Institut technologique FCBA : Forêt, Cellulose, Bois - construction, Ameublement

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1 Renforcer la compétitivité des entreprises françaises des secteurs forêt, bois, pâte à papier, bois construction, ameublement face à la mondialisation et à la concurrence inter-matériaux Institut technologique FCBA : Forêt, Cellulose, Bois - construction, Ameublement

2 Stabilité mécanique

3 Les principes de base des Eurocodes Stabilité mécanique

4 Stabilité mécanique Les principes de base des Eurocodes Pour le calcul de structures bois : Document Norme But Eurocode 0 NF EN 1990 Combinaisons d actions Eurocode 1 NF EN Poids propres et charges imposées Eurocode 1 NF EN Actions de la neige Eurocode 1 NF EN Actions du vent Eurocode 1 NF EN Actions sur les ponts et passerelles Eurocode 5 NF EN Vérification à froid des structures bois Eurocode 5 NF EN Vérification au feu des structures bois Eurocode 5 NF EN Vérification des ponts en bois Eurocode 8 NF EN Actions dues aux séismes Annexes Nationales NF EN 199X-x-x/NA Choix et Critères pour la France de chaque document

5 - Puissance du séisme (magnitude) = intensité x durée; - Intensité ~ accélération; durée moyenne 30 s. - Echelle de Richter : Magnitude 1 à 9 - Pour exemple : 3 = passage d un camion dans la rue 5 = pas de dégâts, pas de mouvement de meubles A partir de 7 = extrêmement destructeur

6 A noter : -Certaines maisons «perdent» le RDC -Créations de rotules -Grandes ouvertures au RDC (portes de garages, ) = effondrement

7 Quelques exemples : -Lambesc : Juin 1909 (46 Morts), magnitude 6,2 sur l échelle de Richter; -Arette : Août 1967, magnitude 5,8 sur l échelle de Richter; -Epagny-Annecy : 15 Juillet 1996, magnitude 5,5 sur l échelle de Richter; -Guadeloupe : 21 Novembre 2004, magnitude 6,3 sur l échelle de Richter; -Antilles exposées à un fort aléa En moyenne : - 3 à 4 séismes par jour - de magnitude 3

8 Exigence principale = non effondrement (permettre aux personnes d évacuer le bâtiment, secours) Exigence secondaire = limiter les dommages (impact socio économique de la perte du bâtiment) Décret = outils, valeur Définition du zonage sismique Définition des catégories d importance de bâtiment Affectation des catégories d importance (Impact socio économique dans la gestion de la crise post aléa) Arrêté = méthode d application

9 Zonage de 1991 Meilleures connaissances sismologique, approche probabiliste des Eurocodes a gr : accélération de référence en m/s²

10 Arrêté du 22 octobre 2010 :

11 En face de chaque catégorie d importance de bâtiment, l Eurocode 8 donne un coefficient d importance qui module l accélération sismique de référence Accélération utilisée pour le calcul : a g = γ I.a gr

12 Recommandation : Attention aux éléments non structuraux Règles simplifiées CPMI Application possible du guide CPMI Antilles sous conditions

13 Réponse d une structure en situation sismique, spectre de réponse : Séisme Structur e m Réponse CPMI d k a m c v Raideur Masse Amortissement Vibration de la structure = fréquence propre Coefficient de comportement «q» Spectre de réponse élastique Pour la France métropolitaine le spectre de type 2 a été retenu.

