'oeuvre (le plus souvent un bureau d'étude comprenant des architectes et / ou des géomètres-experts et / ou des ingénieurs-conseils). Ce dernier s'assure que le programme de construction est bien réalisable et conçoit le projet en respectant les règles de l'art, la réglementation et le coût fixé par le maître d'ouvrage. Il introduit les demandes d'autorisation administrative, prépare le dossier de consultation des entreprises, participe à la mise au point du marché, surveille le chantier et assiste le maître d'ouvrage pour la réception des travaux. Dans la construction, on distingue le gros oeuvre du second oeuvre. Le premier désigne les fondations, la structure et parfois l'enveloppe du bâti, ou encore tout ce qui concerne la maçonnerie. Le second oeuvre comprend les cloisons, les revêtements intérieurs, les équipements thermiques et sanitaires, les installations électriques, les huisseries et les peintures réalisées par des métiers formant corps d'état. Les normes nationales de construction sont en train d'être remplacées par des normes européennes. 4 ÉLÉMENTS D'UNE CONSTRUCTION Les principaux éléments d'une construction comprennent : -- les fondations, qui permettent à la construction de reposer sur le sol tout en la supportant et en assurant sa stabilité ; -- la structure ou ossature, qui assure la stabilité aérienne de l'ouvrage, supporte toutes les charges appliquées et transmet aux fondations les sollicitations dues au poids de l'édifice, aux charges d'occupation et aux contraintes exercées par le vent, la neige, les secousses sismiques, etc. ; -- les murs porteurs qui peuvent être intégrés à la structure, ainsi que les poteaux, les poutres et les planchers qui définissent l'ossature ; -- les cloisons intérieures ou murs de refend, qui peuvent être parfois intégrés à la structure ; -- les systèmes de contrôle d'ambiance : le chauffage, la ventilation, le conditionnement d'air, l'éclairage et l'isolation acoustique ; -- les systèmes de circulation verticale : ascenseurs, escaliers mécaniques, escaliers et cages ; -- les dessertes, qui peuvent comporter des sous-systèmes tels que les communications internes, la sonorisation, la télévision en circuit fermé ou encore les réseaux de câblage téléphonique ; -- les réseaux d'alimentation en énergie et en eau, ainsi que l'évacuation des déchets ; -- l'enveloppe, constituée de la façade, des pignons et de la toiture, qui sépare l'intérieur de l'extérieur de la construction et qui la protège des sollicitations diverses : pluie, vent, chaleur, froid, bruit, lumière solaire, etc. Elle joue un rôle fondamental dans les économies d'énergie. 5 LES CHARGES APPLIQUÉES À UN BÂTIMENT Elles sont classées en charges « statiques « et « dynamiques «. Les charges statiques comprennent le poids du bâtiment lui-même, ainsi que tous les éléments principaux de l'immeuble. Les charges statiques agissent en permanence vers le bas et s'additionnent en partant du haut du bâtiment vers le bas. Les charges dynamiques peuvent être la pression du vent ou le poids de la neige, les forces sismiques, les vibrations provoquées par les machines, les meubles, les marchandises ou l'équipement stockés, les occupants et les forces engendrées par les variations thermiques. Les charges dynamiques sont temporaires et peuvent produire des contraintes locales, vibratoires ou de choc. En général, le plan d'un bâtiment doit tenir compte de l'ensemble des charges statiques et dynamiques afin d'éviter le tassement ou l'effondrement de la construction, ainsi que pour pallier toute déformation permanente, tout mouvement excessif, toute gêne pour les occupants ou toute rupture en un point quelconque. 6 FONDATIONS Le plan de la structure d'un bâtiment dépend étroitement des caractéristiques géologiques du sol sur lequel il repose. Il est également lié aux éventuelles modifications d'un de ces facteurs par l'homme. 