Maîtriser la création des ouvertures dans les murs de maçonnerie porteurs

La voute de décharge : méthode de calcul

Une charge verticale, uniformément répartie, produit dans une poutre un moment de flexion de forme parabolique. Les maçonneries sont excellentes pour reprendre des efforts de compression. Si l’on prend une voûte de forme parabolique et si l’on peut mobiliser une poussée latérale H, la maçonnerie de la voûte travaillera en compression seule, le moment étant nul en tout point.

Si parmi toutes les voûtes possibles, on peut prendre celle qui a une flèche égale à la demi portée, cela simplifie les calculs des efforts en fonction de la charge totale appliquée P. Toutefois, cette configuration n’est pas toujours possible du fait de la présence d’ouvertures : dans ce cas il faut imaginer une autre voûte.

Donc si la flèche vaut h=l/2, la réaction d’appui à la naissance de la voûte, vaut V= P/2 tandis que la poussée H=P/4. Ce sont des résultats très simples à mémoriser.

La combinaison poutre et voûte de décharge

Lorsque l’on a un linteau ou une poutre au-dessus d’une ouverture dans une maçonnerie, il est possible de dimensionner la poutre pour qu’elle reprenne la totalité des charges qui se trouvent au-dessus. Cela conduit à un dimensionnement surabondant de la poutre qui s'avère couteux.

Il est bien plus astucieux d’imaginer la combinaison d’une voûte de décharge et d’une poutre. La voûte reprend la totalité des charges qui se trouvent au-dessus d’elle pour peu qu’elle dispose d’une butée ou d’un tirant (poutre par exemple) pour reprendre la poussée.

La poutre sera dimensionnée pour reprendre cette charge triangulaire combinée avec une traction provenant de la voûte (flexion composée). Dans le cas de la charge répartie triangulaire, les effort à reprendre par la poutre valent : M = pl/6 et H = P/4 (p étant la charge totale sur la poutre, P la charge totale sur la voûte).

Combinaison voûte principale et voûtes secondaires

Ce cas se présente quand on ne dispose pas de poutre pendant les travaux mais que l’on décide de faire un étaiement déporté ou de mettre en place des tabourets (voir ci-après la description de ces méthodes)

Même principe qu’avec une poutre, à part que la poussée de la voûte principale ne peut être reprise par les voûtes secondaires et doit donc être reprise par butée de part et d’autre de la voûte. Cette méthode est donc à déconseiller quand on se trouve trop près de l’extrémité du mur. En effet, la poussée engendrée peut déstabiliser le jambage servant d’appui, créé par l’ouverture dans le mur.

Voûtes et contre-voûtes

Lors de la création d’une ouverture à l’étage dans un refend très chargé (plusieurs planchers à reprendre et parfois en plus une zone de toiture), on crée des poteaux de part et d’autre de l’ouverture qui soutiennent la voûte haute mise à contribution dans la maçonnerie.

Ces poteaux étant également bien chargés, il faut imaginer un chemin des charges pour rejoindre les fondations. Dans ces cas-là, il faut mettre à contribution une contre-voûte dans la maçonnerie du bas reprenant les mêmes charges. On doit donc créer une poutre à la base de l’ouverture servant de tirant à la contre-voûte et reprenant sa poussée.

Pour illustrer clairement ces trois méthodes, dans les dessins à l’échelle qui suivent, voici une ouverture modélisée de 3 x 2,50 m dans un mur en pierre de 60 cm d’épaisseur.

Méthode avec profilé métallique

Le profilé nécessite des saignées de 8 cm de profond et de 22 cm de hauteur pour être installé. Il reste donc, une fois les profilés installés, 44 cm d’épaisseur de mur, ce qui est sécurisant. Le profilé une fois installé reprend la charge sous la voûte principale et lui sert de tirant.

Méthode de l’étaiement déporté

Dans les murs de bonne cohésion et avec une charge légère à reprendre, on peut se contenter d’un étaiement déporté (voir figure 1). Le mur s’appuie sur des poutrelles d’étaiement et tient par un système comprenant une voûte principale et 4 voûtes secondaires (voir paragraphe sur l'effet voûte)

Méthode des tabourets métalliques

Dans le cas où un mur reprend de très fortes charges, l'entreprise peut utiliser la méthode des tabourets métalliques. Ceux-ci reprennent la charge du mur pendant les travaux et permettent la mise en place de ferraillage en deux parties et le coulage d’une poutre en béton armé. En réhaussant le tabouret, la hauteur de la poutre peut être augmentée ainsi que sa portée et sa capacité portante.

• Préparation, étude avant de démolir un mur porteur

Lors de la réalisation de ce genre de travaux il faut faire réaliser des calculs et des plans si possible par un bureau d’études. Une étude de méthode décrivant les phases des travaux est également très utile. En effet, il convient d’étayer d’une façon ou d’une autre (profilé, étaiement déporté, tabourets) avant de démolir un mur porteur pour éviter des désordres et même un effondrement.

• Ergonomie

Lors de la réalisation des ouvertures et réservations dans le mur, il faut organiser le travail en hauteur de telle façon que la personne travaille en position favorable. L’idéal est de travailler à hauteur du bassin. Une zone entre la mi-hauteur des tibias et la hauteur des épaules est encore favorable. En dehors nous sommes dans la zone des postures défavorables particulièrement pénibles pour le salarié.