14 Réponse d une structure en situation sismique, classes de sol : Le plus fréquent en France = sol de classe B Plus le sol est mou, plus le séisme est amplifié

15 Le coefficient de comportement «q» : 8.3(1) exemples de structures q Plus la structure peut dissiper l énergie, plus «q» est élevé. Il joue le rôle de limiteur d effort : effort sur la structure = F/q Pour le bois en France : 1,5 q 3. Remarque : seules les forces horizontales sont prises en compte, les forces verticales ne sont pas dimensionnantes pour le bois. Mur ossature bois classique principe de dimensionnement DCL DCM DCH console, poutre bi-articulée 1,5 arc à 2 ou 3 articulations assemblagesbrochés 1,5 treillis (connecteurs) 1,5 panneaux de murs + diaphragmes collés treillis assemblés par broches ou boulons structure bois auto-stable + remplissage non porteur portique hyperstatique avec broches ou boulons panneaux de murs cloués + diaphragmes collés assemblés par clous, boulons treillis avec assemblages cloués portique hyperstatique avec broches ou boulons panneaux de murs cloués + diaphragmes cloué assemblés par clous, boulons ,

16 Trois maillons indispensables pour obtenir la fiabilité globale d un ouvrage : L implantation géographique La conception et le dimensionnement L exécution l Eurocode 8 souligne la nécessité d établir des documents stipulant : la définition des matériaux utilisés avec leurs caractéristiques, la définition des éléments principaux pour la stabilité de l ouvrage sous sollicitations sismiques, un plan de système qualité pour leur réalisation (suivi de chantier).

17 L implantation géographique: -Demander une étude de sol (connaître les caractéristiques du terrain pour caractériser les éventuelles amplifications du mouvement sismiques. -Consulter le Plan de Prévention des Risques de la commune (déterminer la zone sismique et se protéger des risques d éboulement et de glissement de terrain). -Tenir compte de la nature du sol (privilégier les configurations de bâtiments adaptées à la nature du sol).

18 La conception : L Eurocode 8 introduit des critères de régularité qui peuvent s exprimer de manière générale de la façon suivante : - Préférer les formes simples -Privilégier la compacité du bâtiment -Limiter les décrochements en façade ou en plan -Fractionner le bâtiment en blocs homogènes - Limiter les effets de torsion -Distribuer les masses et les raideurs de façon équilibrée - Assurer la reprise des efforts sismiques -Assurer le contreventement de la structure -Superposer les éléments de contreventement -Créer des diaphragmes horizontaux rigides à tous les niveaux -Appliquer les règles de construction (DTU, )

19 Le dimensionnement en capacité : L objectif est d éviter les modes de rupture fragile dans le bois Dissipation dans les assemblages. Les modes de rupture doivent être liés à l apparition de rotules plastiques dans les assemblages. Autrement dit, il faut dimensionner de tel sorte que les assemblages atteignent la plasticité et que les élément bois soient moins sollicités, quitte à sur dimensionner ceux-ci. Assemblages = fusibles de la structure Dans le même esprit, il faut diffuser les efforts. Exemple : Mur ossature bois -Il faut écarter le mode de rupture du panneau -Il faut diffuser les effort dans les pointes. A résistance global équivalente, il vaut mieux plus de petites pointes que moins de grosses. Cas extrême : Mur ossature bois contreventant avec feuille de papier fixée par grosses pointes!!!

20 Le dimensionnement en capacité : Rupture par rotule plastique des pointes Glissement des panneaux en cisaillement Pas de rupture fragile du bois ou panneau (bon dimensionnement en capacité!!)

21 Le dimensionnement en capacité : Rupture plastique de l ancrage qui n est pas assez raide = risque de déchirement du panneau (mauvais dimensionnement en capacité!!) Le dimensionnement : Les déplacements doivent également être vérifiés : -Exigence de non entrechoquement -Limiter l impact sur le second œuvre (verrière, )

22 L exécution : -Respecter les dispositions constructives, suivi de chantier rigoureux. -Utiliser des matériaux de qualité. -Fixer les éléments non structuraux (cloisons, cheminées).