6.1 Nature du sol Si un bâtiment doit être construit en zone à risque sismique, le sol doit être sondé jusqu'à une profondeur importante. Certains sols comme les alluvions ou les argiles peuvent se liquéfier lorsqu'ils sont soumis aux ondes de choc d'un tremblement de terre. Il faut alors éviter de construire à cet endroit ou, à défaut, établir des fondations profondes qui s'ancrent dans la roche sous-jacente. Les sols argileux peuvent gonfler ou se tasser selon qu'ils sont en phase humide ou en phase sèche. L'amplitude du mouvement vertical de ces sols peut atteindre quelques décimètres et la pression exercée sur les fondations peut provoquer des fissures, voire des ruptures. Les sols à forte teneur organique, comme les tourbes, peuvent, au cours du temps, se tasser sous la charge d'un bâtiment pour ne plus représenter qu'une fraction de leur volume initial, provoquant de fait l'affaissement de la structure. D'autres sols, de faible cohésion, ont tendance à se dérober sous la charge. Qu'ils aient été remblayés, recomposés, asséchés ou arrosés, bref perturbés de quelque manière que ce soit, les sols peuvent se comporter différemment une fois la construction achevée. Parfois, le sol situé sous un projet de construction varie tellement d'un endroit à l'autre qu'il risque de se tasser différemment, si bien que le bâti en subira les conséquences. Il est donc nécessaire d'analyser le sol et le sous-sol afin de déterminer la faisabilité de la construction d'un point de vue technique et économique en faisant appel aux géotechniciens. Ainsi, dans le cas d'un substrat solide à faible profondeur, les fondations pourront être plus concentrées. En revanche, lorsque des roches ou des sols deviennent de moins en moins résistants au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la surface, les fondations devront être plus étendues, de manière à répartir plus uniformément la pression due au poids de la construction. 6.2 Types de fondations Les types les plus courants de fondations sont classés suivant leur degré de profondeur. Les fondations superficielles descendent au plus à trois mètres sous le socle de la construction, tels que les radiers et les treillis, alors que les fondations profondes s'étendent à plus de trois mètres de profondeur sous le bâtiment, comme les pieux et les caissons (figure 1). La fondation choisie dépend de la résistance de la roche ou du sol, du poids de la structure et du niveau de la nappe phréatique. La fondation la plus économique et la plus ancienne est la fondation distributrice en béton armé, qui est utilisée dans des zones où les conditions géologiques ne présentent aucune difficulté particulière. Elle est constituée de plates-formes placées sous chaque poteau de la structure ou bien d'une dalle continue placée sous les murs porteurs. Les fondations en radier sont employées lorsque les charges du bâtiment sont si importantes et la résistance du sol si faible que des plates-formes individuelles couvriraient plus de la moitié de la surface de construction. Un radier est une dalle en béton, armée fortement avec de l'acier, qui supporte les charges unitaires des poteaux et des murs. Ainsi la charge transmise par unité de surface au sol sous-jacent reste faible et se répartit sur toute la surface. Dans le cas de grands radiers supportant de lourdes structures, les charges sont distribuées de manière encore plus uniforme, grâce à des fondations supplémentaires et des murs de refend, qui renforcent le radier. Les pieux sont principalement utilisés dans les zones où l'état du sol proche de la surface est peu résistant. Ils sont faits de bois, de béton ou d'acier et sont placés par groupes. Les pieux sont enfoncés jusqu'à une certaine profondeur, jusqu'à ce que la résistance du sol soit insuffisante (cette profondeur est déterminée grâce à la géotechnique). Chaque groupe de pieux est alors recouvert d'une chape de béton armé. Un pieu peut transmettre la charge soit par le poinçonnement de son extrémité inférieure, soit par son frottement le long de la paroi latérale. Le nombre de pieux est déterminé par la charge de la structure, ainsi que par la capacité moyenne que peut prendre en charge chaque pieu du groupe. Le pieu en bois, un simple tronc d'arbre équarri, était