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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Charpente bois 31 a Eurocode 5 : calcul des ouvrages en bois

Charpente bois FICHE

Eurocode 5 : calcul des ouvrages en bois

31 a

L'Eurocode 5 traite du calcul des ouvrages en bois. Sa partie 1.1 intitulée « Règles générales et règles applicables au bâtiment », qui possède le statut de norme européenne provisoire (ENV 1995-1-1), a été reprise par le document d'application nationale (DAN-ENV 1995-1.1), qui fait l'objet de la norme expérimentale XP-P 21-711 d'août 1995. L'élaboration des documents d'application des parties 1.2 « Calcul au feu des ouvrages », et 2 « Ponts » de l'Eurocode 5 est en cours d'achèvement. L'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 contient la version française de l'Eurocode 5 : il précise les adaptations nationales qui préfigurent les observations que présentera la France lors de l'élaboration de la version finale de l'Eurocode 5 (EN) ; il précise les valeurs des coefficients partiels de sécurité applicables en France ; il recense les normes d'accompagnement. L'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 constitue un document contractualisable, il n'est applicable que s'il y est fait explicitement référence. En tout état de cause le caractère expérimental de ce document ne doit pas être perdu de vue. Une recommandation du 10 mars 1997 de la Commission française de structures bois soumet les assemblages conçus conformément au chapitre VI du DAN-ENV 1995-1.1 à une vérification expérimentale. Une campagne d'essais est prévue en France pour les assemblages courants ; d'autres essais vont être entrepris en Europe, notamment en Allemagne.

31 a.1 Introduction de l'Eurocode 5 Comme les autres Eurocodes, l'Eurocode 5 est destiné à servir de document de référence permettant de prouver la conformité des ouvrages en bois aux exigences essentielles de la Directive sur les produits de construction. L'Eurocode 5 est accompagné de normes de référence dont les principales sont : EN 335-1 : Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - définition des classes de risque d'attaque biologique. Partie 1 : généralités. EN 335-2 : Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - définition des classes de risque d'attaque biologique. Partie 2 : application au bois massif. EN 335-3 : Durabilité du bois et des matériaux dérivés du bois - définition des classes de risque d'attaque biologique. Partie 3 : application aux panneaux à base de bois. EN 338 : Bois de structures. Classes de résistance. EN 386 : Bois lamellé-collé. Exigences de performances et prescriptions minimales de fabrication. EN 1194 : Structures en bois. Bois lamellé-collé. Classes de résistance et détermination des valeurs caractéristiques.

31 a.2 Bases de conception et de calcul Les exigences fondamentales visent l'aptitude à l'emploi et la résistance de l'ouvrage pendant la construction et la durée de vie prévue.

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1 États limites Les états limites sont les bornes au-delà desquelles ces exigences ne sont plus satisfaites. Les états limites de service sont décrits comme des valeurs limites de déformations de sollicitations à ne pas dépasser pour les combinaisons d'actions spécifiées. Les états limites ultimes sont décrits comme des valeurs limites de sollicitations à ne pas dépasser pour les combinaisons d'actions appropriées.

2 Actions Les actions (F) sont des forces ou des déformations appliquées à la structure ; elles peuvent être permanentes (G), variables (Q), ou accidentelles (A). Les valeurs caractéristiques des actions (Fk) sont fixées par l'Eurocode 1 ou, à défaut, déterminées d'après les normes existantes. Les valeurs représentatives des actions variables sont soit égales à leur valeur caractéristique, soit liées à celle-ci au moyen d'un facteur multiplicatif (Ψi) représentant le degré de concomitance de l'action variable considérée avec les autres actions de la combinaison. Les valeurs de calcul des actions (Fd) sont exprimées par : Fd = γ F × Fk où : γF : coefficient de sécurité partiel pour l'action considérée ; Fk : valeur caractéristique de l'action. Pour les actions permanentes : G d = γG × G k Pour les actions variables : Q d = γQ × Q k ou Q d = γQ Ψ i Q k Pour les actions accidentelles : Ad = Ak

3 Matériaux Les propriétés des matériaux sont définies par leur valeur caractéristique Xk. La valeur de calcul (Xd) d'une propriété d'un matériau est donnée par : Xd = kmod — Xk/γM où : γM : coefficient partiel de sécurité du matériau ; kmod : coefficient modificatif représentant les réductions de résistance dues à la durée de chargement et aux conditions de service.

4 Règles de conception et de calcul

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On doit vérifier qu'aucun des états limites à considérer n'est dépassé, pour toutes les situations du projet et tous les cas de charges à envisager. Les modèles de calcul doivent être appropriés, et au besoin complétés par des essais.

États limites ultimes À l'état limite d'équilibre statique, on doit vérifier que : Ed, dst ≤ Ed, stb où : Ed, dst : effet de calcul des actions déstabilisantes ; Ed, stb : effet de calcul des actions stabilisantes. À l'état limite de rupture ou de déformation excessive d'une section ou d'un assemblage, on doit vérifier que : Ed ≤ Rd où : Ed : valeur de calcul pour l'effet des actions considérées ; Rd : résistance de calcul correspondante. Les effets des actions (Ed) sont obtenus en appliquant les règles de combinaisons résumées ci-dessous : Situations de projet durables et transitoires :

avec : G k,j : valeurs caractéristiques des actions permanentes ; Q k,1 : valeur caractéristique de l'action variable de base (obtenue par permutation des actions variables) ; Q k,i : valeurs caractéristiques des actions variables d'accompagnement ; γG,j : coefficient partiel de sécurité pour les actions permanentes ; γQ,i : coefficient partiel pour les actions variables ; Ψ 0,i : valeur de combinaison du facteur Ψ i. Situations accidentelles :

avec les mêmes définitions que ci-dessus, complétées par : γGA,j : coefficient partiel de sécurité pour les actions accidentelles ; Ad : valeur de calcul de l'action accidentelle ; Ψ 1,1 : valeur fréquente du facteur Ψ i ; Ψ 2,i : valeur quasi permanente.

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États limites de service On doit vérifier que : Ed ≤ Cd où : Cd : valeur nominale ou fonction de certaines propriétés de calcul (flèche, fréquence, etc.) ; Ed : effet de calcul des actions. Les combinaisons d'actions à considérer pour le calcul sont : Combinaison rare :

avec les mêmes notations que précédemment. Combinaison quasi permanente :

5 Durabilité Les bois et les matériaux à base de bois doivent soit posséder une durabilité naturelle suffisante (norme EN 350-2) pour les classes de risque définies dans les normes EN 335-1, EN 335-2, pr EN 335-3, soit avoir reçu un traitement approprié (normes EN 351-1 et pr EN 460). Les organes d'assemblages et éléments métalliques doivent être résistants à la corrosion.

31 a.3 Matériaux 1 Classes de service La classe de service 1 correspond pour les bois résineux à une humidité moyenne d'équilibre o ≤ 12 % ; elle est caractérisée par une température de 20 C et une humidité de l'ambiance ne dépassant 65 % que quelques semaines par an. La classe de service 2 correspond pour la plupart des bois résineux à une humidité moyenne o d'équilibre ≤ 20 % ; elle est caractérisée par une température de 20 C et une humidité de l'ambiance ne dépassant 85 % que quelques semaines par an. La classe de service 3 est caractérisée par des ambiances conduisant à des taux d'humidité plus élevés qu'en classe 2 ; les structures abritées ne peuvent être considérées en classe 3 que dans les cas exceptionnels.

2 Classes de durée de charge Elles sont définies dans le tableau 3.1.6 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1, et reproduites au tableau 1 :

Tableau 1 - Classes de durée de charge

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Classe de durée de charge

Durée cumulée d'application de l'action

Exemples

Permanente

Plus de 10 ans

Poids propre

Long terme

6 mois à 10 ans

Stockage • Charges d'exploitation

Moyen terme

1 semaine à 6 mois

Court terme

Moins d'une semaine

Instantanée

• Neige en montagne (partiellement) Neige et vent (sauf neige en montagne) Action accidentelle

3 Coefficient kmod Les valeurs de (kmod) sont données en fonction des classes de service et des classes de durée de charge dans le tableau 3.1.7 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1, dont une partie est reproduite au tableau 2 :

Tableau 2 - Valeurs de (kmod) selon la classe de service et la classe de durée de charge

Classe de service

Classe de durée de charge du bois massif et du bois lamellé-collé

1

2

3

Permanente

0,60 0,60 0,50

Long terme

0,70 0,70 0,55

Moyen terme

0,80 0,80 0,65

Court terme

0,90 0,90 0,70

Instantanée

1,10 1,10 0,90

4 Bois massif Le bois doit être classé conformément aux règles ; ces règles de classement des bois massifs doivent être conformes à la norme pr EN 518 pour le classement visuel et à la norme pr EN 519 pour le classement machine. Les classes de résistance du bois massif sont définies par la norme EN 338.

5 Bois lamellé-collé Le bois lamellé-collé doit être fabriqué conformément à la norme EN 386. Les classes de résistance du bois lamellé-collé sont définies par la norme pr EN 1194.

6 Matériaux à base de bois Des règles de classement, similaires aux précédentes, sont spécifiées par l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 pour les matériaux à base de bois (contreplaqués, panneaux de particules, panneaux

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de fibres).

31 a.4 États limites de service 1 Exigences générales Les déformations des structures sous l'effet des actions et des conditions d'humidité doivent rester dans des limites appropriées. Des règles d'application sont données pour la prise en compte du fluage et du glissement des assemblages dans le calcul des déformations. La somme de la déformation instantanée (Uinst) et de l'accroissement différé de la déformation dû au fluage (∆Udiff) correspond à la déformation finale : Ufin = Uinst + ∆Udiff L'accroissement différé de la déformation est donné par : ∆Udiff = kdef Uinst kdef étant pris dans le tableau 3, extrait du tableau 4.1.1 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

Tableau 3 - Quelques valeurs de kdef

Classe de service

Matériaux

1

2

3

0,60

0,80

2,00

Contreplaqué

0,80

1,00

2,50

Panneaux de particules et 0SB grades 3 et 4

1,5

2,25

-

Bois massif Bois lamellé-collé

(1) Pour des bois massifs, posés avec un taux d'humidité supérieur à 25 %, la valeur de (kdef) doit être

normalement augmentée de 1.

2 Glissements d'assemblages Ils sont caractérisés par un module de glissement (Kser), dont les valeurs sont données dans le tableau 4.2 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

3 Valeurs limites des flèches Pour les bâtiments courants, les valeurs limites recommandées des flèches verticales et horizontales sont données dans le tableau 4.3.1.aA et le tableau 4.3.1.bA de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1. Des précautions contre les risques d'accumulation d'eau de pluie sont recommandées à l'article 4.3.3.A de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

4 Vibrations Des règles de vérification par le calcul sont données au § 4.4 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

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31 a.5 États limites ultimes 1 Formules d'interaction L'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 spécifie, dans son chapitre 5, les critères de contraintes à respecter pour les sollicitations non concomitantes, ainsi que des formules d'interaction pour les sollicitations concomitantes. Un effet d'échelle est pris en compte pour la traction transversale, c'est-à-dire qu'une augmentation du volume sollicité entraîne une diminution de la résistance.