23 Domaine d application - Zones et bâtiments Règles simplifiées CPMI, coefficient d importance 1

24 Domaine d application - Conditions de site et de sol - La pente de site doit être inférieure à 35% ; - Si la pente est entre 10% et 35%, il faut justifier de sa stabilité ; - En dessous de 10%, le document s applique sous réserve que la pente soit stable ; - Si il y a présence d un talus ou une falaise réputés stables : -Se référer au PPR -Nécessité de définir en toute fiabilité la classe de sol Etude de sol

25 Domaine d application - Autres conditions -Aucun étage en encorbellement n est autorisé dans ce document, quelle que soit sa portée. Modifications ultérieures de la construction : Les modifications structurales effectuées après la réception des travaux sont considérées comme conduisant à une nouvelle construction et doivent donner lieu à de nouvelles justifications. Exemple : -Surélévation ; -Réalisation d une ouverture dans un mur contreventant ; -Transformation de combles en étages habitables ; -Réalisation de garages solidaires de la construction,

26 Concevoir de manière à assurer la régularité de la construction, par exemple à éviter : Conception des constructions

27 La configuration en plan de la construction doit être simple et compacte, proche d un rectangle. Son élancement en plan doit être limité (rapport a/b inférieur à 2.5). Conception des constructions - En plan Les parties biaises en plan sont admises à condition que l angle n excède pas 15.

28 Conception des constructions - En plan Les retraits et saillies, pour les planchers et toitures faisant office de diaphragme sont à examiner par rapport au polygone dans lequel ils sont inscrits. Les trois conditions suivantes doivent être respectées : Création d un joint entre les deux parties

29 Conception des constructions - En plan Le bâtiment doit être, au moins dans la direction de sa plus grande dimension en plan, approximativement symétrique en plan pour ce qui concerne la section des panneaux de contreventement et la distribution des masses.

30 Conception des constructions - En plan Il faut prévoir un minimum de deux panneaux de contreventement parallèles dans chaque direction principale du bâtiment. Pour chacune des deux directions, la distance entre les deux panneaux de contreventement parallèles les plus éloignés doit être au moins les ¾ de la longueur de la façade parallèles à leur plan. Dans chacune des deux directions, le rapport de la longueur cumulée des murs primaires extérieurs sur une face du bâtiment à celle située sur la face opposée doit être compris entre 0.4 et 2.5. Pour l application de cette clause, peuvent être comptés comme murs extérieurs tous les murs distants de moins de 0.25xLde la rive du bâtiment. L étant la dimension en plan du plancher, comptée perpendiculairement au mur considéré.

31 A chaque niveau, les charges reprises par les éléments secondaires ne doivent pas excéder 20% des charges totales reprises au niveau considéré. Conception des constructions - En plan

32 Conception des constructions - En élévation Dans le cadre de ce document, la configuration en élévation des constructions doit être telle que chaque éléments de contreventement doit être continu du sommet jusqu à sa fondation. De plus, l écart entre la surface des différents planchers ne doit pas excéder 20%. Au delà, un joint doit être prévu au niveau des décrochements.

33 Conception des constructions - Joints De même, la toiture ne doit pas présenter de porte à faux de plus de 1.2m. Les avancées sur poteaux doivent comporter un contreventement horizontal et un contreventement vertical. Lorsqu un joint est prévu entre deux blocs contigus, sa largeur doit être suffisante pour garantir l indépendance complète de la superstructure des deux constructions. Ce joint doit être soigneusement débarrassé de tout matériau et convenablement protégé contre l intrusion de corps étrangers, susceptibles d en altérer le fonctionnement, postérieur à la construction. Dans tous les cas, la largeur des joints entre deux constructions ne doit pas être inférieure à 4cm.

34 Plancher Les planchers respectent les exigences du DTU 51.3 relatif au planchers en bois. La configuration en plan des planchers respecte les critères évoqués précédemment. La présence d une trémie est autorisée dans les configurations ci-dessous. 4 m² maxi

35 Plancher Les panneaux de plancher à mettre en œuvre sont en : -OSB 3 ou 4 en épaisseur 18 ou 22mm, -Panneaux de particules p4 ou p5 en épaisseur 19, 22 ou 25 mm, -Contreplaqué à 5 plis au minimum, en épaisseur 15, 18 ou 21 mm. Les entraxes de solivage sont des sous multiples des largeurs et longueur de panneaux. Les entraxes courants en fonction des dimensions de panneaux sont : 357, 375, 400, 500 ou 600 mm. Le tableau ci-dessous donne les prescriptions minimales pour un fonctionnement sur trois appuis vis-à-vis réparties telles que définies plus haut (flèche au 1/400).