employé autrefois pour de grandes constructions telles que les ponts ou les églises (cathédrale de Strasbourg). On lui a substitué au XIXe siècle le pieu en béton, plus long, mécaniquement et chimiquement plus résistant. Dans le cas de bâtiments particulièrement lourds ou hauts, on emploie des pieux en acier, appelés pieux H en raison de leur forme. Ils sont enfoncés jusqu'à la roche, souvent à des profondeurs pouvant atteindre 30 m. Bien qu'ils soient plus chers, leur coût est généralement justifié compte tenu de l'investissement financier important. On emploie les fondations sur puits foncé lorsque le sol d'assise se trouve sous des couches de faible résistance tels que le remblai ou la tourbe. Le puits foncé est une colonne en béton, coulée dans des fûts cylindriques placés à l'emplacement des poteaux de la structure. 6.3 Niveau de la nappe phréatique La pose des fondations se complique lorsqu'elle doit s'asseoir dans la nappe phréatique, car les parois de l'excavation peuvent être minées par l'eau et s'effondrer. Afin de réduire ce risque, on peut édifier un rideau de palplanches, enfoncées jusqu'au refus, correspondant au périmètre de l'excavation. On peut également installer un cuvelage, puis pomper l'eau de manière à faire baisser le niveau de la nappe afin de consolider ou de retenir les parois de l'excavation et éviter ainsi tout effondrement. 7 STRUCTURE Les éléments de base d'une structure ordinaire sont les planchers et le toit (y compris les poutres et les liernes), les poteaux et les murs (éléments verticaux), et les membrures (éléments diagonaux) qui sont les liens rigides utilisés pour assurer la stabilité. 7.1 Bâtiments de un à trois étages Les bâtiments de faible hauteur peuvent présenter une très grande variété de formes architecturales : parallélépipèdes, voûtes, dômes, paraboles, etc. Comme exemples de tels bâtiments, on peut citer les stades, les théâtres, les édifices religieux ou encore les aérogares. La structure d'un bâtiment simple d'un seul niveau comprend une dalle en béton armé, directement posée à même le sol, des murs extérieurs en maçonnerie portés par cette dalle (ou par un radier coulé de façon continue sur tout le périmètre de la construction) et, enfin, un toit. Dans le cas de bâtiments bas, on utilise couramment des poteaux intérieurs placés entre les murs porteurs en maçonnerie. Mais on peut également employer des poteaux espacés, supportés par la dalle ou par des radiers isolés. Les murs extérieurs sont alors supportés par les poteaux ou suspendus entre ces poteaux. Si la portée du toit est faible, des poutres en bois, en acier ou encore en béton suffiront à former l'ossature de la couverture. À chaque matériau de construction correspond un certain rapport masse-résistance, un coût et une durabilité. En règle générale, plus la portée du toit est grande, plus la structure supportant le toit sera complexe, et plus la gamme de matériaux utilisables sera réduite. En fonction de la portée, le toit peut comporter des poutres de charpente unidimensionnelle (figures 2a et 2b) ou bidimensionnelle (les poutrelles sont alors supportées par des poutres plus grandes qui enjambent la plus grande dimension). Des treillis peuvent également servir de substituts dans les deux méthodes. Les treillis, qui peuvent avoir une épaisseur variant de 30 cm à plus de 9 m, sont formés par assemblage des éléments en traction et en compression, selon des modèles triangulaires variés. Ils sont en général construits en bois ou en acier, voire en béton armé. La structure d'un bâtiment ordinaire d'un seul niveau peut également consister en un mur et une charpente fixés ensemble, ou fabriqués d'un seul tenant. Les formes de construction sont quasiment infinies et comprennent par exemple celle du portique (figure 2c), celle d'une église à côtés verticaux et à toit pentu (figure 2d), celle d'une parabole (figure 2e) ou d'un dôme. La structure portante, les murs extérieurs, le plancher et le toit peuvent aussi être fabriqués d'un seul tenant, formant alors un parallélépipède dont les côtés sont ouverts ou fermés. Ces formes peuvent être moulées en plastique renforcé. 