Ouvertures et arcs
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Chapitre 5 — Ouvertures et Arcs
5.1 Introduction
Les ouvertures (fenêtres, portes, passages) et les arcs sont des éléments essentiels de la maçonnerie. Le briqueteur-maçon doit maîtriser la réalisation des linteaux, des arcs, des piédroits, des appuis de fenêtre et des seuils de porte, ainsi que les détails d'étanchéité, de drainage et de mouvement autour des ouvertures. Au Québec, les cycles de gel-dégel et les précipitations abondantes imposent des exigences sévères pour ces détails critiques qui concentrent les risques d'infiltration et de détérioration prématurée.
5.2 Linteaux
Les linteaux transfèrent les charges autour des portes, fenêtres et autres ouvertures sans fissurer la maçonnerie adjacente. Leur sélection et leur pose exigent de vérifier portée, appuis, protection contre la corrosion, dégagements, solins et compatibilité avec l’appareillage afin de respecter les plans structuraux et les exigences du CNB.
5.2.1 Définition et Fonction
Un linteau (lintel) est un élément structural horizontal placé au-dessus d'une ouverture pour supporter le poids de la maçonnerie située au-dessus et le reporter sur les piédroits (jambages) de chaque côté. Le linteau peut être en acier, en béton armé, en maçonnerie armée ou en pierre monolithique. Son dimensionnement est crucial car la rupture d'un linteau peut entraîner l'effondrement de la maçonnerie au-dessus de l'ouverture.
La hauteur de la maçonnerie que le linteau doit supporter n'est pas toujours toute la hauteur jusqu'au toit — un arc de décharge (arching effect) se forme naturellement dans la maçonnerie à 45° de part et d'autre de l'ouverture. Au-delà de cette hauteur, la charge est directement transmise aux piédroits sans passer par le linteau.
5.2.2 Types de Linteaux
Linteaux en acier :
Les plus courants dans la construction québécoise. Ils sont fabriqués à partir de profilés laminés à chaud (angles, HSS, poutrelles W-shape) en acier galvanisé à chaud ou inoxydable. Les cornières simples ou doubles (double angle) sont le type le plus utilisé pour les ouvertures standards.
Linteaux en béton armé :
Coulés en place ou préfabriqués, ils offrent une grande adaptabilité de forme et de dimension.
Linteaux en maçonnerie armée (bond beams) :
Blocs de maçonnerie spéciaux (bond beam blocks) en forme de U, remplis de béton et d'armature continue.
Linteaux préfabriqués :
Éléments en béton précontraint ou armé, fabriqués en usine avec des tolérances serrées.
5.2.3 Pose des Linteaux
Étapes de mise en œuvre :
Exigences :
5.2.4 Linteaux et Ponts Thermiques
Dans les murs isolés, les linteaux en acier créent des ponts thermiques significatifs. Solutions pour les atténuer :
5.3 Piédroits (Jambes d'Ouverture)
Les piédroits sont les éléments verticaux de chaque côté d'une ouverture. Ils supportent le linteau et transmettent les charges à la fondation.
5.3.1 Dimensionnement et Renforcement
5.3.2 Tolérances (CSA A371)
5.3.3 Détails de Construction
5.3.4 Maçonnerie Armée dans les Piédroits
Pour les ouvertures larges ou les bâtiments de plus de 3 étages, les piédroits sont renforcés par armature verticale :
5.4 Appuis de Fenêtre (Window Sills)
L'appui de fenêtre est un élément critique car il reçoit directement l'eau de pluie ruisselant sur la vitre. Il doit évacuer cette eau et protéger le mur sous la fenêtre des infiltrations.
5.4.1 Types d'Appuis
5.4.2 Détails de Mise en Œuvre
5.4.3 Problèmes Fréquents
5.5 Arcs
Les arcs de maçonnerie redistribuent les charges par compression et demandent une géométrie beaucoup plus stricte qu’un simple linteau droit. Le briqueteur-maçon doit contrôler cintre, claveaux, joints rayonnants, culées, mortier et décoffrage pour obtenir un ouvrage stable, esthétique et compatible avec les plans de restauration ou de construction neuve.
5.5.1 Principe Structural
Un arc transfère les charges verticales en forces de compression le long de sa courbure vers les piédroits. La brique et la pierre, matériaux très résistants en compression (20–80 MPa) mais faibles en tension (0,5–2 MPa), trouvent dans l'arc leur forme structurale la plus naturelle et la plus efficace.
Les arcs sont apparus dès l'Antiquité (Mésopotamie, Égypte, Rome) et ont permis de franchir des portées considérables jusqu'à l'avènement de la construction métallique au XIXe siècle. Aujourd'hui, ils sont principalement utilisés en restauration patrimoniale, en architecture contemporaine de prestige, et dans certains petits ouvrages comme les foyers et les allées de jardin.