2 Poutres entaillées Le cas des poutres entaillées aux extrémités est traité au moyen d'un coefficient d'entaille (kv) qui diminue la contrainte limite ultime de calcul au cisaillement (f u,d) ; cette limite s'applique à la vérification de la contrainte de cisaillement (τd) de la section réduite de la poutre (b.he) sollicitée par l'effort tranchant (V) (fig. 1). τd = 1,5 V/b.he avec τd ≤ kv f u,d

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Fig. 1 Poutre entaillée sur appui

3 Flambement L'accroissement des contraintes de compression dû au flambement des pièces comprimées axialement est pris en compte par l'intermédiaire d'un coefficient de flambement (kc). Les contraintes de compression de calcul doivent être inférieures ou égales au produit de la résistance de calcul à la compression par le coefficient de flambement : σc,d ≤ kc — f c,d

4 Déversement L'accroissement des contraintes de flexion dû au déversement des pièces fléchies est pris en compte par l'intermédiaire d'un coefficient de déversement (kinst). σm,d < kinst — f m,d

5 Poutres à inertie variable Des formules de vérification spécifiques pour ces poutres sont données aux § 5.2.3 et 5.2.4 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1. La figure 2 décline le cas des poutres à inertie variable.

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Fig. 2 Poutres à inertie variable

6 Poutres courbes Des formules de vérification spécifiques sont données au § 5.2.4 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1. On distingue les poutres courbes des poutres à intrados courbe (fig. 3)

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Fig. 3 Poutres courbes

Composants Le cas des poutres à âmes minces collées et celui des poutres à semelles minces collées sont traités au § 5.3.1 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

Charpentes triangulées

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Les règles de modélisation des structures triangulées, et les définitions des longueurs de flambement de ces structures sont données dans le § 5.4.1 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

Diaphragmes Des règles applicables aux diaphragmes de toiture et de plancher, ainsi que des règles applicables aux diaphragmes de murs sont précisées aux § 5.4.2 et 5.4.3 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

Portiques Les défauts initiaux de géométrie des portiques doivent être pris en compte pour les analyses non linéaires du second ordre ; des indications sont données au § 5.4.4 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1.

Contreventement Le § 5.4.5 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 prescrit la nécessité de contreventer les structures et précise les efforts de stabilisation d'ensemble devant être repris par le contreventement.

31 a.6 Assemblages Le dimensionnement des assemblages, tel que défini par le chapitre 6 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1, dépend exclusivement de l'application de la théorie de l'équilibre limite qui prend en considération l'écrasement du bois au contact des broches métalliques d'assemblage et la plastification de ces broches. Des vérifications complémentaires s'avèrent indispensables pour se prémunir contre les risques de fissuration et de rupture de blocs. Rappelons que les assemblages des projets conçus selon l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 sont visés par la recommandation du 10 mars 1997 de la Commission française des structures bois, selon laquelle ils doivent être soumis à une vérification expérimentale. Il est prévisible que des critères de dimensionnement complémentaires aux critères actuels seront rajoutés à l'issue du programme de recherche spécifique initié en 1997.

31 a.7 Dispositions constructives et contrôle Le chapitre 7 de l'Eurocode DAN-ENV 1995-1.1 donne essentiellement les règles de mise en œuvre des assemblages, et des indications relatives au contrôle de fabrication et d'exécution.

31 a.8 Annexes de l'Eurocode 5 1 Annexe A Cette annexe, qui n'a qu'un caractère informatif, donne la méthode permettant de déterminer la valeur caractéristique correspondant au fractile 5 % d'une classe de résistance pour les essais de caractérisation, et la méthode permettant de déterminer les critères d'acceptation pour le contrôle de fabrication.

2 Annexe B

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Cette annexe, à caractère informatif, donne les formules de calcul des poutres en caisson, en T, ou en I, assemblées mécaniquement.

3 Annexe C Cette annexe, à caractère normatif, donne les règles de calcul des poteaux reconstitués, et notamment des poteaux moisés.

4 Annexe D Cette annexe, à caractère normatif, vise la conception et le calcul des fermes assemblées par connecteurs métalliques (fermettes).

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Charpente bois 31 b DAN-Eurocode 5, chapitre 6 : conception des assemblages bois en double cisaillement

Charpente bois FICHE

DAN-Eurocode 5, chapitre 6 : conception des assemblages bois en double cisaillement

31 b

Élaborées à partir de la théorie de l'analyse limite, les formules du chapitre 6, « Assemblages de type tige », du DAN-EC5 permettent de dimensionner des assemblages bois aux états limites de résistance. Ces assemblages, appelés « assemblages mécaniques », sont le plus souvent réalisés avec des pointes traversantes et ancrées dans le bois ou avec des boulons ou des broches.

31 b.1 Règles de dimensionnement Les règles de dimensionnement considèrent principalement : les caractéristiques du bois en termes de portance locale (notée f h) ; les épaisseurs des éléments à assembler (notées t 1, pour les moises latérales ou t 2, pour la pièce centrale) ; la rigidité en flexion des organes d'assemblage (notée f y). La résistance caractéristique par plan de cisaillement, notée [ Rk ], d'un organe d'assemblage de type tige est donnée par plusieurs relations issues de la théorie de l'analyse limite (théorie de Johansen). À chaque relation correspond un mode particulier de déformation des tiges. La résistance d'un organe de type tige est indépendante de la direction de l'effort par rapport au fil du bois pour un diamètre inférieur ou égal à 8 mm.

31 b.2 Formules de dimensionnement Les formules de dimensionnement données ci-après sont associées à trois modes spécifiques de rupture des assemblages, constatés après essai de traction : Le mode 1 correspond à une rupture de l'assemblage sans déformation des tiges. Le mode 2 correspond à la création d'une rotule plastique située dans le plan médian de l'assemblage. Le mode 3 correspond à la création de trois rotules plastiques dans la zone d'assemblage.

1 Assemblage bois sur bois En double cisaillement, les assemblages bois sur bois ont une résistance de calcul par plan de cisaillement et par assembleur donnée par les relations du tableau 1 :

Tableau 1 - Résistance de calcul dans les assemblages bois sur bois

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dans lesquelles : Rd : résistance de calcul par plan de cisaillement et par assembleur (en N) ; f h1,k, f h2,k : résistances caractéristiques en portance locale pour les éléments latéraux et pour la pièce centrale ; elles s'expriment en MPa, dépendent du diamètre des assembleurs et de la masse volumique caractéristique du bois ; t 1 : épaisseur des moises latérales (en mm) ; t 2 : épaisseur de la pièce centrale (en mm) ; d : diamètre de l'organe d'assemblage (en mm) ; M y,k : moment plastique des broches ou des boulons (en N/mm) ; il dépend de la résistance caractéristique de l'acier en traction et du diamètre de l'assembleur ; γm : coefficient partiel de sécurité du bois ; γm = 1,3 ; kmod : un coefficient intégrant les conditions d'environnement (humidité) et de charges (durée d'application). D'une façon générale, pour garantir les performances des assemblages bois sur bois en double cisaillement, les éléments doivent avoir une épaisseur de 30 mm pour les pièces latérales et de 40 mm pour les éléments internes.

2 Assemblage bois-métal Pour les liaisons bois-métal avec des plaques d'épaisseur t ≤ 0,5 d, la résistance par plan de cisaillement et par assembleur est alors donnée par les relations du tableau 2 :

Tableau 2 - Résistance de calcul dans les assemblages bois-métal

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Dans tous les cas, des organes de serrage sont nécessaires ; ils doivent être posés avec des rondelles de dimensions correctes en contact avec le bois, disposées sous les têtes ou sous les écrous.

31 b.3 Dispositions géométriques En termes de conception, les comportements unitaires, donnés ci-avant au § 2, sont associés à des dispositions géométriques minimales résumées sur la figure 1 et le tableau 3 (ces dispositions dépendent du diamètre d des organes d'assemblage) :

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Fig. 1 Distances minimales a1, a2, a3, a4 à respecter.

Tableau 3 - Dispositions minimales des organes d'assemblage - Prescriptions valides 3

pour des essences de masse volumique caractéristique inférieure à 420 kg/m

Distances minimales Types d'assembleurs

a1

a2

a3

a4

Boulons

7d

4d

7d

3d

Broches

7d

3d

7d

3d

5d

15 d

5d

10 d Pointes 12 d (d ≥ 5 mm) Pour des emballages cloués, acier sur bois, les espacements sont à pondérer par 0,7.

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31 b.4 Nombre efficace et rupture de bloc 1 Nombre efficace La distribution des efforts n'étant pas identique pour plus de six boulons ou broches en ligne dans la direction de l'effort, il convient de réduire la capacité de charge des boulons ou broches supplémentaires. Le nombre efficace est donné par la relation suivante, où n est le nombre de boulons en ligne : nef = 6 + [2 (n — 6)]/3

2 Rupture de bloc Dans le cas de la mise en œuvre d'un nombre d'assembleurs significatif, la résistance au déchirement du bois peut conditionner la capacité résistante de la liaison. La rupture de bloc doit être vérifiée par rapport à la section nette efficace du bois dans la zone d'assemblage. Cette vérification met en jeu les résistances en cisaillement et en traction du bois sur des plans perpendiculaires. La section nette efficace doit être définie selon les modes possibles de rupture.

31 b.5 Glissement d'assemblage Pour prendre en compte un jeu initial de 1 mm, le DAN-EC5 introduit des raideurs d'assemblage en service notées Kser, et s'exprimant en N/mm. Indépendamment de la direction de l'effort sollicitant, ce module de glissement varie en fonction du diamètre d (en mm) de l'organe d'assemblage et de la masse volumique du bois ρk (en 3

kg/m ), donc du matériau utilisé (tab. 4).