7.2 Bâtiments à travées et à étages multiples La structure de construction de loin la plus courante est la charpente à ossature, ensemble d'éléments verticaux (figures 2a, 2b et 2c) combinés à des éléments horizontaux. Dans le cas d'immeubles de grande hauteur, on utilise de moins en moins de murs porteurs (figure 2a), préférant employer des murs d'enceinte qui ne supportent pas la structure. La charpente à ossature consiste le plus souvent en une combinaison multiple de portiques (figure 2c). Lorsqu'il s'agit de constructions s'élevant au-dessus de 40 étages, dont les premières sortirent de terre aux États-Unis dans les années 1930 (Chrysler Building et Empire State Building à New York), on emploie alors le béton armé, l'acier, ou un composite de béton armé et d'acier. Même si l'acier est considéré comme le matériau le plus approprié pour ces bâtiments, des progrès récents dans l'étude de bétons à haute résistance, notamment le béton précontraint, ont rendu ces derniers pratiquement aussi compétitifs que l'acier. Les bâtiments de très grande hauteur nécessitent souvent le recours à des solutions sophistiquées pour résister aux poussées latérales, telles que celles du vent, ou à d'éventuels tremblements de terre. C'est pourquoi on utilise souvent un mélange d'acier et de béton. Le rapport élevé masse-résistance de l'acier est excellent pour les éléments de portée horizontaux. Le béton pré ou postcontraint peut fournir à bon marché la résistance en compression nécessaire aux éléments verticaux. En outre, les propriétés massiques de compression interne du béton réduisent les effets vibratoires, problèmes fréquemment rencontrés dans le cas de bâtiments très élevés. Les éléments de base de l'ossature en acier se composent de poteaux verticaux, de poutres horizontales qui relient les poteaux les plus éloignés entre eux, et de poutrelles qui relient les travées plus courtes, formant alors un réseau (figure 3a). Le bâti est renforcé afin d'éviter les déformations, voire un effondrement qui serait dû à des charges inégales ou aux vibrations. La stabilité latérale est assurée par la liaison des poutrelles, des poteaux et des poutres, ainsi que par les planchers, les murs intérieurs et les membrures diagonales (exemples de la tour Montparnasse à Paris et de la tour Louis-Pradel à Lyon édifiées dans les années 1960). On emploie de la même manière le béton armé et le béton postcontraint (exemple de la Grande Arche de la Défense à Paris). Trois techniques de construction sont fréquemment utilisées à l'heure actuelle : l'empilement, la technique de suspension et la technique de l'insertion. La technique de l'insertion consiste à construire une charpente à ossature stable à partir d'un noyau utilitaire comprenant les escaliers de secours, les ascenseurs, les tuyauteries sanitaires, les canalisations et les câbles. Des unités préfabriquées en forme de cube sont alors insérées dans les ouvertures, entre les charpentes horizontale et verticale. Si l'on désire apporter des modifications importantes au bâtiment, il suffit de retirer ou de replacer des cubes. Lorsqu'on utilise la technique de suspension (figure 3b), on édifie une tour utilitaire au sommet de laquelle on fixe une structure horizontale faisant office de toit. Tous les planchers, à l'exception de celui qui est situé au niveau du sol, sont fixés au noyau central et suspendus à des câbles tendus depuis le toit. Une fois le noyau achevé, les planchers sont posés successivement depuis le sommet de la tour. L'empilement (figure 3c) est une technique de construction dans laquelle des cellules préfabriquées en forme de cube sont élevées à l'aide de grues, disposées les unes sur les autres et à côté des autres, puis fixées ensemble. 