5.5.2 Terminologie
5.5.3 Types d'Arcs
Arc en plein cintre (semicircular arch) :
Demi-cercle parfait où la flèche est égale à la moitié de la portée (f = s/2). C'est la forme la plus stable et la plus résistante. Utilisé dans les bâtiments patrimoniaux — églises, cathédrales, ponts romains — mais aussi dans l'architecture contemporaine pour les grandes baies vitrées et les entrées monumentales.
Arc surbaissé (segmental arch) :
Arc dont la flèche est inférieure à la moitié de la portée (f < s/2). Le rapport flèche/portée typique est de 1/6 à 1/3. Utilisé quand la hauteur disponible entre la naissance et le plafond est limitée. L'arc surbaissé exerce une poussée horizontale plus importante sur les piédroits que l'arc en plein cintre.
Arc en anse de panier (basket-handle / three-centered arch) :
Trois arcs de cercle raccordés tangentiellement : deux petits arcs sur les côtés (aux naissances) et un grand arc au centre. Cette forme élégante permet de grandes portées avec une hauteur modérée. Souvent utilisé dans les ponts et les arcades.
Arc en ogive (pointed arch / Gothic arch) :
Deux arcs de cercle de rayons différents (ou identiques) se rencontrant en un point au sommet. Caractéristique de l'architecture gothique. La forme ogivale répartit les charges plus efficacement que le plein cintre, permettant des hauteurs vertigineuses et des portées importantes.
Arc plat (flat arch / jack arch) :
Arc dont l'intrados est horizontal mais les joints des voussoirs sont radiaux (les voussoirs sont taillés en coin). Donne l'illusion d'un linteau plat tout en conservant le principe de l'arc. Chaque voussoir doit être parfaitement taillé pour que l'arc fonctionne en compression pure.
Arc déprimé (elliptical arch) :
Arc de forme elliptique, combinant une grande portée et une faible flèche. Plus difficile à tracer et à construire que les autres types d'arcs.
5.5.4 Méthodes de Tracé
Tracé à la corde et au compas (arc en plein cintre) :
Tracé d'un arc surbaissé :
5.5.5 Construction d'un Arc
Étape 1 — Fabrication du ceintre (centering) :
Le ceintre est un gabarit en bois (contreplaqué 19 mm ou planches) qui reproduit exactement l'intrados de l'arc. Il est supporté par des étais verticaux réglables (tubes télescopiques ou vérins à bois). La surface du ceintre est recouverte d'une feuille de polyéthylène ou de papier huilé pour éviter que le mortier n'adhère au bois lors du décintrement.
Étape 2 — Taille des voussoirs :
Chaque brique est taillée en coin (trapèze) à l'aide d'une meule sur table, d'une scie à maçonnerie ou d'un ciseau à pierre. L'angle de coupe est déterminé par le nombre de voussoirs et le rayon de l'arc. Tous les joints radiaux doivent converger vers le centre de courbure. Pour un arc en plein cintre de 7 voussoirs, chaque voussoir a un angle de 180°/(7+1) = 22,5°.
Étape 3 — Pose des voussoirs :
La pose commence simultanément par les deux voussoirs de naissance (un de chaque côté) et progresse symétriquement vers le sommet. Chaque voussoir est posé sur un joint de mortier complet sur les faces radiales. La vérification à l'équerre et au niveau est faite pour chaque voussoir. Les joints radiaux doivent avoir une épaisseur uniforme de 10 mm sur toute la profondeur.
Étape 4 — Mise en place de la clé (keystone) :
La clé est le dernier voussoir posé. Elle est légèrement plus large (2–5 mm) que l'espace restant pour créer un effet de coin qui verrouille l'arc en compression. La clé est posée avec un mortier un peu plus fluide (type S ou M) pour remplir complètement le joint. On l'enfonce par martelage léger avec un maillet en caoutchouc.
Étape 5 — Décintrement (centering removal) :
Le ceintre ne doit pas être retiré avant que le mortier ait atteint une résistance suffisante — généralement 7 jours de cure (14 jours par temps froid, < 10 °C). Le décintrement se fait par abaissement progressif des étais (2–3 mm par jour) pour que l'arc prenne sa flèche de déformation (settlement) de 5–10 mm à la clé. Un décintrement brutal peut faire flamber (s'effondrer) l'arc.
5.5.6 Considérations Sismiques
Le CNB 2020 exige pour les arcs situés dans les zones sismiques (Montréal, Québec, Gatineau, Trois-Rivières, la quasi-totalité du Québec habité) :
5.6 Joints de Mouvement Autour des Ouvertures
Les ouvertures sont des points de concentration de contraintes thermiques et structurales. Des joints de mouvement bien conçus sont essentiels.
