Calcul d’un IPN ou IPE pour l’ouverture de mur porteur
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- On dimensionne désormais le plus souvent un IPE pour l’ouverture d’un mur porteur, même si dans le langage courant le terme IPN est fréquemment utilisé.
- Le calcul d’un IPN pour un mur porteur représente le choix de la section de la poutrelle, qui dépend des charges à reprendre, de la portée et du type de construction.
- Pour un IPN ou IPE de 120 mm, par exemple, les charges peuvent aller de 471 kg à 2 625 kg, selon que la portée entre les poteaux est de 5 m ou 2 m.
- Un BET (Bureau d’Études Techniques) est le seul organe compétent pour le calcul d’un IPN dans le cadre de l’ouverture d’un mur porteur, un maçon ne peut pas effectuer ces calculs, et peux, au mieux, donner une estimation préliminaire.
Calcul d’un IPN ou d’un autre type de poutre ?
Pour l’ouverture d’un mur porteur, on doit calculer un IPN. C’est vrai ? Oui et non.
Il est indispensable pour vous de prendre connaissance du vocabulaire technique de ce projet afin de bien communiquer avec votre BET (Bureau d’Études Techniques).
En premier lieu, on doit plutôt parler de dimensionner un IPN. Cette étape représente une phase de mise en rapport mathématique entre la section de l’IPN (ses dimensions), l’espace entre les supports (portée) et les charges à supporter.
Ensuite, l’IPN est en effet une poutre métallique destinée à supporter de lourdes charges, mais, de nos jours, on fait plutôt appel à un IPE pour les charges classiques, à un HEB pour les charges importantes et à un HEA pour les charges intermédiaires.
- IPN : ailes inclinées (I Profil Normal).
- IPE : ailes droites (I Profil Européen).
- HEA : ailes droites et longues à base forte (H profil Européen Allégée).
- HEB : ailes droites et longues à base allégée (H profil Européen Bases).
Si le mur porteur est très étroit, on part en principe sur un profil en « I »; plus étroit, mais plus haut, à capacité égale, qu’un profil en « H ».
Dans tous les cas, ces poutres en acier (classique, galvanisé ou inox) sont destinées à supporter de lourdes charges, souvent le support d’un plancher, et assurent la reprise des descentes de charge lors d’une ouverture de mur porteur. Leur bon dimensionnement est donc important non seulement pour assurer la sécurité du bâtiment, mais aussi afin de bien chiffrer l’ouverture du mur porteur.
Bon à savoir
Votre maçon vous parlera sans doute d’IPN, car ce nom désigne souvent toute poutrelle métallique, par convention pratique. Le BET, lui, vous donnera une nomenclature exacte, qui sera le plus souvent IPE ou HEB/A.
Charges d’exploitation et charges permanentes pour dimensionner un IPN
Toutes les poutres métalliques utilisées pour l’ouverture d’un mur porteur ont des sections différentes qui doivent être associées aux contraintes du chantier.
L’élément principal du calcul d’un IPN pour un mur porteur est le poids que cette poutrelle doit porter. Ces charges (on parle d’ailleurs de descente de charge) sont de 2 types :
- Les charges permanentes : il s’agit de la masse structurelle du bâtiment, comme les murs en élévation, les planchers, la toiture ou encore la charpente. Dans les calculs, cet élément est marqué G.
- Les charges d’exploitation : ce sont les occupants, les meubles, le stockage, les équipements et tout ce qui est mobile. Cet élément est marqué Q.
Un BET ne calcule pas un IPN pour un porteur en additionnant G et Q, ce serait dangereux. On ajoute un coefficient de sécurité de 1,5 par élément (Norme européenne) censé gérer l’imprévu. La charge totale, P, est donc égale à (1,35 x G) + (1,5 x Q).
Bon à savoir
S’il est toujours intéressant et tranquillisant de savoir comment on calcule un IPN, cette opération n’est pas réalisée par un maçon ou par un particulier. Ce type de calcul est l’affaire d’un BET, qui, outre l’expérience et le savoir-faire, dispose de toutes les assurances en cas de dommage.