8 FAÇADES ET TOITS Le mur d'enceinte, qui représente le type de mur non porteur le plus courant, peut être assemblé sur le site même ou hors site. Il se compose d'une enveloppe extérieure isolant de l'humidité et du bruit, et d'une enveloppe intérieure qui peut faire partie du mur d'enceinte ou être fixée séparément. L'enveloppe extérieure peut être en métal (acier inoxydable, aluminium, bronze), en maçonnerie (béton, brique, carrelage) ou en verre. On utilise également pour les façades des panneaux en pierre calcaire, en marbre, en granit ou en béton moulé. La méthode traditionnelle de couverture consiste à étendre et à coller, sur une chape de béton ou d'acier coiffant la charpente, des rouleaux de feutre bitumineux qu'on recouvre de gravier. On peut également y coller des tissus synthétiques, permettant par exemple de réaliser à peu de frais des terrains de jeux sur le toit plat des bâtiments. 9 CLOISONS INTÉRIEURES Les cloisonnements intérieurs utilisent des murs en parpaings de béton, en plaques de plâtre, en panneaux de bois lamellé-collé ou aggloméré, ou en feuilles de tôle recouvertes de lattes puis plâtrées. On utilise aussi de plus en plus souvent des plaques de plâtre et des panneaux en carton. Pour apporter plus de souplesse dans la construction de bâtiments, on utilise fréquemment des cloisons mobiles ou facilement démontables, qui sont en métal ou en composants préfabriqués à base de plâtre. Elles s'apparentent en général à des rideaux coulissants en accordéon, mais peuvent également être formées de rideaux plombés coulissants horizontalement ou verticalement, si le bruit constitue un problème. L'emploi de matériaux légers signifie en effet une augmentation du bruit transmis. Néanmoins, la tendance actuelle est aux cloisons plus légères et à l'utilisation de matériaux isolants. Dans de nombreux bâtiments, les seuls murs à être encore construits en maçonnerie sont les cloisons pare-feu, qui entourent les cages d'ascenseurs, les escaliers et les couloirs principaux. 10 CONTRÔLE DE L'ENVIRONNEMENT Dans de nombreux pays, le chauffage, la climatisation, la ventilation, l'éclairage et le contrôle du niveau sonore ont été améliorés ces dernières années grâce notamment à l'informatisation des données en temps réel. Certaines parties d'un bâtiment sont refroidies, même en hiver, selon la distance qui les sépare des murs extérieurs, la chaleur générée par l'éclairage, les équipements électriques et l'occupation humaine. En raison de l'augmentation du niveau et de la qualité de l'éclairage, le coût des systèmes mécaniques et électriques installés dans les bâtiments a augmenté plus rapidement que les autres coûts unitaires de construction, et représente environ le quart, voire le tiers des dépenses totales de la construction. 11 SYSTÈMES DE COMMUNICATION ET D'ÉNERGIE La consommation d'énergie, les télécommunications, les communications internes ou encore les systèmes de sécurité et d'alarme ont multiplié les installations de câbles. On fait passer ces derniers dans des gaines verticales et dans des fourreaux situés dans les faux plafonds ou le faux plancher. Pour éviter les pannes d'alimentation, des générateurs de secours sont installés dans la plupart des bâtiments à usage collectif. Lorsqu'on utilise des générateurs à diesel ou à turbines à gaz, la chaleur produite par ces machines peut alors être récupérée pour d'autres applications. 12 CIRCULATION VERTICALE Les ascenseurs à grande vitesse, contrôlés automatiquement et tractés par câbles, représentent la principale forme de circulation verticale dans les bâtiments supérieurs à trois étages. Les bâtiments de taille plus réduite et les étages inférieurs des bâtiments commerciaux sont parfois équipés d'escaliers mécaniques. Pour la protection contre l'incendie, il est nécessaire de prévoir au moins deux sorties de secours dans chaque pièce principale d'un bâtiment. De fait, tout bâtiment doit comporter deux escaliers clos et protégés sur toute leur hauteur. 13 ALIMENTATION EN EAU ET ÉLIMINATION DES DÉCHETS Les bâtiments doivent disposer d'une alimentation en eau potable. L'évacuation des déchets liquides et solides est obtenue grâce à de nombreux dispositifs : tout-à-l'égout, incinérateurs, déchiqueteurs ou encore compacteurs d'ordures ménagères. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.