Tableau 4 - Expression des valeurs de Kser par type d'organe d'assemblage et par plan de cisaillement

Types d'assembleurs

Valeur de Kser 1,5

(d/20)

1,5

(d/30)

1,5

(d

Broches

ρk

Boulons

ρk

Pointes

ρk

0,8

/25)

1 États limites de service Les glissements à long terme sont calculés avec les valeurs des coefficients de fluage notées Kdef données dans le tableau 4.1.I du DAN-EC5. La déformation finale Ufin intégrant des déformations à long terme est donnée par la relation : Ufin = Uinst (1 + Kdef)

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où : Kdef : coefficient de fluage qui décrit l'augmentation de la déformation avec le temps en fonction des conditions climatiques et de la durée de chargement considérée (par exemple, Kdef = 0,8 en classe de service 2) ; Uinst = F/Kser ; F : valeur de calcul de l'effort aux états limites de service par assembleur. À titre d'exemple, pour une combinaison d'une action permanente (G) et d'une seule action variable (Q), la déformation finale est donnée par la relation : Ufin = Uinst, G (1 + Kdef, G) + Uinst, Q (1 + Kdef, Q) Aux états limites de service, le calcul des déformations nécessite de déterminer la contribution de chacune des actions avec la valeur appropriée de Kdef.

2 États limites ultimes Aux états limites ultimes, le calcul de la déformation finale Uu (en mm) doit intégrer : la résistance de calcul par assembleur, établie en considérant le coefficient kmod associé à la plus faible classe de durée de charge ; un module de déformation instantané Ku, en N/mm : Ku = 2/3 Kser ; la classe de ductilité statique de l'assemblage µs ; en général µs varie de 1 à 3. Le critère de vérification est le suivant : Uu ≤ µs.Rd/Ku

31 b.6 Traction transversale Dans le cas d'un transfert d'effort oblique par rapport au fil du bois, la capacité résistante de la liaison peut être conditionnée par le taux de travail du bois en traction transversale ( fig. 2).

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Fig. 2 Effort oblique transmis par un assemblage

Le DAN-EC5 introduit les vérifications complémentaires suivantes :

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dans lesquelles : F90,d : valeur de calcul de l'effort de traction perpendiculaire dû à l'assemblage (en N) ; Fd : valeur de l'effort transmis par l'assemblage selon un angle αpar rapport au fil ; f vd : résistance de calcul en cisaillement (en MPa) ; he : hauteur d'entaille (en mm) ; t : épaisseur de l'élément médian (en mm) ; Vd : valeur de calcul de l'effort tranchant maximal (en N) dans la section d'assemblage ; M d : valeur de calcul du moment de flexion (en N/m) dans la section d'assemblage.

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Charpente bois 31 c Constructions en bois sous séisme : règles générales de conception et de calcul

Charpente bois FICHE

Constructions en bois sous séisme : règles générales de conception et de calcul

31 c

Le bois est un matériau reconnu pour certaines de ses particularités, notamment pour son excellent rapport résistance/masse. Une structure bois possède des capacités utiles à son bon comportement sous action sismique, dans la mesure où sa conception générale permet de bénéficier des atouts du bois et de restreindre les conséquences de ses limites. Cela nécessite une bonne compréhension du comportement des structures en bois et de leurs assemblages.

31 c.1

Ductilité des assemblages

1 Caractéristiques du matériau bois Le matériau bois n'est pas isotrope, ses caractéristiques sont fonction de l'angle de sollicitation par rapport au fil (parallèle ou perpendiculaire pour les cas de base). Il est (fig. 1) : ductile en compression perpendiculaire et, à un degré moindre, en compression longitudinale ; relativement fragile en flexion ; très fragile, avec une résistance limitée, en cisaillement ou en traction perpendiculaire aux fibres.

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Fig. 1 Relation contrainte/déformation du bois pour les sollicitations de traction et de compression (règles PS 92)

2 Ductilité des assemblages Définition

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La ductilité statique des assemblages est définie par la relation : µs = Su / Sy où : Su : déplacement sous charge ultime Fu ; Sy : déplacement à la limite d'élasticité Fy. La figure 2 donne un exemple de comportement d'un assemblage ductile et d'un cycle réalisé sur un assemblage ductile.

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Fig. 2 Ductilité statique d'un assemblage

Classes de ductilité Les classes de ductilité du bois permettent d'évaluer sa capacité à subir des déformations. Il existe trois classes de ductilité (tab. 1).

Tableau 1 - Classes de ductilité

Classes

Ductilité

µs

I

Faible

1à3

II

Moyenne

3à6

III

Forte

6 à 12

31 c.2

Critères de régularité

Le chapitre 14 des règles PS 92, « Constructions en bois », comporte des principes de vérification de conception qui permettent de classer les ouvrages en bâtiments réguliers, moyennement réguliers ou irréguliers. Ce classement est établi selon des critères relatifs à la configuration en plan et verticale des constructions. Relevant principalement de deux considérations, l'une géométrique, l'autre mécanique, ces critères sont de façon générale : la circulation des charges descendantes : celles-ci ne doivent pas être transmises par des poutres sollicitées en flexion ; la disposition des contreventements : le principe de base consiste à cumuler au minimum

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deux dispositifs de stabilité dans le sens de l'action sismique considérée ; la rigidité des diaphragmes horizontaux : la rigidité en plan des planchers doit être nettement supérieure à celle des éléments de contreventement ; la distribution des masses et des rigidités en plan et en élévation : la structure ne doit pas comporter de parties rentrantes ou saillantes. Le classement des ouvrages selon ces critères géométriques ou mécaniques permet au concepteur de choisir la méthode de calcul adaptée pour la justification d'un ouvrage sous sollicitation sismique. Le domaine d'utilisation des méthodes de calcul, simples ou complexes, est défini dans les règles PS 92.

1 Critères de régularité en plan Le bâtiment de l'exemple de la figure 3 est régulier en plan car : la structure (donc la raideur latérale et la distribution des masses) est symétrique en plan par rapport à deux directions orthogonales ; la configuration est du type rectangle, elle ne comprend pas de parties rentrantes ou saillantes ; tous les éléments du contreventement sont continus, des fondations jusqu'au toit, et le système porteur de la structure est de type portique (absence de système de contreventement mixte).

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Fig. 3 Exemple d'une construction à ossature bois

2 Critères de régularité en élévation Ce même bâtiment n'est pas régulier en élévation car l'évolution des masses et des rigidités ne subit pas de réductions progressives au fil des étages (les étages sont identiques en géométrie et en chargement), même si : tous les éléments de contreventement sont continus des fondations au toit ; il n'y a aucune partie en retrait au niveau des étages.

31

Coefficients de comportement

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c.3 La nature des assemblages est importante. Elle est prise en compte dans la valeur du coefficient de comportement (q) traduisant la capacité d'une structure à dissiper l'énergie sismique, et dans le calcul des raideurs, principalement pour les bâtiments contreventés par panneaux cloués. Dans les calculs de justification, ce coefficient permet de diviser les efforts sismiques.

1 Valeurs maximales des coefficients de comportement Les coefficients de comportement (q) sont donnés par type de matériau et de structure. Une synthèse des valeurs maximales des coefficients de comportement applicables aux constructions bois est présentée dans le tableau 2, selon que les assemblages sont caractérisés par : les règles CB 71 dans le cas des assemblages normalisés ; une validation expérimentale dont le but est de donner des informations supplémentaires concernant la ductilité statique des assemblages (objet de la norme NF EN 12-512).

Tableau 2 - Coefficients de comportement des assemblages en fonction des types de structures (règles PS 92)

Assemblages normalisés Type de structure

Assemblages caractérisés par voie expérimentale

Coefficient (q) (1)

Consoles

Type de structure

Coefficient (q) (1)

Consoles 1

Poutres à joint cantilever

1 Poutres à joint cantilever Poutres

Arcs à 2 ou 3 articulations Arcs à 2 ou 3 articulations Charpentes assemblées par connecteurs ou anneaux

1,25

Panneaux à ossature bois à voiles collés Charpentes assemblées par boulons ou par pointes

Charpentes assemblées par connecteurs ou anneaux

1,5

Panneaux en ossature bois à voiles collés 1,5

Charpentes assemblées par boulons (ductilité de classe II)

2

(2)

Portiques avec assemblages 2 boulonnés

Portiques assemblés par boulons 2,5 (ductilité de classe II)

Panneaux en ossature bois à 3 voiles cloués

Charpentes (ductilité de classe III)

3

Portiques (ductilité de classe III) 4 Panneaux en ossature bois (ductilité de classe III)

5

(1) Le coefficient (q), donné pour une structure régulière, est majoré selon la régularité de la structure :

structure moyennement régulière : 0,85.q ; structure irrégulière : 0,7.q. (1) En aucun cas la valeur de (q) ne peut être inférieure à 1. (2) Voir § 1.

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2 Application des coefficients de comportement Leur application ne se fait pas de manière uniforme sur l'ensemble du calcul. Il est nécessaire de distinguer les hautes fréquences (faibles périodes) des moyennes et basses fréquences (voir fiche 8.1b). À partir du spectre élastique normalisé (RM), on obtient le spectre de dimensionnement (RM/q) en appliquant le coefficient ( fig. 4) : RA = RM / q où : RA :accélération au sol ; RM : spectre de dimensionnement ; q : coefficient de comportement.

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Fig. 4 Spectre élastique et spectre de dimensionnement normalisé REMARQUE

Dans le cas d'une construction soumise à un séisme vertical, le coefficient de comportement (q) est divisé par 2 :

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Bois de charpente 31.1 a Caractéristiques physiques et mécaniques

Bois de charpente FICHE

Caractéristiques physiques et mécaniques

31.1 a

Rappelons les textes auxquels on se référera : la norme NFB 52-001 ; les « Règles CB 71 » ; le « Recueil de contributions au calcul des éléments et structures en bois (Annales de o o l'ITBTP n 466, série TMC 301, juillet - août 1988, et Annales de l'ITBTP n 497, série TMC 322, octobre 1991).

31.1 a.1 Caractéristiques physiques 1 Structure fibreuse Le comportement mécanique des fibres varie suivant la nature et le sens de la sollicitation. L'eau contenue imprègne les cloisons des cellules jusqu'à saturation et les remplit ensuite. L'imprégnabilité des bois dépend des canaux résinifères et des liaisons intercellulaires (fig. 1).

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Fig. 1 Structure fine du bois

2 Anisotropie Les propriétés mécaniques du bois sont différentes selon qu'on prend en compte son sens longitudinal, radial ou tangentiel (fig. 2).

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Fig. 2 Directions de référence

3 Taux d'humidité On considère que le taux d'humidité du bois est égal au rapport de la masse d'eau qu'il contient à sa masse lorsqu'il est complètement sec. Un équilibre s'établit avec l'atmosphère ambiante (fig. 3).

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Fig. 3 Taux d'humidité du bois en fonction de l'atmosphère ambiante (selon les « Règles CB 71 »)

4 Retrait Le séchage du bois provoque une diminution de volume - le retrait - qui s'accompagne de déformations et de fissurations (fig. 4).

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Fig. 4 Types de conséquences liées au séchage du bois

5 Densité Elle est égale à sa masse volumique au taux d'humidité de 15 %, selon les « Règles CB 71 », et au taux d'humidité de 12 %, selon la norme NFB 52-001 et les normes européennes.

