Calcul de Plancher Bois
et Solivage — Flexion,
Fleche et Vibrations

Pour un plancher a solives de 5 m de portee avec charges de logement (G + Q = 1,5 + 1,5 = 3,0 kN/m2) et entraxe de 60 cm, la verification est generalement gouvernee par la fleche differee et non par la resistance. En bois massif C24, la regle de predimensionnement optimale pour maîtriser la fleche differee est de prendre h ≈ L/18 a L/20, soit 250 a 280 mm pour 5 m de portee. Le calcul complet confirme typiquement qu'une section de 63×250 ou 63×260 mm permet de satisfaire la fleche finale wfin ≤ L/300, soit 16,7 mm pour 5 m. La verification de resistance ELU donne generalement un taux d'utilisation inferieur a 60-70 %, ce qui confirme que la fleche gouverne. Pour le confort vibratoire, la frequence propre f1 d'une solive 63×250 de 5 m est d'environ 9 a 10 Hz (superieure a la limite de 8 Hz), et la deformation sous 1 kN est inferieure a 0,5 mm/kN pour un entraxe de 60 cm : les criteres de confort sont satisfaits. Si le plancher etait en lamine-colle GL24h (module E0 plus eleve a 11500 MPa), une section 80×220 mm pourrait etre suffisante grace a la rigidite superieure.

La fleche differee est l'augmentation de deformation qui se produit progressivement sur la duree de vie de la structure sous l'effet du fluage du bois. Le fluage est la deformation lente et irreversible d'un materiau sous charge constante maintenue dans le temps : le bois, comme le beton, est sensible au fluage, mais contrairement au beton arme qui bénéficie des armatures pour limiter les deformations, le bois massif peut voir sa deformation doubler en 30 a 50 ans sous charges quasi-permanentes. L'Eurocode 5 quantifie ce phenomene par le coefficient kdef : pour le bois massif en classe de service 1 (interieur chauffe), kdef = 0,60. La deformation finale est calculee par la formule : wfin = winst(G) × (1 + kdef) + winst(Q) × (1 + ψ2 × kdef), ou ψ2 est le coefficient de quasi-permanence de la charge variable. Pour les logements, ψ2 = 0,30 : la moitie environ des charges d'exploitation contribue au fluage a long terme. En pratique, la fleche a long terme peut etre 50 a 70 % superieure a la fleche instantanee, ce qui impose des sections plus importantes que le strict minimum en resistance ELU.

La verification du confort vibratoire des planchers bois suit la methode de l'Annexe A de EN 1995-1-1. Elle combine deux criteres independants qui doivent tous deux etre satisfaits. Le premier critere est la frequence propre fondamentale du plancher f1, calculee par la formule de la poutre simplement appuyee f1 = pi/2 × (1/L2) × sqrt(EI_eff / m) ou EI_eff est la rigidite effective de la section de plancher par metre de largeur (en N.m2/m) et m est la masse lineique par unite de surface (en kg/m2). Pour les planchers residentiels, f1 doit etre superieure ou egale a 8 Hz pour eviter la resonance avec la frequence fondamentale du pas (environ 2 Hz et ses harmoniques). Le second critere est la deformation sous une charge concentree de 1 kN (simulant le choc de talon) : w/F = 1/(48 × EI_eff / L3), en mm/kN. Cette valeur est comparee a la limite du graphe de l'Annexe A en fonction de f1. Pour f1 = 8 Hz, la limite est w/F ≤ 0,5 mm/kN (planchers residentiels courants) a 0,3 mm/kN (planchers de bureaux et open space). Un plancher qui depasse l'une ou l'autre de ces limites doit etre renforce : augmentation de la rigidite EI (section de solive plus haute ou entraxe plus faible), ajout d'une chape lourde (augmente la masse et abaisse f1 mais reduit w/F), ou plancher mixte bois-beton.

Le solivage en bois massif C24 est la solution la plus economique pour les portees de 3 a 6 m. Ses avantages sont un cout matiere faible et une disponibilite immediate dans tous les negoces. Ses inconvenients sont une variabilite de resistance plus grande que le lamine-colle (les noeuds ponctuels peuvent etre dimensionnants), des portees limitees par les longueurs commerciales (6 m maximum en section courante), et une sensibilite plus grande a l'humidite (fentes de retrait). Le solivage en lamine-colle GL24h ou GL28h permet des portees de 6 a 14 m avec des sections optimisees grace a un module d'elasticite superieur (E0,mean = 11 500 MPa pour GL24h contre 11 000 MPa pour bois massif C24) et une resistance en flexion superieure (fm,k = 24 MPa pour GL24h contre fm,k = 24 MPa pour C24 — valeurs identiques mais la regularite est meilleure). Pour les grandes portees (> 8 m), le lamine-colle est presque toujours plus economique que le bois massif car il evite les doubles solives ou les sections tres importantes. Des profilés composites bois-OSB (type I-joist ou LVL-web) sont aussi tres performants pour les portees de 5 a 8 m en optimisant le poids.