Calcul d’un IPN : principes et limites
Pour dimensionner un IPN on doit effectuer deux calculs, la flèche, la flexion entre deux appuis, et la valeur W de la poutre qui indique la solidité de l’IPN par rapport à la casse. En effet, un acier peut être souple et moins porteur ou au contraire très porteuse, mais plus cassant.
La déformation de l’IPN est précisée dans l’abaque suivant.
| Portée entre 2 appuis | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sections d’IPN | 2 m | 2,5 m | 3 m | 3,5 m | 4 m | 4,5 m | 5 m | 5,5 m |
| 80 mm | 615 kg | 386 kg | – | – | – | – | – | – |
| 100 mm | 1 362 kg | 862 kg | 588 kg | 421 kg | – | – | – | – |
| 120 mm | 2 625 kg | 1 665 kg | 1 142 kg | 824 kg | 617 kg | 471 kg | – | – |
| 140 mm | 4 591 kg | 2 922 kg | 2 011 kg | 1 458 kg | 1 097 kg | 847 kg | 667 kg | 531 kg |
| 160 mm | 7 452 kg | 4 781 kg | 3 297 kg | 2 400 kg | 1 813 kg | 1 409 kg | 1 117 kg | 900 kg |
| 180 mm | 10 260 kg | 7 429 kg | 5 131 kg | 3 743 kg | 2 836 kg | 2 211 kg | 1 761 kg | 1 425 kg |
| 200 mm | 13 643 kg | 10 890 kg | 7 593 kg | 5 544 kg | 4 210 kg | 3 289 kg | 2 629 kg | 2 137 kg |
| Calculs de charges théoriques pour IPN NF 45-209 (L/500 et aciers S235JR / S275JR) Valeurs estimatives, seul un BET peut effectuer ces calculs. Poids de la poutrelle inclu. | ||||||||
Ce tableau indique la déformation maximale de l’acier sous le poids de charge en fonction de son dimensionnement et de la portée.
Dans le bâtiment résidentiel, on tolère une flèche de L/500 c’est-à-dire la longueur totale de l’IPN divisée par 500, par exemple, un IPN de 2 m de longueur ne doit pas avoir une déformation de plus de 4 mm.
Il faut en outre estimer la résistance de l’acier à la cassure. Pour y parvenir, on utilise un indicateur de résistance, noté W. Chaque poutrelle métallique a son indicateur W suivant son profilé et son acier. Le W doit être plus élevé que le rapport M/r (Moment fléchissant et Résistance).
Un BET effectue ces calculs pour indiquer quel IPN, IPE ou autre associé à l’ouverture d’un mur porteur.
La poutre doit être :
- Suffisamment résistante (W) pour supporter le poids sans casser, sinon il y a effondrement.
- Suffisamment rigide pour ne pas dépasser L/500, sinon le doublage placo ou le parement risque de se déformer et de fissurer.
Avis de l’auteur
Vous trouverez parfois l’indicateur W marqué Z. Il s’agit d’une différence de notation entre le système européen et le système anglo-saxon, ajouté à des simplifications arbitraires. La majorité des BET français et les logiciels utilisés pour ces calculs utilisent la lettre W étendue à Wely, Wply et Welz, toutes en cm³).
Tableau de charge et choix d’une poutre IPN, IPE et HEB/A
Vous pouvez considérer de la charge maximale qu’une poutre IPN standard peut supporter (selon la portée) est la suivante :
- IPN de 80 : 386 kg à 615 kg.
- IPN de 100 : 421 kg à 1 362 kg.
- IPN de 120 : 471 kg à 2 625 kg.
- IPN de 140 : 531 kg à 4 591 kg.
- IPN de 160 : 900 kg à 7 452 kg.
- IPN de 180 : 1 425 kg à 10 260 kg.
- IPN de 200 : 2 137 kg à 13 643 kg.