6 Défauts La pourriture et l'échauffure se manifestent par un changement de coloration du bois, dû à une modification profonde ou légère de la composition chimique du bois provoquée par l'attaque de champignons. Des exemples de fentes sont donnés par la figure 5.

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Fig. 5 Exemples de fentes

Les nœuds sont caractérisés par : leur leur leur leur

adhérence au bois périphérique ; diamètre mesuré selon des règles spécifiques ; position sur la face, en rives ; isolement ou leur groupement.

Un exemple de flache est donné sur la figure 6. La pente de fil est caractérisée par la tangente de l'angle (α) entre l'axe de la pièce de bois et la direction moyenne des fibres du bois (fig. 6).

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Fig. 6 Défauts courants du bois

31.1 a.2 Caractéristiques mécaniques Les caractéristiques mécaniques du bois sont mesurées soit sur des éprouvettes de petite taille, soit sur des éprouvettes en vraie grandeur. Les valeurs des contraintes de rupture varient fortement selon le type de sollicitations, le sens de cette sollicitation, la taille et la forme de l'éprouvette d'essai, et la présence de défauts dans cette éprouvette. Les résultats des essais présentent une dispersion notable.

1 Essais par petites éprouvettes sans défaut Les « Règles CB 71 » sont fondées sur des essais réalisés sur des petites éprouvettes sans défaut. Un exemple de caractéristiques mécaniques obtenues sur du sapin de Douglas est donné dans le o tableau 1 (selon le Cahier du Centre technique du bois et de l'ameublement, n 128).

Tableau 1 - Caractéristiques mécaniques déterminées sur des petites éprouvettes sans singularité

Caractéristiques (1)

Moyenne

Écart type

Intervalle (2)

C 12

46

9

31 - 61

F 12

81

17

52 - 110

E

10900

2450

6850 - 14950

W

18

8

4 - 32

Tpp

1,5

0,4

0,9 - 2,1

Fend

8

2,5

4 - 6,6

Cis

5,2

1,4

2,8 - 7,6

N

2,2

0,9

0,6 - 3,8

(1) C 12 : contrainte de rupture en compression (en MPa) ; (1) F 12 : chiffre caractéristique de rupture en flexion statique (en MPa) ; (1) E : module d'élasticité en flexion dynamique (en MPa) ; (1) W : énergie absorbée à la rupture en flexion dynamique (en J) ; (1) Tpp (traction perpendiculaire) : contrainte de rupture (en MPa) ; (1) Fend (fendage) : résistance à la rupture (en N/mm) ; (1) Cis (cisaillement) : contrainte de rupture (en MPa) ; (1) N : chiffre de dureté Monnin. (2) Cet intervalle correspond à 90 % des valeurs mesurées.

L'augmentation de la taille de l'éprouvette s'accompagne d'une diminution de la résistance à la rupture (fig. 7), phénomène appelé « effet d'échelle ».

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Fig. 7 Effet d'échelle

2 Essais du bois en dimensions d'emploi Les normes européennes et la norme NFB 52-001 sont fondées sur des essais en flexion de bois en dimensions d'emploi. Le comportement du matériau est analysé jusqu'à la rupture (fig. 8).

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Fig. 8 Comportement en flexion

La courbe charges/déformations est pratiquement linéaire jusqu'à la rupture. Il n'y a pas de plasticité du matériau. Les amorces de rupture sont situées aux nœuds et aux pentes de fil. L'influence des défauts donne lieu à une analyse statistique. Sur la figure 9a, les résultats sont très dispersés (de 10 à 75 MPa). On détermine la résistance caractéristique correspondant au fractile de 5 % (fig. 9b) : dans l'exemple représenté sur cette figure, la résistance caractéristique est voisine de 23 MPa.

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Fig. 9 Analyse statistique de la résistance des bois (d'après le Centre universitaire des sciences et techniques de Clermont-Ferrand)

31.1 a.3 Fluage La résistance et la déformation du bois, à long terme, dépendent de la durée de chargement, du niveau de chargement, des conditions de température et d'humidité : il s'agit là du phénomène de fluage. La résistance du bois dépend de l'histoire de son chargement. La durée de vie sous charge constante dépend du niveau de chargement par rapport à la charge de rupture instantanée (fig. 10). Cela explique certaines ruptures de poutres qui se produisent, sous charge constante, après plusieurs mois, plusieurs années, plusieurs dizaines d'années, voire quelques centaines d'années.

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Fig. 10 Durée de vie et niveau de chargement : courbe de Madison

La déformation du bois sous charges augmente avec le temps. Les variations d'humidité et de température accentuent cet effet. La figure 11 montre l'augmentation des déformations en ambiance normale, en ambiance humide et en ambiance subissant des variations d'humidité.

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Fig. 11 Déformations en fonction du temps, de l'humidité et de la température (d'après J. Srpic et R.-C. Moody)

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Bois de charpente 31.1 b Contraintes admissibles

Bois de charpente FICHE

31.1 b

Contraintes admissibles

Le classement des bois de structure s'effectue, dans la majorité des cas, de façon visuelle selon des critères relatifs à la taille des débits et aux défauts (nombre de nœuds surfacique, diamètre des nœuds, largeur des cernes d'accroissement, pentes de fil...) ; beaucoup plus rarement de façon mécanique selon des critères complémentaires tels la masse volumique et les déformations. Trois catégories sont définies par la norme NFB 52-001 de décembre 1998 : ST I, ST II, ST III (ST signifie structures). Les critères de classement visuel actuellement en vigueur pour le sapin et l'épicéa sont rappelés dans le tableau 1, extrait de la norme NFB 52-001 de décembre 1998.

Tableau 1 - Critères de classement visuel pour le sapin et l'épicéa

Classes ST I Critères

ST II

ST III

Largeur des cernes d'accroissement (en mm) ≤6

≤8

≤ 10

Ø ≤ 1/6 de l

Ø ≤ 1/2 de l

Ø ≤ 3/4 de l

Ø ≤ 30 mm

Ø ≤ 50 mm

Ø ≤ 100 mm

- sur la face (1) Diamètre des nœuds

Ø ≤ 2/3 de e - sur la rive (2) Ø ≤ 40 mm

Fentes (3)

- traversantes

Longueur ≤ deux fois la largeur Longueur ≤ de la pièce 600 mm

- non traversantes

Longueur ≤ moitié de la longueur de la pièce

Grosse poche de résine

Non admise

Entre-écorce

Non admise

Pente de fil (en fraction)

Flaches

Déformation

Admise si < 80 mm

- locale

1 : 10

1:4

- générale

1 : 14

1:6

Non admises

< 1/3 de la longueur de la pièce et < 100 cm

- longueur - largeur

Altérations biologiques

Non limitée

< 1/3 de l'épaisseur de la rive

- bleu, traces de gui

Admis

- piqûres noires

Admises si elles apparaissent sur une seule face

- échauffure

Non admise

- flèche de face

< 10

< 20

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maximale (en mm pour une longueur de 2 m)

- flèche de rive

500 kg/m ), fissiles ou très secs, un préperçage est nécessaire avec un diamètre inférieur à 0,8 × d (d étant le diamètre de la pointe). Le clouage s'effectue du côté des pièces les moins épaisses (d'une épaisseur e), avec des pointes dont la longueur d'enfoncement est > 1,5 × e. REMARQUE

Une bonne conception limite à deux le nombre de plans de cisaillement.

Assemblages boulonnés ou brochés La différence entre ces deux types d'organes d'assemblage tient au jeu de perçage toléré : 1 mm pour les boulons et aucun jeu pour les broches. Ainsi un boulon ajusté est assimilé à une broche pour le calcul. Les diamètres (d) les plus courants varient de 12 à 20 mm et les rondelles associées aux boulons ont un diamètre ≥ 3,5 × d. L'efficacité de ce mode de liaison augmente pour les diamètres les plus faibles ; il faut donc privilégier les broches ou les boulons d'un diamètre de 12 à 16 mm. La figure 7, extraite des règles CB 71, indique les dispositions géométriques à respecter pour les assemblages bois-bois à simple et double cisaillement.

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Fig. 7 Géométrie des assemblages boulonnés

31.1 h.2 Ancrages Les ancrages sont les éléments de liaison entre la charpente et ses appuis.

1 Abouts de chevrons, de pannes et de solives Les entailles de bois sur appui doivent être évitées, car elles sont souvent à l'origine de fissures (fig. 8). Le déplacement du point d'appui par l'intermédiaire d'un boîtier supprime le risque de fissuration dû à l'entaille.

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Fig. 8 Entailles de bois

2 Pannes, solives, fermes Tous les points d'appui doivent être fixés mécaniquement. Les ancrages doivent être dimensionnés pour résister aux soulèvements causés par un vent extrême.

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Lamellé-collé 31.1 i Définitions et caractéristiques mécaniques

Lamellé-collé FICHE

Définitions et caractéristiques mécaniques

31.1 i

Rappelons les textes auxquels on se référera : Pour les matériaux : norme NFB 52-001, « Classement visuel pour l'emploi en structure des principales essences résineuses et feuillues » (décembre 1998) ; o Cahier d'Irabois n 1, « Contraintes admissibles et propriétés associées au système de classement visuel défini par la norme NFB 52-001 - Bois massif et bois lamellé-collé » ; norme P 21-353 (NFEN 338), « Bois de structure - Classes de résistance » (mai 1995) ; norme provisoire Pr EN 1194, « Structures en bois - Bois lamellé-collé - Classes de résistance et détermination des valeurs caractéristiques » ; norme NFB 50-100, « Définition des classes de risque d'attaque biologique » ( NFEN 335-1) ; norme P 21-370 (NFEN 386, juin 1995), « Bois lamellé-collé - Prescriptions de performances et prescriptions minimales de fabrication ». Pour les actions : DTUP 06-002, « Règles NV 65 » ; DTUP 06-006, « Règles N 84 » et modificatif de 1996 ; norme NF P 06-001, « Charges d'exploitation des bâtiments » ; DTUP 92-703, « Règles Bois-Feu 88 » ; DTU « Règles PS 92 » - NFP 06-013 (décembre 1995).

Pour les calculs : DTUP 21-207, « Règles CB 71 » ;

« Recueil de contributions au calcul des éléments et structures en bois » (Annales de o o l'ITBTP n 466, série TMC 301, juillet-août 1988 et n 497, série TMC 322, octobre 1991) ; « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé » (Éd. Eyrolles). Pour l'exécution : DTU31.1, « Charpentes et escaliers en bois ».