Une tremie d'escalier est une interruption dans le plancher bois qui necessite une reprise structurelle soignee. Les solives coupees par la tremie transmettent leurs reactions a des solives doublees (ou triees) paralleleles a la tremie et a une filiere perpendiculaire. La filiere recoit les reactions des solives coupees comme charges concentrees espacees de l'entraxe des solives. Cette configuration cree des moments flechissants importants dans la filiere, proportionnels a la longueur de la tremie et au nombre de solives coupees. La filiere est calculee en flexion selon EC5 avec ces moments et verifiee en fleche. Les connexions entre les solives coupees et la filiere sont des assemblages critiques (sabots metalliques ou entailles) dimensionnes pour reprendre les reactions des solives. Les solives doublees qui encadrent la tremie sont verifiees avec la charge supplementaire recue de la filiere. En pratique, pour une tremie d'escalier courante (1,2 m × 2,0 m), les solives encadrantes sont souvent triplees et la filiere est en lamine-colle pour limiter la hauteur. STRUCTALIS produit les plans de tremie avec les specifications de fixation pour le charpentier.

Oui, mais cela necessite une conception soignee qui va au-dela du simple calcul structurel. Les exigences acoustiques des logements collectifs francais sont definies par la reglementation acoustique (arrete du 30 juin 1999 modifie) : isolement aux bruits aeriens DnTA ≥ 53 dB entre logements, niveau de bruit de choc L'nT,w ≤ 58 dB pour les planchers. Un plancher bois nu (solives + OSB) a des performances acoustiques inferieures a ces seuils : l'OSB et le bois sont de bons transmetteurs des chocs (bruits d'impact), et l'ossature legere favorise la transmission des bruits aeriens par vibration. Pour atteindre les exigences, il faut combiner plusieurs solutions : une couche de materiau elastique desolidarisant entre la structure bois et le revetement de sol (regle desolidarisee, plots elastomeres) pour reduire les bruits d'impact ; un faux-plafond sur ressorts ou sur suspentes antivibratoires pour desolidariser le plafond de la structure ; une laine minerale dans l'entrevous pour augmenter l'amortissement et l'absorption. La conception acoustique est une discipline a part entiere et STRUCTALIS travaille en coordination avec un bureau d'etudes acoustiques pour les projets de logements collectifs en bois.

Pour un plancher bois en logement collectif, deux criteres de fleche s'appliquent selon EN 1995-1-1 et les recommandations francaises. La fleche totale finale wfin (sous charges permanentes G et charges quasi-permanentes ψ2×Q, avec prise en compte du fluage kdef) ne doit pas depasser L/300 pour les planchers standards, soit 16,7 mm pour une portee de 5 m. La fleche active (fleche differentiellement apres pose des cloisons, due uniquement aux charges variables Q) ne doit pas depasser L/300 a L/500 selon la sensibilite des cloisons. Pour les cloisons rigides en brique ou en carreau de platre, la limite est souvent L/500, soit 10 mm pour 5 m, pour eviter les fissures dans les joints. Cette limite est tres severe et impose souvent une section de solive bien superieure a ce que la resistance ELU exigerait. Le confort vibratoire (f1 ≥ 8 Hz et w/F ≤ 0,5 mm/kN) est une troisieme exigence independante qui peut elle aussi gouverner le dimensionnement. STRUCTALIS verifie systematiquement ces trois criteres dans l'ordre resistance ELU → fleche differee → confort vibratoire, et ajuste les sections en consequence.

Le plancher CLT et le plancher a solivage bois massif repondent aux memes fonctions structurelles mais avec des comportements tres differents. Le plancher CLT est un panneau massif bidirectionnel (rigidite dans les deux directions, meme si asymetrique), avec une surface plane sans entrevous, facile a geometriser et a adapter a des plans libres complexes. Sa mise en oeuvre est tres rapide (pose de dalles prefabriquees) mais son cout matiere est superieur au solivage. Le plancher a solivage est unidirectionnel (rigidite principalement dans le sens des solives), mais permet une grande optimisation des sections et est plus adapte aux grandes portees regulieres. Pour les memes conditions de charge et de portee (5 m, Q = 1,5 kN/m2), un plancher CLT 5 couches 120 mm peut etre equivalent a un solivage 63×200 C24 e=60 cm en termes de resistance et de fleche. Le choix depend alors du plan architectural (iregularite, trémies nombreuses → CLT avantageux), du budget (CLT plus cher), de la rapidite de chantier (CLT plus rapide), et des exigences acoustiques (solivage avec entrevous plus efficace acoustiquement si bien concu).