Pour les autres types de poutrelles qui peuvent être nécessaires pour ouvrir un mur porteur, on peut se référer aux valeurs indicatives suivantes (ces valeurs ne remplacent en cas une étude de BET et ne servent pas de base pour l’ouverture d’un mur porteur).
| Portée entre 2 appuis | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Section d’IPE | 2 m | 2,5 m | 3 m | 3,5 m | 4 m | 4,5 m | 5 m | 5,5 m |
| 80 mm | 505 kg | 315 kg | 215 kg | – | – | – | – | – |
| 100 mm | 1 120 kg | 710 kg | 485 kg | 350 kg | – | – | – | – |
| 120 mm | 2 110 kg | 1 340 kg | 920 kg | 665 kg | 500 kg | 385 kg | – | – |
| 140 mm | 3 580 kg | 2 275 kg | 1 565 kg | 1 135 kg | 860 kg | 665 kg | 525 kg | 420 kg |
| 160 mm | 5 690 kg | 3 620 kg | 2 500 kg | 1 820 kg | 1 380 kg | 1 075 kg | 850 kg | 690 kg |
| 180 mm | 8 550 kg | 5 450 kg | 3 770 kg | 2 750 kg | 2 095 kg | 1 640 kg | 1 310 kg | 1 060 kg |
| 200 mm | 12 450 kg | 7 940 kg | 5 510 kg | 4 025 kg | 3 075 kg | 2 410 kg | 1 930 kg | 1 570 kg |
| Calculs de charges théoriques pour IPE NF 45-209 (L/500 et aciers S235JR / S275JR) Valeurs estimatives, seul un BET peut effectuer ces calculs. Poids de la poutrelle inclu. | ||||||||
| Portée entre 2 appuis | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Section d’HEB | 2 m | 2,5 m | 3 m | 3,5 m | 4 m | 4,5 m | 5 m | 5,5 m |
| 100 mm | 4 580 kg | 2 920 kg | 2 010 kg | 1 460 kg | 1 100 kg | 850 kg | 670 kg | 540 kg |
| 120 mm | 7 920 kg | 5 050 kg | 3 480 kg | 2 540 kg | 1 920 kg | 1 500 kg | 1 190 kg | 960 kg |
| 140 mm | 12 400 kg | 7 920 kg | 5 480 kg | 4 010 kg | 3 040 kg | 2 380 kg | 1 900 kg | 1 550 kg |
| 160 mm | 18 450 kg | 11 810 kg | 8 180 kg | 5 990 kg | 4 550 kg | 3 570 kg | 2 860 kg | 2 330 kg |
| 180 mm | 25 700 kg | 16 480 kg | 11 440 kg | 8 390 kg | 6 380 kg | 5 020 kg | 4 030 kg | 3 300 kg |
| 200 mm | 35 150 kg | 22 550 kg | 15 650 kg | 11 500 kg | 8 770 kg | 6 910 kg | 5 560 kg | 4 570 kg |
| Calculs de charges théoriques pour IPE NF 45-209 (L/500 et aciers S235JR / S275JR) Valeurs estimatives, seul un BET peut effectuer ces calculs. Poids de la poutrelle inclu. | ||||||||
| Portée entre 2 appuis | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Section d’HEA | 2 m | 2,5 m | 3 m | 3,5 m | 4 m | 4,5 m | 5 m | 5,5 m |
| 100 mm | 3 340 kg | 2 130 kg | 1 470 kg | 1 070 kg | 810 kg | 625 kg | 490 kg | 390 kg |
| 120 mm | 5 560 kg | 3 550 kg | 2 450 kg | 1 785 kg | 1 350 kg | 1 050 kg | 835 kg | 675 kg |
| 140 mm | 8 820 kg | 5 640 kg | 3 900 kg | 2 855 kg | 2 165 kg | 1 690 kg | 1 350 kg | 1 100 kg |
| 160 mm | 13 450 kg | 8 620 kg | 5 970 kg | 4 375 kg | 3 325 kg | 2 610 kg | 2 090 kg | 1 700 kg |
| 180 mm | 18 500 kg | 11 870 kg | 8 230 kg | 6 040 kg | 4 600 kg | 3 615 kg | 2 900 kg | 2 370 kg |
| 200 mm | 25 800 kg | 16 570 kg | 11 500 kg | 8 450 kg | 6 440 kg | 5 075 kg | 4 080 kg | 3 345 kg |
| Calculs de charges théoriques pour IPE NF 45-209 (L/500 et aciers S235JR / S275JR) Valeurs estimatives, seul un BET peut effectuer ces calculs. Poids de la poutrelle inclu. | ||||||||
Exemples pratiques pour choisir la bonne poutre
Afin d’ouvrir un mur porteur en toute sécurité, et avant toute réalisation, le choix de la poutre est donc primordial. Le BET vous indiquera quels sections et types de poutre utiliser, mais voici quelques exemples pour vous donner une idée en comparant IPN et IPE.