31.1 i.1 Descriptif du matériau Les pièces de bois lamellé-collé sont constituées de lamelles aboutées et collées en superposition. Le plan moyen des lamelles est perpendiculaire au plan moyen des pièces de bois lamellé-collé. Les essences de bois les plus utilisées sont résineuses : sapin, épicéa, pin sylvestre Douglas. IMPORTANT

Des bois massifs aboutés, éventuellement superposés par collage, sont parfois utilisés en remplacement de bois lamellés-collés ou de bois massifs de fortes dimensions, alors qu'il s'agit d'un matériau différent.

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Les performances mécaniques de ce matériau particulier doivent faire l'objet d'une justification particulière.

1 Dimensions des lamelles Les dimensions des lamelles sont soumises à des restrictions qui sont définies dans le « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé ». Les dimensions les plus courantes sont reprises dans le tableau 1 :

Tableau 1 - Dimensions courantes des lamelles

Épaisseur (en mm)

22, 27, 33, 45

Largeur (en mm)

90, 110, 135, 160, 180 2

70

Section maximale (en cm )

31.1 i.2 Caractéristiques mécaniques Le tableau des contraintes admissibles et des valeurs des modules d'élasticité, donné par les règles CB 71 pour le lamellé-collé, n'est plus utilisable par suite du remplacement de la norme de classement visuel NFB 52-001, de 1946, par la norme NFB 52-001-4 et NFB 52-001-5, de 1992. Les contraintes admissibles et les modules d'élasticité à utiliser avec les règles CB 71 sont donnés par les règles professionnelles bois lamellé-collé du 21 juin 1995, publiées par les Cahiers d'Irabois. Les contraintes admissibles des classes de résistance du bois lamellé-collé homogène, données par les règles professionnelles, sont reprises dans le tableau 2.

Tableau 2 - Contraintes admissibles et modules d'élasticité des classes de résistance du bois lamellé-collé homogène

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La correspondance entre les classes de résistance des lamelles, selon la norme NFEN 338, et

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les classes de résistance du lamellé-collé, selon la norme Pr EN 1194 donnée par les règles professionnelles, figure dans le tableau 3 :

Tableau 3 - Classes de résistance

Lamelles du lamellé-collé homogène C 18 (NFEN 338)

C 22

C 24

C 27

Lamelle du lamellé-collé combiné (NFEN 338)

C 22/C 16 C 22/C 18 C 27/C 22 -

Bois lamellé-collé (Pr EN 1194)

GL 22

GL 24

GL 26

C 30 C 30/C 24

GL 28 GL 30

La correspondance entre les classes visuelles de la norme NFB 52-001-4 et NFB 52-001-5 (mai 1992) et les classes de résistance de la norme NF EN 338 données dans les règles professionnelles se trouve dans le tableau 4 :

Tableau 4 - Classes de résistance selon la norme NF EN 338

Classes visuelles selon la norme NF B 52-001 (1992)

Essences

C 18

C 22

C 30

Sapin, épicéa

C 22

C 24

C 30

Douglas

C 22

C 24

C 30

Pin noir, pin laricio

C 18

C 18

C 27

Pin maritime

C 18

-

-

Peuplier

C 22

-

C 27

1 Limites conventionnelles d'élasticité À défaut de spécification normative ou de justification particulière, les limites conventionnelles d'élasticité peuvent être déduites des contraintes admissibles en appliquant les coefficients de majoration qui figurent dans le tableau 5.

Tableau 5 - Limite d'élasticité

Modes de sollicitation

Limite d'élasticité

Compression

160 %

Traction

160 %

Flexion

160 %

Cisaillement

160 %

Traction transversale

160 %

Compression transversale

160 %

Les valeurs des limites élastiques résultantes sont équivalentes à la contrainte de dimensionnement à l'état limite ultime, donnée par l'Eurocode 5- DAN pour kmod = 0,8.

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2 Fluage L'influence des divers paramètres qui interviennent dans le calcul du coefficient de fluage (θ) est exprimée de la manière suivante dans le « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé », pour une humidité du bois (H) à la mise en œuvre égale à 15 % et une variation d'humidité (∆H) égale à 5 % : si

; si

; où : σf∞ : contrainte de flexion sous charges de longue durée ;

: contrainte admissible en flexion.

Il y a lieu de se reporter au Guide pratique pour déterminer le coefficient de fluage correspondant à des conditions d'humidité différentes de celles énoncées ci-avant. REMARQUE

Contrairement aux règles CB 71, l'Eurocode 5 ne fait pas intervenir les contraintes dans la définition des coefficients de fluage.

31.1 i.3 Fabrication 1 Rayon de cintrage Selon le « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé », le cintrage des lamelles, destinées à l'exécution des pièces courbes, est limité en fonction de l'épaisseur de ces lamelles. Il est rappelé dans le tableau 6 :

Tableau 6 - Rayon de cintrage des lamelles selon leur épaisseur

Épaisseur des lamelles (en mm)

Rayon de cintrage (en m)

22

3,50

27

4,35

33

5,30

45

7,20

2 Colles

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Les colles utilisées sont à base de résorcines et d'urée formol. Les colles vinyliques sont exclues. Les colles utilisées doivent avoir fait l'objet d'un procès-verbal d'essai datant de moins de cinq ans. La liste des colles utilisables est établie par le Centre technique du bois et de l'ameublement (CTBA).

3 Collage et aboutages Bien que le lamellé-collé soit considéré comme un matériau traditionnel, le collage est un procédé spécial exigeant une compétence particulière, un matériel adapté et un contrôle de fabrication. La conformité de la fabrication à la norme NFEN 386, de juin 1995, fait l'objet du paragraphe 7 « Maîtrise de la qualité » de cette norme. Un contrôle interne de fabrication doit être mis en œuvre ; il doit être supervisé par un contrôle externe. Les aboutages doivent faire l'objet d'essais de contrôle en cours de fabrication et être supervisés par un contrôle externe. Les collages doivent faire l'objet d'un rapport de collage et d'essais de contrôle en cours de fabrication. Les bois doivent être marqués.

4 Traitement Il dépend de la classe d'exposition aux risques biologiques et de la compatibilité du traitement avec l'essence. Les charpentes situées à l'intérieur, en ambiance sèche, relèvent des classes de risque 1 ou 2 selon que les bois sont abrités (classe 1) ou exposés (classe 2) lors du transport, du stockage et du montage. Les charpentes situées à l'intérieur, en ambiance humide (exemple : piscines), relèvent des classes de risque 2, 3 ou 4 selon l'importance du risque de condensation. Les charpentes situées à l'extérieur relèvent de la classe de risque 2 lorsqu'elles sont abritées, et des classes 3 ou 4 lorsqu'elles sont exposées ou en climat tropical.

5 Certification La certification Acerbois-Glulam constitue une preuve de la conformité de la fabrication à la norme NF EN 386. À défaut, cette preuve peut être apportée pour un chantier particulier par une attestation de conformité délivrée par un laboratoire participant à Acerbois-Glulam.

6 Qualification Les qualifications Qualibat pour la charpente lamellée-collée, données par la nomenclature de la qualification des entreprises du bâtiment, sont : 2331 - Charpente en bois lamellé-collé (technicité courante)

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Entreprise qui, disposant de moyens d'études, assure la réalisation et le montage de structures en bois lamellé-collé jusqu'à 25 mètres de portée. 2332 - Charpente en bois lamellé-collé (technicité confirmée) Entreprise qui, disposant d'un bureau d'études, avec des moyens informatiques suffisants, assure la réalisation et le montage de structures en bois lamellé-collé jusqu'à 40 mètres de portée. 2333 - Charpente en bois lamellé-collé (technicité supérieure) Entreprise qui, disposant d'un bureau d'études, avec des moyens informatiques adaptés pour l'étude et le calcul des ouvrages en phase d'exécution et de service, assure la réalisation et le montage de structures en bois lamellé-collé jusqu'à 60 mètres de portée. 2334 - Charpente en bois lamellé-collé (technicité exceptionnelle) Entreprise qui, disposant d'un bureau d'études, et de moyens de conception de calcul, apporte une contribution marquante au progrès des techniques de la charpente en bois lamellé-collé. Elle assure la réalisation et le montage de structures de plus de 60 mètres de portée.

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Lamellé-collé 31.1 j Calculs des éléments de charpente

Lamellé-collé FICHE

31.1 j

Calculs des éléments de charpente 31.1 j.1 Notes de calculs Les notes de calculs doivent traiter les points suivants : hypothèses de charges ; descente de charges ; chevronnage, empannage, contreventement, poteaux de bardage ; poutres, fermes, arcs et portiques ; assemblages et ancrages.

31.1 j.2 Flambement - Déversement La vérification des pièces comprimées au flambement et des pièces fléchies au déversement a pour objet de se prémunir contre les risques d'instabilité liés à l'élancement des pièces. Les indications nécessaires à ces calculs figurent dans le « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé » (Éd. Eyrolles).

31.1 j.3 Assemblages - Ancrages Selon les Règles CB 71 (commentaire du § 4.60), « les sinistres de charpente bois sont le plus souvent dus à des assemblages insuffisants soit parce que ces derniers ont été mal étudiés, soit pas étudiés du tout, soit parce qu'ils ont été mal réalisés ». La conception et le dimensionnement des assemblages et des ancrages doivent faire l'objet d'une justification par le calcul, selon les spécifications des Règles CB 71 et les indications complémentaires du « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé ».

31.1 j.4 Flèches et contre-flèches 1 Éléments sans contre-flèche de fabrication Les déformations des éléments fléchis sont limitées. Elles doivent être inférieures à une fraction de leur portée, qui va de 1/150 à 1/500 suivant les cas. On se reportera au « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé » et au « Recueil des o contributions au calcul des éléments et structures en bois » (Annales de l'ITBTP n 466, série o TMC 301, juillet-août 1988, et n 497, série TMC 322, octobre 1991).

2 Éléments avec contre-flèche de fabrication Dans le cas où une contre-flèche de fabrication est prévue, celle-ci doit être inférieure ou égale à la déformation de longue durée sous charge permanente, soit : cf ≤ f∞. Les charges permanentes comprennent le poids mort et la partie permanente des surcharges de neige ou

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des surcharges d'exploitation. Les flèches instantanées (f i) sont dues à l'action de surcharges de courte durée, comme la neige, la partie variable des surcharges d'exploitation des planchers ou le vent. Il convient de limiter la flèche totale à 1/150 de la portée, soit : f t = f ∞ + f i ≤ L/150 et de limiter la flèche finale à sa valeur admissible, soit : f fin = f ∞ - cf + f i ≤ L/300, dans le cas de pannes en bois lamellé-collé.

31.1 j.5 Traction transversale La contrainte de traction transversale est un facteur d'endommagement potentiel dont il y a lieu de se méfier. Des cas critiques sont présentés dans les tableaux 1 à 7.