• Manutentions

Les exemples étudiés ci-dessus permettent d'apporter des conseils concrets.

Les profilés utilisés sont des UPN 220 de 4 m de longueur qui pèsent 28,5 kg/ml soit un poids de 114 kg par profilés. Quant aux tabourets proposés, ils sont constitués d’une tranche de 30 cm de HEC 300 qui font chacun 53 kg pièce et à cela il faut rajouter les plats. Si les ouvertures sont plus grandes et les murs plus chargés, ces pièces métalliques peuvent peser davantage.

L’idéal est d’utiliser un chariot élévateur quand il y a de la place ou bien des palans, si l’on peut le fixer à une structure solide.

• Travail en hauteur : les moyens utilisés pour le travail en hauteur sont :
  
• Les échafaudages de pied
• Les échafaudages roulants
• La PEMP (plateforme élévatrice mobile de personnes)
• Les PIRL
• Les notices d’instruction des fabricants de ces matériels doivent être suivies pour une utilisation en sécurité.
• Moyens de prévention des chutes de hauteur
• Choix du moyen approprié suivant l’emplacement et la hauteur de travail
• L’idéal est de placer la plateforme de travail de telle sorte que l’opérateur puisse travailler au niveau de son bassin. La PEMP à ciseau permet d’atteindre cet objectif.
• A défaut, l’utilisation d’un échafaudage de pied permet un travail dans une zone située entre le plancher et 2 mètres au-dessus
  
• Dans tous les cas, il faut vérifier :
  • la conformité du matériel
  • la conformité du montage et de l’utilisation suivant la notice d’instruction
  • la Formation, l'habilitation du personnel
  • Le montage et le démontage de l'échafaudage
  • la conduite des PEMP suivant modalités CACES

A noter que les vérifications règlementaires sont prévues pour les échafaudages et les PEMP. Ces vérifications peuvent être effectuées par une personne compétente mandatée qui peut être, ou non, de l’entreprise.

• Réservations et démolition du mur : bruit, projections, poussières, vibrations. (Consulter le site OPPBTP Preventionbtp.fr sur ces thèmes)
  • Moyens utilisés pour la démolition :
  • Marteau et burin
  • Marteau piqueur
  • Moyens de prévention
    
• Pour le bruit
  • Privilégier le matériel le moins bruyant (voir l’étiquetage en LWA Le dB (A) est l'unité de mesure de niveau sonore acoustique. Le LWA est la même mesure, mais pondérée à 4 m. On admet la correspondance approximative suivante : LWA = dBA+20. Exemple : 80 LWA = 60 dB(A) à 4 mètres).
  • Eloigner les sources sonores de l’opérateur.
  • Diminuer le temps d’exposition.
  • Se protéger individuellement (bouchons, casques antibruit).
    
• Pour les projections
  • Ne pas démonter les capots des machines destinés à arrêter les projections.
  • Protéger en priorité les yeux : lunettes, visières.
  • Eloigner le personnel non nécessaire aux travaux.
    
• Pour les poussières
  • Connaître le caractère pathogène des poussières : généralement le ponçage du béton génère des poussières contenant de la silice libre. Se méfier des flocages qui contiennent de l’amiante et demander un diagnostic amiante au maître d’ouvrage. Dans le cas où le revêtement contient de l’amiante, l’enlèvement du revêtement ne peut être effectué que par une entreprise spécialement agréée.
  • Capter les poussières à la source sur les ponceuses en le reliant à un aspirateur.
  • Se protéger par un masque anti-poussière adapté au niveau d’empoussièrement que l’on génère.
    
• Pour les vibrations
  • Privilégier le matériel portatif générant le moins de vibration.
  • Diminuer le temps d’exposition en permutant les opérateurs.
  • Equiper les matériel de poignées anti vibratiles et le personnel de gants anti vibratiles.
    

Le site de l’OPPBTP Prévention BTP : https://www.preventionbtp.fr/

• On pourra trouver des informations sur les thèmes :
• Travail en hauteur
• Levage des charges
• Bruit, Vibrations
• Poussières (silice, amiante, etc.), Risque chimique
• Manutentions postures

Réglementation Code du Travail https://www.legifrance.gouv.fr/codes/id/LEGITEXT000006072050/

. Article R 4323-72 (solidité et bon état de conservation d’un échafaudage)
. R 4323-73 (stabilité de l’échafaudage)
. R 4323-74 (effets du vent, résistance des appuis)
. R 4323-75 (déplacement, basculement d’un échafaudage roulant)
. R 4323-76 (charge admissible d’un échafaudage)
. R4323-77 (protection collective sur échafaudage)
. R4323-78 (planchers d’échafaudages)
. R 4323-79 (échafaudages moyens d’accès)
. R 4323-69 (montage, démontage et transformation des échafaudages formation)
. R 4323-70 (plan de montage, notice du fabricant, note de calcul)
. R 4323-71 (Protection intégrée dès le montage)

Travail en hauteur, appareils pour le levage des charges ou l'élévation du personnel

. Arrêté du 1^er mars 2004 relatif aux vérifications des appareils et accessoires de levage
. Arrêté du 2 décembre 1998 relatif à la formation à la conduite des équipements de travail mobiles automoteurs et des équipements de levage de charges ou de personnes