- Un IPN de 120 mm sur une portée entre 2 poteaux de 2,5 m peut supporter environ 1 600 kg, tandis qu’un IPE porterait environ 1 300 kg.
- Un IPN de 120 mm avec une portée entre 2 poteaux de 4 m peut supporter environ 600 kg, tandis qu’un IPE porterait environ 500 kg.
- Une structure IPN de 180 mm avec portée de 2,5 m peut porter environ 7 400 kg, alors qu’un IPE soutient environ 5 400 kg avec la même structure.
- Une structure IPN de 180 mm avec portée de 4 m peut porter environ 2 800 kg, alors qu’un IPE soutient environ 2 000 kg.
Il est donc clair que l’IPE, désormais plus commun (mieux intégré à la construction moderne et à ses finitions) doit adopter une section plus importante qu’un IPN. En comparaison, une structure HEB de 120 mm porte 5 000 kg pour 2,5 m de portée et 1 900 kg pour 4 m.
Quand faire appel à un bureau d’études techniques ?
Il faut répéter cette précaution que de nombreux particuliers pensent pouvoir ignorer : l’ouverture d’un mur porteur et le dimensionnement de la poutre qui reprend les descentes de charges doivent être préparés par un BET.
Si la loi ne vous oblige pas toujours à contacter un BET pour ouvrir un mur porteur dans une maison individuelle, il faut tout de même vous y astreindre, car la sécurité de votre maison et de votre famille en dépend. Le cas échéant, un BET dispose de toutes les assurances nécessaires pour remettre le logement en sécurité structurelle.
Avis de l’auteur
J’insiste encore plus sur la nécessité d’une étude d’un Bureau d’Études Techniques pour l’ouverture d’un mur porteur en béton, ou même en brique ou en bois. En tant que spécialiste de la rénovation et ancien intervenant du bâtiment, je ne dimensionnerais jamais une poutrelle pour ouvrir un mur porteur, je contacterais un BET. Cette partie du projet est l’affaire d’un ingénieur et non pas d’un maçon ou d’un artisan, et encore moins celle d’un bricoleur.
Conséquences d’un mauvais calcul sur les murs porteurs et sur la structure du bâtiment
Le mauvais dimensionnement d’un IPE ou d’un IPN conduit à des problèmes structurels important.
Si la poutrelle est largement inférieure à la section requise, les conséquences sont graves et peuvent conduire à l’effondrement subit ou progressif de l’étage ou de la toiture.
Si la poutre est légèrement inférieure à la solidité nécessaire, elle va prendre de la flèche, se déformer sans pourtant casser. Dans ce cas les conséquences sont plus variables :
- Fissures dans les murs et les finitions.
- Affaissement des planchers ou de la charpente.
- Risques d’effondrement sur le long terme (contraintes sur les trumeaux et autres).
Dans tous les cas, même si aucun drame n’a lieu, le coût de reprise est énorme et conduit à des travaux très lourds.
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