Tableau 1 - Contraintes de traction transversale des poutres de grande hauteur

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Tableau 2 - Contraintes de traction transversale des poutres courbes

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Tableau 3 - Contraintes de traction transversale des poutres à inertie variable

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Tableau 4 - Contraintes de traction transversale des poteaux à inertie variable

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Tableau 5 - Contraintes de traction transversale des appuis

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Tableau 6 - Contraintes de traction transversale des fixations

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Tableau 7 - Contraintes de traction transversale des joints de continuité

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D'après les références indiquées pour le calcul, les contraintes de traction transversale peuvent être calculées seulement dans le cas des poutres courbes et des poutres à inertie variable ; dans les autres cas, on doit adopter des dispositions constructives similaires à celles qui sont indiquées sur les schémas.

31.1 j.6 Autocintrage des arcs Le séchage des bois dans la partie courbe provoque un cintrage accompagné d'une flèche (f) et d'un déplacement (d) des reins (voir l'article de G. Lyot, publié dans les Annales de l'ITBTP, série TMC 322, octobre 1991) (tab. 8). Pour un taux d'humidité diminuant de 7 % entre la fabrication et la stabilisation dans l'ambiance du bâtiment, les flèches qui résultent de l'autocintrage peuvent atteindre et même dépasser 30 cm pour des arcs de portée supérieure à 30 m.

Tableau 8 - Autocintrage des arcs

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Lamellé-collé 31.1 k Poutres au vent et de rigidité

Lamellé-collé FICHE

31.1 k

Poutres au vent et de rigidité

La construction des toitures des halls exige la mise en place d'une ou plusieurs poutres au vent et de rigidité. Habituellement en bois, les poutres au vent sont disposées en pignon ; elles sont, en général, utilisées pour assurer de façon simultanée la tenue au vent des ossatures principales ainsi que le déversement de leurs membrures comprimées.

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Fig. 1 Exemple de réalisation d'une ossature de toiture

31.1 k.1 Règle générale de conception Pour les bâtiments courants, on met avantageusement en œuvre des treillis dont certains éléments constitutifs sont déjà en place (pannes, membrures de fermes...). Les bâtiments de grande longueur (en général au-delà de 40 m) sont munis de poutres complémentaires. Les joints des files de pannes doivent pouvoir supporter des efforts de traction et de compression lorsque celles-ci sont associées au contreventement disposé en toiture.

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Fig. 2 Principe de dispositions des poutres au vent dans un bâtiment courant

31.1 k.2 Principaux types de poutres au vent 1 Simple poutre-treillis en N

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Dans ce cas, les pannes font partie de la poutre en tant que montants. Les diagonales en bois sont dimensionnées à la traction et à la compression ; les fixations sur l'ossature principale doivent être justifiées en conséquence. Ce type de treillis doit être mis en œuvre lorsque les entraxes des pannes et des fermes restent relativement réduits : s'il n'en était pas ainsi, on obtiendrait des longueurs de flambement importantes, et le système serait alors coûteux. Un avantage de ce système est de pouvoir resserrer les nœuds de triangulation en toiture.

2 Poutres-treillis en V Ces poutres contiennent en règle générale moins de nœuds que le système précédent. Dans ce cas, les pannes ne font pas partie de la poutre ; elles servent uniquement à la transmission des charges dans les nœuds ou/et à la réduction des longueurs de flambement dans les fermes. Les barres en bois tendues et comprimées sont fixées sous les pannes. Pour cette conception également, les entraxes des pannes et des fermes ne doivent pas être trop importants.

3 Poutres-treillis en croix de Saint-André Ces poutres sont des structures hyperstatiques. La détermination des efforts dans les barres ne présente pas de difficulté particulière ; mais on doit tenir compte des glissements d'assemblage aux nœuds. Lorsque les pannes sont solidarisées avec les nœuds des croix par l'intermédiaire d'une barre secondaire (en pointillés sur la figure 3), les longueurs de flambement des diagonales sont réduites. Les diagonales en fer plat ou en acier rond, à cause de leur élancement, ne peuvent reprendre que des efforts de traction ; elles sont mises en œuvre, en général, sous forme de croix de Saint-André.

4 Poutres-treillis en K Elles sont isostatiques ou hyperstatiques selon la disposition des barres. Dans ce système, les longueurs de flambement des barres étant réduites, il pourra être utilisé lorsque les entraxes de pannes ou de fermes sont importants. Un avantage de ce système est le maintien efficace des pannes déversées, dans le cas de toiture à forte pente.

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Fig. 3 Principaux types de poutres au vent

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Fermette 31.3 a Description - Typologie

Fermette FICHE

31.3 a

Description - Typologie

Les documents de référence applicables aux fermettes sont : la norme NFP 21-205 (DTU31.3), « Charpentes en bois assemblé par connecteurs métalliques ou goussets », parue en juillet 1995 ; la norme P 21-101, « Éléments industrialisés de charpentes en bois. Spécifications » ; les autres documents applicables aux charpentes en bois (voir les fiches nos 31.1 b et 31.1 c).

31.3 a.1 Description Les fermettes supportent directement la couverture, sans chevrons ni pannes. Elles sont posées à faible entraxe. Les bois employés sont de faible épaisseur : 36 et 45 mm. Les assemblages sont réalisés par des connecteurs métalliques à dents embouties (fig. 1) qui sont enfoncés à la presse par paires.

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Fig. 1 Connecteur métallique à dents embouties

Les charpentes en fermettes nécessitent la mise en œuvre d'un important dispositif de stabilisation transversale : diagonales, lisses antiflambages, lisses filantes, entretoises. On distingue les fermettes de combles perdus (fig. 2 et 3) et les fermettes de combles aménageables (fig. 4).

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Fig. 2 Principaux éléments d'une fermette en W de combles perdus

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Fig. 3 Dispositif de stabilisation transversal ou en élévation d'une fermette de combles perdus

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Fig. 4 Fermette de combles aménageables

31.3 a.2 Typologie La triangulation des fermettes comporte de nombreuses variantes associées à leur portée et à leur fonction spécifique. Néanmoins, les triangulations de base sont simples ( fig. 5).

1 Combles perdus

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Fig. 5 Triangulations de base

2 Combles aménageables

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Fig. 6 Différents types de combles aménageables

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Fig. 7 Combles à la Mansart sur dalle

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Fermette 31.3 b Dispositions constructives

Fermette FICHE

31.3 b

Dispositions constructives

La conception du dispositif de stabilité transversale des charpentes en fermettes est le point le plus critique de la conception d'ensemble. Les insuffisances du dispositif de contreventement et d'antiflambage transversal sont à l'origine de nombreux sinistres. D'après une analyse de l'Agence Qualité Construction, pour la période 81-93, 40 % des sinistres de fermettes et 70 % des effondrements sont causés par le flambement transversal. Les charpentes de grande longueur (30 m et plus entre pignons) sont particulièrement affectées. o

Le cahier n 111 du CTBA a constitué, jusqu'en 1995, la référence pour la conception et le dimensionnement des fermettes ; il ne comportait pas d'exigences suffisantes pour prévenir cette pathologie. Le DTU31.3 remédie à ce défaut. Les dispositions relatives à la prévention du flambement transversal concernent l'épaisseur des bois, les principes de contreventement des versants et les longueurs de flambement. Il comporte également des dispositions constructives pour les conduits de cheminées, les fenêtres, le toit, les lucarnes, les trémies d'escaliers et autres détails.

31.3 b.1 Dispositions d'ensemble Il est fortement conseillé de ne pas trop compter sur les liteaux de couverture pour maintenir transversalement les charpentes. L'hypothèse selon laquelle les liteaux de couverture faiblement espacés seraient capables de stabiliser les charpentes s'est avérée fausse, tant du point de vue pratique que théorique. Il convient donc de concevoir et de mettre en œuvre un dispositif de contreventement et d'antiflambage conforme aux nouvelles dispositions du DTU 31.3. Les versants de toiture, d'après ce DTU, doivent être contreventés sur toute leur longueur par des diagonales, des lisses filantes, des entretoises, comme indiqué sur la figure 1. Les diagonales de contreventement, situées sous les arbalétriers, constituent l'élément principal du dispositif de stabilité ; mais elles doivent impérativement être accompagnées par les lisses filantes qui les relient aux nœuds de triangulation des arbalétriers, et par les entretoises qui empêchent la torsion des pieds de fermes. La triangulation créée par les diagonales peut être remplacée par des poutres au vent - stables, régulièrement espacées - ou, bien entendu, par un panneautage.

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Fig. 1 Principe d'antiflambage des arbalétriers de combles perdus

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Fig. 2 Principe de contreventement pour combles aménageables

31.3 b.2 Dispositions particulières

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Fig. 3 Combles perdus en L

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Fig. 4 Lucarnes de combles aménageables

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Fig. 5 Renforts d'arbalétrier pour trémie d'escalier

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Fig. 6 Boîtier de fixation

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Fermette 31.3 c Dimensionnement

Fermette FICHE

31.3 c

Dimensionnement

Le dimensionnement des fermettes, de leurs assemblages et de leurs ancrages, ainsi que celui du dispositif antiflambage, doit être justifié par le calcul. Ce calcul s'effectue à partir d'hypothèses précises, selon une méthode définie, en respectant les critères de dimensionnement réglementaires.

31.3 c.1 Hypothèses de calcul Elles comprennent : la définition des charges permanentes, des surcharges d'exploitation et des surcharges climatiques de neige et de vent ; le schéma de la structure ; les sections et les caractéristiques des bois, les caractéristiques des assemblages, la nature des ancrages ; les cas de charges ; les combinaisons de cas de charges ; les longueurs de flambement des pièces comprimées.

31.3 c.2 Méthode de calcul La méthode de calcul doit convenir aux structures triangulées. Ce peut être un crémona, ou un calcul de type stress effectué par ordinateur. On doit tenir compte de l'influence du fluage et des glissements d'assemblage sur les déformations et les contraintes.

31.3 c.3 Critères de dimensionnement Ce sont les flèches admissibles et les contraintes ou charges admissibles. Les flèches admissibles sont données dans le tableau 1, extrait de la norme NFP 21-205-2. Les contraintes admissibles sont définies par la norme NFB 52-001-5. La résistance admissible des connecteurs et leur glissement doivent être définis par voie d'essais (procès-verbal d'essais du CTBA ou équivalent). La résistance admissible des équerres d'ancrage et leur glissement doivent être définis par voie d'essais (procès-verbal d'essais du CTBA ou équivalent).

