Avant de venir aux fermes et poutres treillis faisons la remarque suivante :
Sur une poutre sur deux appuis chargé verticalement de haut vers le bas (poids propre, neige, etc), l’aile supérieure de la section est comprimée et l’aile inférieure est tendue.Cette notion s’inverse si les efforts de soulèvement deviennent prépondérant (vent, vent cyclonique, etc)
Les constructeurs se sont vite rendu compte que les sections disponibles, en bois ou métal, ne permettaient pas tel quelles de grandes portés ni de grandes charges. Pour y arriver, il fallait donner de la hauteur aux poutres. De plus les sections laminées en fer du 19ème siècle étaient disponibles que sous forme de tôle, L et T Les IPN et autre H sont venus plus tard et avec des hauteurs limités ~300 puis 500mm.
Une première solution fut de reconstituer le H à l’aide de tôle, de plats, cornières le tout assemblé avec des rivets.
Enfin l’ultime phase, pour avoir des poutres plus haute tout en gardant de la légèreté, fut de remplacer la tôle constituant l’âme par des barres formant le treillis intérieur des poutres et fermes treillis métalliques.
Pour le bois, la démarche aboutissant aux fermes fut plus ancienne et surtout plus empirique. Les maîtres charpentiers, dans leurs recherches expérimentales aboutir, à des solutions similaires pour des charpentes de toiture.
Le remplacement de l’âme pleine s’est fait sur la remarque suivante.
Si on assemble quatre fers plats par un boulon à chaque extrémité pour former un carré, il ne faut pas grand effort pour le déformer en un parallélogramme. Par contre si on assemble trois fers plats de la même manière on obtient un triangle quasi indéformable. En associant de plusieurs de ces triangles ont obtient vite une poutre de ce type.
C’est la plus simple des poutres treillis. Les deux barres horizontales sont les membrures correspondantes aux ailes ou semelles des poutres en H. Elles reprennent les efforts de compression et de traction induit par le moment de flexion (une des composantes du torseur d’efforts internes). Les barres inclinées, successivement en compression puis en traction remplacent l’âme pleine et reprennent les efforts de cisaillement (autre composante du torseur d’efforts internes). Tout cela sous forme d’efforts normaux dans les éléments. Ces éléments sont dénommé « barres » par les calculateurs et sont en fait elle même des poutres à part entière et répondent à la théorie des poutres.
Correspondance des éléments.
C’est, avec les techniques actuelles, la solution de poutre treillis la plus économique. Hormis peut être pour des poutres extrêmement chargées. Certains ponts, deck offshore par exemple.
Et voilà, on en arrive aux fermes treillis qui ne sont en fait que des poutres treillis dont la membrure supérieure est brisée pour satisfaire les besoins de pentes de la toiture.
Il existe une très grande variété de formes toujours basées sur le triangle.
Voici quelques exemples dont la ferme Polonceau à l’extrême gauche. (dans ce cas l’entrait n’est pas retroussé)
Quelques termes :
Pour les fermes métalliques, ils sont très souvent empruntés à la charpente bois plus ancienne.
Nous voilà donc au cœur des fermes.
Dans un prochain message, je vous propose de parler des différents matériaux. De leurs qualités et défauts qui conduisent à l’adoption d’un type de ferme. A noter d’autre part que l’évolution des performances des matériaux, des couts de réalisation influent aussi sur le choix des formes.
A Suivre…