5.7 Étanchéité et Détails d'Eau
Les ouvertures sont les points les plus vulnérables aux infiltrations. Les détails suivants sont obligatoires :
Solin sous l'appui de fenêtre :
Solin au-dessus du linteau :
Coupe-feu dans la cavité :
Barrière coupe-vapeur :
Ruban d'étanchéité :
5.8 Sécurité des Travaux
5.9 Références Normatives
5.10 Résumé
Les ouvertures et les arcs sont des points névralgiques de la maçonnerie qui concentrent les charges structurales, les contraintes thermiques et les risques d'infiltration d'eau. Le briqueteur-maçon doit maîtriser les différents types de linteaux (acier, béton, maçonnerie armée, préfabriqué), les piédroits correctement dimensionnés et renforcés, les appuis de fenêtre drainés avec solin et larmier, et la construction des arcs (plein cintre, surbaissé, anse de panier, ogive, plat) incluant le tracé, la taille des voussoirs, la pose symétrique et le décintrement progressif. L'étanchéité (solin, larmier, chasse-goutte), les joints de mouvement et la conformité aux normes CNB 2020 et CSA A371 sont essentiels pour la durabilité des ouvrages en climat québécois. Le chapitre suivant traite de la maçonnerie de pierre.
5.3 Conception et installation des linteaux
Les linteaux supportent les charges au-dessus des ouvertures (portes, fenêtres, portes de garage). Selon la norme CSA A371, un linteau en maçonnerie armée ou en béton préfabriqué doit avoir une portée d'appui d'au moins 200 mm de chaque côté de l'ouverture. La hauteur du linteau doit être calculée en fonction de la charge à supporter et de la portée libre.
Les linteaux préfabriqués en béton précontraint sont les plus courants dans la construction québécoise. Ils sont disponibles en différentes sections (largeur de 100 à 300 mm, hauteur de 100 à 400 mm) et peuvent supporter des charges uniformément réparties allant jusqu'à 30 kN/m linéaire. Leur fabrication en usine assure un contrôle qualité rigoureux.
Les linteaux en acier (poutrelles d'acier de section H ou W) sont utilisés pour les grandes portées (plus de 3 mètres). Ils sont enveloppés de maçonnerie pour la protection incendie. Un espace de 10 mm est prévu entre l'acier et la maçonnerie pour la dilatation thermique.
5.4 Arcs en maçonnerie — types et méthodes de construction
L'arc en maçonnerie est une technique ancestrale qui permet de franchir des ouvertures sans linteau. Les arcs sont classés selon leur géométrie : arc en plein cintre (demi-cercle), arc surbaissé (segment de cercle), arc en anse de panier (trois centres), arc en ogive (deux arcs de cercle se rejoignant au sommet). Au Québec, les arcs en plein cintre et surbaissés sont les plus fréquents.
La construction d'un arc nécessite un cintre de support temporaire en bois. Les claveaux (voussoirs) sont posés symétriquement de chaque côté de l'arc, en commençant par la naissance. La dernière pierre posée au sommet est la clé de voûte. Les joints entre claveaux sont radiaux (pointent vers le centre de l'arc) et leur épaisseur ne doit pas varier de plus de 2 mm.
Le calcul de la flèche (hauteur de l'arc) se fait selon la relation f = R × (1 - cos(θ/2)) pour un arc en plein cintre, où R est le rayon et θ l'angle d'ouverture. Pour un arc surbaissé, la flèche est généralement comprise entre 1/6 et 1/10 de la portée.
5.5 Arcs de décharge et arcs de soulagement
Les arcs de décharge sont construits au-dessus des linteaux pour redistribuer les charges vers les zones pleines du mur. Ils sont particulièrement importants dans les murs porteurs où l'ouverture est large. L'arc de décharge peut être apparent ou noyé dans la maçonnerie.
Les arcs de soulagement (segmental relieving arches) sont intégrés dans l'épaisseur du mur derrière le parement. Ils sont dimensionnés pour supporter la charge complète de la maçonnerie sus-jacente sur une hauteur égale à la portée de l'ouverture. La flèche minimale est de 100 mm pour les portées inférieures à 2 mètres.
5.6 Appuis de fenêtre et seuils de porte
Les appuis de fenêtre (tablettes) en pierre naturelle ou en béton préfabriqué doivent dépasser de 30 à 50 mm de chaque côté de la fenêtre. Une goutte d'eau (larmier) est taillée sous l'appui pour empêcher l'eau de ruisseler sur le mur. La pente de l'appui vers l'extérieur est de 5 à 10 degrés.
Les seuils de porte en maçonnerie sont exposés à des charges piétonnières et mécaniques. Ils sont renforcés par des barres d'armature de 10 mm de diamètre espacées de 200 mm. Le mortier utilisé pour les seuils est de type S à haute résistance.
5.7 Techniques d'étanchéité autour des ouvertures
L'étanchéité à l'air et à l'eau autour des ouvertures est critique. Un ruban d'étanchéité auto-expansif est installé entre le cadre de fenêtre et la maçonnerie. Le mastic de jointoiement (silicone neutre ou polyuréthane) doit avoir une capacité de mouvement de ± 25 % pour absorber les dilatations différentielles.
Les coupe-froid et les solins intégrés assurent la continuité du plan d'étanchéité. Le recouvrement du solin avec le pare-air du mur est d'au moins 100 mm. Les joints de dilatation doivent être prévus autour des grandes ouvertures vitrées.
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