Tableau 1 - Déformations admissibles des ouvrages ou parties d'ouvrages de charpentes pour les bâtiments ou assimilés et les établissements recevant du public

Nature de l'élément

Déplacement maximal ou flèche (1)

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Verticalement : 1/400 de la portée Ferme

Horizontalement (nœuds) : 10 mm Perpendiculairement au rampant : 1/300 du rampant

Structures porteuses de fermes et poutres 1/500 de la portée sans tenir compte de la de poussée contre-flèche (voir § 5.2.3.1 de la norme) Consoles et appuis en flexion (2) (sans circulations)

Verticalement : 5 mm (jusqu'à 1 m) ou 1/200 de la longueur horizontale (ou de la distance horizontale entre nœud et appui), si elle est >1m

Arbalétriers, noues, arêtiers et empanons, sans plafonds

Perpendiculairement à la ligne du rampant : 1/300 de longueur de la barre

Entraits, arbalétriers, pannes, poutres, linteaux et solives de plancher avec plafond 1/400 de longueur de la barre et/ou plancher Entraits et solives avec plafonds peu flexibles (3) ou supports de cloisons maçonnées

1/500 de longueur de la barre sans excéder 10 mm

Porte-à-faux de planchers (supportant leur seule charge d'exploitation)

1/300

Pannes ne supportant pas de plafond

1/300

Poteaux avec remplissage de maçonnerie prenant appui sur le poteau, ou recevant un Tête de poteau : 1/300 de la hauteur, vitrage sur plus de la moitié de leur horizontalement hauteur, poteaux d'ossature en bois Autres poteaux (portiques avec bardage par exemple)

Tête de poteau : 1/150 de la hauteur horizontalement

(1) Ces critères sont à vérifier dans le cas de charge 1 et 3 du tableau C.1 de l'annexe C de la norme

NF P 21-205.2 (2) Il s'agit de pièces en porte-à-faux (pannes, chevrons, etc.) ou d'appuis de fermes en flexion simple par prolongation d'arbalétrier ou d'entrait, sans reprise de poussée horizontale. Le déplacement (vertical) concerné est celui de la jonction arbalétrier-entrait. (3) Par exemple : enduit armé ou plâtre ou éléments en terre cuite.

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Charpente légère 31.4 a Poutres en I avec âme en bois

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Charpente légère FICHE

31.4 a

Poutres en I avec âme en bois 31.4 a.1 Description

Les poutres en I sont constituées de deux membrures de section rectangulaire et d'une âme mince. Leur portée dépasse rarement 10 m (fig. 1). Les membrures sont en bois massif ( fig. 1a et 1b), en bois contrecollé (fig. 1c) ou en LVL (Laminated Veneer Lumber : bois reconstitué à partir de feuilles de placage) (fig. 1d). La lamellation et surtout l'emploi de lamibois permettent de diviser la taille des défauts du bois (nœuds et pentes de fil, par exemple) par un facteur égal au nombre de lamelles, d'où un gain appréciable en résistance mécanique. La rectitude des membrures en est fortement améliorée, ce qui accroît leur stabilité mécanique au flambement et au déversement. Les âmes peuvent être en panneau de fibres (fig. 1a) ou en panneau OSB (Oriented Strand Board : panneau à lamelles minces orientées) ( fig. 1b à 1d).

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Fig. 1 Différents types de poutres en I

31.4 a.2 Domaine d'emploi Les poutres en I sont utilisées en solivage, empannage ou chevronnage. Le domaine d'utilisation de ces poutres dépend de la conception et du traitement des bois. Il est limité : pour les panneaux OSB 3, à la classe de service 1, pour les panneaux OSB 4 à la classe de service 2 ; pour les panneaux en contreplaqué de qualité « extérieur » (conforme à la norme NF EN 63663) à la classe de service 3, limitée à la classe de risque 3 d'attaque biologique. Cette utilisation est interdite dans les cas où il y a des contacts directs avec l'eau, ce qui exclut les utilisations en extérieur, ou non abritées des intempéries et en vide sanitaire peu ou mal ventilé. Les âmes sont collées en rainure des membrures par un adhésif de type I si la température en o service des locaux excède 50 C (types d'adhésifs définis à l'article 4 de la norme NF EN 301).

1 Sécurité au feu

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Les exigences réglementaires concernant la stabilité des poutres, en cas d'incendie, ne peuvent être satisfaites que par l'adjonction de protections rapportées qui évitent la carbonisation des poutres. Les protections proposées peuvent être soit celles décrites dans le DTU « Bois-feu 88 », soit faire l'objet d'un procès-verbal délivré par un laboratoire agréé. De plus les colles utilisées pour la fabrication doivent être impérativement de type I au sens de la norme NFEN 301.

31.4 a.3 Fabrication Le caractère non traditionnel de la liaison entre l'âme et les membrures, réalisé par collage en rainure, motive les démarches d'avis techniques. REMARQUE

Ne peuvent se prévaloir de l'avis technique que les productions certifiées CTB-Structure (marque CTB PI).

Les conditions de fabrication font l'objet d'un cahier des prescriptions techniques particulières.

1 Fabrication des membrures Les critères de choix pour les membrures sont indiqués ci-après :

Membrures en bois massif : sapin, épicéa, et variantes contrecollées (deux ou trois lames) Largeur des cernes d'accroissement ≤ 6 mm ; diamètre des nœuds : Ø ≤ 20 mm sur toutes les faces et rives, pour une largeur (b) et une hauteur de membrure (h), inférieures à 60 mm, Ø ≤ 1/3 h dans le cas contraire, fentes et gerces non traversantes et de longueur inférieure à trois fois la largeur et 0,10 fois la longueur ; poches de résine : longueur < 80 mm ; pente générale de fil ≤ 10 % ; flaches : longueur < 1/3 de la longueur de la pièce et limitée à 100 cm, largeur < 1/3 épaisseur de la rive ; piqûres noires : limitées à une seule face ; échauffures : non admises. Ces critères de choix sont plus restrictifs que ceux définis dans le tableau 1 de la norme NF B 52-001 de décembre 1998 (§ 5.2.1, Critères de classement visuel du sapin-épicéa). Les principales différences concernent, notamment, la limitation des diamètres des nœuds, limités à 30 mm pour les bois classés ST-I et l'exclusion des fentes traversantes autorisées pour la catégorie ST-II de la norme de classement.

Membrures en bois lamellé-collé Les lames doivent être classées individuellement ST-II selon la norme NFB 52-001 et le collage doit être réalisé conformément à la norme NFEN 386.

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Membrures en bois contrecollé Bien que le choix des lamelles constitutives obéisse aux mêmes critères de sélection que ceux retenus pour les bois massifs, les aboutages des lamelles au moment de la fabrication sont décalés au minimum de 10 fois la hauteur des lamelles.

LVL (Laminated Veneer Lumber) Ce produit est fabriqué à partir de feuilles de placages, obtenues par déroulage ; collées les unes contre les autres à fil parallèle au moyen d'une colle phénolique. Les joints d'un pli à l'autre sont soigneusement décalés lors de la fabrication. Le LVL est importé notamment des États-Unis et de Finlande, disponible en plateaux d'épaisseur courante de 38 mm et de 1,22 m de largeur jusqu'à 20 m de longueur. Les caractéristiques géométriques et mécaniques de ce produit sont garanties par un organisme certificateur.

31.4 a.4 Propriétés mécaniques Des tableaux de valeurs, annexés dans les avis techniques ou dans les enquêtes techniques, indiquent les contraintes admissibles ainsi que les modules utiles au dimensionnement des poutres. Les valeurs des contraintes admissibles dans les membrures sont celles figurant dans la norme NF P 21-400, pour les bois massif de classe C 24 et de classe GL 24 h pour le bois lamellécollé, et les membrures contrecollées ; à condition de respecter les critères de choix et de fabrication préconisés. La contrainte admissible de cisaillement de l'âme est donnée au chapitre 7.3 de la norme NF P 21-400.

31.4 a.5 Déformations Le fléchissement final pris par la poutre depuis son état initial, contrefléchi ou non, comporte le fléchissement instantané sous charge d'exploitation et le fléchissement différé ; celui-ci est dû au fluage sous les charges permanentes. Le fléchissement final doit rester inférieur aux déformations totales admissibles. Les déformations totales admissibles sont : 1/400 de la portée pour les planchers ; 1/250 de la portée pour les chevrons et les faux arbalétriers de toiture ; 1/200 pour les pannes de toiture. Il est toujours utile de s'assurer que le comportement des planchers supportés par un solivage en poutrelles n'est pas sensible aux vibrations.

31.4 a.6 Dispositions d'appuis Pour éviter le fendage de la membrure inférieure sur l'appui, il est nécessaire de prévoir une longueur d'appui suffisante et au besoin des renforts d'âme spécifiques (fig. 2). La profondeur d'appui ne doit jamais être inférieure à 5 cm. La vérification de la compression sur appui n'est pas nécessaire dans la mesure où il est prévu la mise en œuvre des raidisseurs d'âme au droit des appuis.

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Fig. 2 Détail d'appui de poutrelle avec renfort

31.4 a.7 Stabilité Dans le cas d'un versant de toiture ( fig. 3), la flexion latérale des pannes doit être reprise par des sabots d'appuis, des lignes d'entretoises et des décharges de bas de pente. Une justification par le calcul est nécessaire, bien que les poutres soient maintenues transversalement au moyen de leurs deux membrures aux appuis et par des dispositifs de maintien intermédiaires régulièrement espacés.

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Fig. 3 Versant de toiture

Dans le cas d'un plancher (fig. 4), la stabilité des poutrelles au déversement ou au flambement nécessite la mise en œuvre d'entretoises disposées au minimum toutes les 60 fois la largeur des membrures.

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Fig. 4 Ossature de plancher

31.4 a.8 Mise en œuvre La fixation des poutres contre les éléments de la structure est réalisée de façon traditionnelle (boîtiers, étriers métalliques). Le renfort d'âme doit être posé de part et d'autre de celle-ci. Il est en bois massif et possède les mêmes caractéristiques que les deux membrures. Sa largeur est au moins de 70 mm.

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Systèmes de planchers 31.8 a Les planchers en bois traditionnels

Systèmes de planchers FICHE

31.8 a

Les planchers en bois traditionnels

Les planchers supportant en général des personnes, les risques doivent être appréciés en conséquence. On distingue le comportement local et le comportement global des planchers. Le comportement local concerne la circulation des charges directement appliquées au plancher, les fixations sur appuis, l'entretoisement, le dimensionnement des solives et la nature du plancher proprement dit. Le comportement global concerne les interactions du plancher avec les murs, et notamment la fonction diaphragme. La conception des planchers traditionnels ne pose pas de problème technique, mais tous les aspects locaux et globaux du comportement du plancher doivent être maîtrisés par les concepteurs et les exécutants.

31.8 a.1 Documents de référence Règles CB 71. Norme NFP 06-001, « Charges d'exploitation des bâtiments ». DTU31.1, « Charpente et escaliers en bois ». o Cahier Irabois n 1. Norme NFEN 338. Norme NFE 90-401-2. Eurocode 5. DTU « Maisons à ossature bois ». o Cahier n 107 du CTBA, « Le panneau de particules CTB-H ».

31.8 a.2 Appuis La conception et la réalisation des appuis du solivage constituent un point clé, et il est nécessaire de mettre en œuvre des dispositions constructives éprouvées et justifiées par le calcul (fig. 1). Les éléments à définir et à justifier par le calcul sont par exemple : le boîtier métallique de fixation de la solive, ses liaisons avec la solive et la muraillère supportant le plancher ; la muraillère et ses fixations à la maçonnerie (chevilles sous avis technique, par exemple).

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Fig. 1 Vérification des liaisons au support

Certaines dispositions traditionnelles, telles que les entailles des extrémités des solives sur appui, peuvent s'avérer dangereuses car elles favorisent la propagation des fissures (fig. 2). À ce sujet, se référer à la règle limitant la profondeur de l'entaille au quart de la retombée et à la formule de réduction de la capacité portante d'une poutre entaillée donnée au § 2.411 du « Guide pratique de conception et de mise en œuvre des charpentes en bois lamellé-collé » (Ed. Eyrolles).

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Fig. 2 Vérification de l'effet d'entaille

31.8 a.3 Entretoisement La présence d'entretoises apporte une amélioration sensible au comportement du plancher (fig. 3).

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Fig. 3 Entretoisement des solives

En effet, selon le § 5.23 du DTU31.1, l'espacement de ces entretoises doit être tel que la longueur libre des solives ne dépasse pas 60 fois leur épaisseur, ce qui revient à dire que les entretoises ne sont pas nécessaires pour des solives de 75 mm d'épaisseur et de moins de 4,50 m de portée. Dans ces conditions d'utilisation, leur mise en œuvre ne peut que résulter d'une décision du maître d'œuvre. La fonction des entretoises, qui est de raidir le plancher vis-à-vis de charges concentrées résultant du déplacement des personnes ou de la présence de meubles lourds, ne fait pas habituellement l'objet de justifications. Des explications complémentaires concernant leur apport à la rigidité des planchers sont données, ci-après, aux § 5 et 6.

31.8 a.4 Résistance en flexion

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Le critère de flèche pilote le dimensionnement des solives en bois ; la résistance en flexion doit néanmoins être vérifiée (fig. 4). Les hypothèses de calcul (charges et surcharges d'exploitation, classe de résistance du bois, section, entraxe, portée, taux d'humidité à la mise en œuvre et en service) doivent être explicitées. Les résultats du calcul doivent être donnés avec suffisamment de détails pour que le dimensionnement puisse être vérifié.

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Fig. 4 Vérification des contraintes de flexion de la solive

31.8 a.5 Flèche des solives Il y a lieu de tenir compte des déformations d'effort tranchant dans le calcul des flèches : pour o ce faire, le Cahier Irabois n 1 donne un coefficient de 0,85 par lequel on multiplie le module de flexion pure donné par la norme NFEN 338. La rigidité des solives conditionne leur aptitude à l'emploi. Les planchers trop souples sont déplaisants à l'usage : le corps humain ressent de manière désagréable les fréquences inférieures à 8 hertz (norme NFE 90-401-2), sans parler des bruits divers résultant du mouvement de meubles ou d'objets quelconques. Cette fréquence de 8 hertz fait partie, par ailleurs, avec des clauses complémentaires, des critères de dimensionnement des planchers à l'état limite de service, donnés par l'Eurocode 5. e

Pour les planchers traditionnels, le critère de flèche admissible du 400 de la portée, donné par les règles CB 71, est satisfaisant du point de vue de la rigidité. Dans l'exemple de calcul de la figure 5, il s'agit d'une solive en C24 de 75/22,5 mm, de 4,13 m de portée, avec un espacement de 60 cm, mise en œuvre à 18 % d'humidité stabilisée à 8 %, 2 2 chargée de 0,87 kN/m de poids propre et de 1,5 kN/m de surcharges d'exploitation dont 30 % e sont permanentes. La flèche est égale au 397 de la portée, et la fréquence fondamentale est proche de 8 Hz (solive isolée sans entretoises).

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Fig. 5 Flèche et fréquence du mode fondamental de vibration d'une solive isolée

L'amélioration de la réponse du plancher à une charge concentrée est indiquée à la figure 6, dans le cas de cinq solives reliées par un cours d'entretoises.

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Fig. 6 Réponse d'un plancher de 5 solives entretoisées à une charge concentrée

31.8 a.6 Fréquence de vibration d'un plancher La présence d'entretoises augmente la fréquence fondamentale du plancher et le confort d'utilisation. L'analyse modale montre que l'entretoisement a pour effet d'augmenter la fréquence fondamentale du plancher. L'exemple de cinq solives entretoisées, dont chacune est identique à celle de la figure 5, est illustré à la figure 7 où les modes de vibration et les fréquences correspondantes sont décrits.

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Fig. 7 Analyse modale d'un plancher avec entretoises, déformées modales et fréquences

31.8 a.7 Platelage Les platelages des planchers font très souvent appel aux panneaux de particules. Le Cahier o n 107 du CTBA contient les caractéristiques utiles à la conception des planchers, et notamment des abaques de dimensionnement. Les qualités mécaniques et la résistance aux agressions hygrothermiques de ces panneaux doivent être attestées par la marque CTB-H. Des précautions particulières de mise en œuvre sont décrites dans le DTU « Maisons à

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ossature bois ».

31.8 a.8 Diaphragme Les planchers constituent des diaphragmes reliés aux murs et aux refends. Ils stabilisent la construction, soumise à l'action des charges descendantes et aux actions horizontales du vent ou du séisme (fig. 8).

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Fig. 8 Diaphragme de plancher

Les murs doivent donc contreventer le bâtiment en association avec les planchers. La figure 9 donne un exemple de plancher jouant le rôle de diaphragme dans une maison à ossature bois. Une sujétion particulière à ce type d'ouvrage est que les planchers doivent transmettre, d'un étage à l'autre, les efforts tranchants et les moments de renversement des panneaux de contreventement.

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Fig. 9 Liaisons des murs et des planchers dans le cas d'une maison à ossature bois

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Guide Veritas des techniques de la construction Structures en bois Systèmes de planchers 31.8 b Les planchers bois-béton

Systèmes de planchers FICHE

31.8 b

Les planchers bois-béton

Les planchers bois-béton sont employés pour des salles de classe, des bureaux, ou d'autres locaux recevant du public. Des précautions particulières, quant à leur solidité, doivent être prises. On distingue le comportement local et le comportement global des planchers. Le comportement local concerne la circulation des charges directement appliquées au plancher, le dispositif de connexion bois-béton éventuel, les fixations sur appuis, le dimensionnement du plancher en termes de rigidité, de fréquences de vibration et de résistance. Le comportement global concerne les interactions du plancher avec les murs, et notamment la fonction diaphragme. Les planchers bois-béton exigent une approche technique plus pointue que les planchers traditionnels, notamment dans le cas des planchers mixtes bois-béton, dans lequel intervient l'interaction bois-béton. D'une manière générale, l'évaluation de la période fondamentale ainsi qu'une bonne analyse du comportement global s'avèrent nécessaires. Dans certains cas où le caractère expérimental de la conception de l'ouvrage est plus prononcé, le recours à des experts spécialisés peut être recommandé.

31.8 b.1 Documents de référence Règles CB 71. Norme NFP 06-001, « Charges d'exploitation des bâtiments ». DTU31.1, « Charpente et escaliers en bois ». o Cahier Irabois n 1. Norme NFEN 338. Norme NFE 90-401-2. Eurocode 5. Avis techniques des planchers mixtes.

31.8 b.2 Dispositions d'appuis Les précautions relatives au dispositif de fixation aux appuis, décrites pour les planchers traditionnels (voir la fiche no 31.8a) pour les actions locales (charges appliquées au plancher) s'appliquent également aux planchers bois-béton.

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Fig. 1 Fixation aux appuis : circulation des efforts

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Fig. 2 Précautions à prendre vis-à-vis de l'effet d'entaille

31.8 b.3 Fréquence de vibration Le critère de flèche habituel ne suffit pas à apprécier la sensibilité des planchers aux basses fréquences. Les planchers bois-béton sont, en général, de plus grande portée et plus lourds que les planchers traditionnels. Ces planchers sont plus sensibles aux actions dynamiques de basse fréquence que les planchers traditionnels, ce qui peut constituer une gêne pour le confort des usagers, dans des salles de classe, par exemple (effet trampoline). Il est donc judicieux pour le maître d'œuvre de faire mentionner au CCTP une spécification spéciale visant la fréquence de vibration du plancher, et demandant, par exemple, qu'elle soit supérieure à 8 Hz.

31.8 b.4 Planchers bois-béton sans connexion Les planchers bois-béton sans connexion ne sont pas des planchers mixtes au sens mécanique du terme ; les solives sont de préférence en bois lamellé-collé ; elles doivent être conçues et dimensionnées pour pouvoir reprendre la totalité des charges et surcharges, y compris la charge de la dalle. La dalle doit être armée conformément aux spécifications des règles BAEL. Elle doit également jouer le rôle de diaphragme dans la construction, ce qui nécessite la définition des dispositions constructives adéquates et leur justification. La spécification d'une fréquence de vibration supérieure à 8 Hz prend toute son importance dans le cas des planchers bois-béton sans connexion.

31.8 b.5 Planchers bois-béton avec connexion Les planchers mixtes bois-béton comportent des connecteurs destinés à créer une interaction entre la dalle en béton et la solive en bois lamellé-collé ; ces connecteurs peuvent être répartis (fig. 3a) ou localisés aux extrémités des poutres (fig. 3b).

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Fig. 3 Exemples de disposition des connecteurs

Ces planchers, dont la conception sort du cadre normatif traditionnel, doivent faire l'objet d'investigations particulières : avis techniques, Atex... Ces investigations comportent des vérifications expérimentales en vraie grandeur du comportement des connecteurs et du comportement du plancher, ainsi que l'examen du modèle de calcul. Le domaine d'emploi de ces systèmes comporte des limitations dues aux conditions de l'expérimentation et à la conception des systèmes de connexion, telles que la non-inversion des moments.

31.8 b.6 Comportement au feu Les planchers bois-béton sont généralement assujettis à des exigences de durée de stabilité au feu et de degré coupe-feu découlant de la réglementation incendie.

31.8 b.7 Diaphragme Les planchers bois-béton jouent le rôle de diaphragme ( fig. 4a) ; ils participent ainsi à la stabilité d'ensemble de la construction. La circulation des efforts associés à cette fonction doit être soigneusement analysée par le concepteur (fig. 4b). La conception et le dimensionnement des détails constructifs doivent être associés à cette analyse.

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Fig. 4 Plancher boisbéton jouant le rôle de diaphragme

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