36 Plancher prescriptions de fixation :

37 Plancher L épaisseur minimale b s des solives et entretoises est de 62 mm (à 12%). La hauteur d entretoise h e doit être supérieure à 75 mm. Si elle est inférieure à la hauteur des solives h s, il convient que le rapport h s /b s soit au plus égal à 4.

38 Plancher Les prescription spécifiques pour la poutraison sont présentées dans la figure ci-dessous. Il est nécessaire de conserver une même orientation du solivage de part et d autre d un mur de refend.

39 Plancher Détail 3-1 sur trémie :

40 Plancher La liaison entre les diaphragmes horizontaux de planchers et les murs de contreventement (de façade ou refend) est primordiale (Détail type 1-1 ou 1-2). Épaulement

41 Plancher Les détails suivants illustrent les liaisons entre plancher et murs de façade ou refends parallèles aux solives (Détail type 2-1 ou 2-2), dans le cas de solivage inclus dans la hauteur du mur. Transmission directe des efforts de compression dans le plan du diaphragme. Effort de traction et de cisaillement repris par un boulonnage entre les deux solives et les lisses (idem efforts précédents).

42 Plancher Il est impératif de prévoir des ancrages adéquats entre les solives et les murs de contreventement en maçonnerie afin d assurer une liaison efficace entre plancher et murs. Renfort d angle

43 Plancher

44 Charpente industrielle Contreventement sous arbalétriers dans le cas de combles aménageables : Murs maçonnés = doublage AFA

45 Charpente industrielle Stabilisation en toiture des pignons lourds de plus de 12 m de long :

46 Charpente industrielle Principe d accroche des AFA sur les entretoises, des entretoises sur les fermettes et des fermettes sur les murs :

47 Charpente industrielle Les dimensions minimales imposées par le DTU 31.3 sont les suivantes : appellations fermes industrielles entraxes de fermes < 0,70 m 0,70 à 0,92 m dimensions AFA 25x100 36x96 minimales FAA & FA 25x60 25x72 des CVS (cf. fig 6-60) 25x72 25x72 éléments de ENT 36x72 36x72 stabilisation ADA 25x100 36x96 mm² FE 25x60 25x72 Ces éléments doivent être vérifiés en résistance (sections, instabilités et liaisons).

48 Charpente industrielle Exemple de poutre treillis connectée positionnée sous entraits et différentes mises en place :

49 Charpente traditionnelle Les assemblages bois/bois traditionnels fonctionnent essentiellement par contact. Il est indispensable de les concevoir de telle sorte que les risques de rupture fragile (traction perpendiculaire, cisaillement) soient écartés.

50 Charpente traditionnelle Exemple de stabilisation et d ancrage: Si pente supérieure à 30, poutre au vent en «K» dans le plan de toiture par ex.

51 Charpente traditionnelle Règles pour les assemblages Pas de rupture fragile en cas d inversion d effort (assemblage «traditionnels») Assemblages le plus symétriques possibles Trous ajustés pour les boulons et broches A éviter : les diamètres > 16 mm Proscrire les assembleurs «arrachables» (pointes lisses, crampons, etc ) sans dispositions «anti-arrachement» Dispositions complémentaires pour limiter le risque de fendage par traction perpendiculaire

52 Charpente industrielle et traditionnelle, ancrages : Le dimensionnement des ancrages de charpente bois peut être abordé de manière globale en déterminant l effort sismique global que doit reprendre l ensemble des ancrages. Coefficient global d ancrage de charpente bois (kn/m²) toiture légère sur bâtiment implanté à une altitude inférieure à 1000m. Effort global d ancrage = surface au sol x coéf global d ancrage

53 Charpente industrielle et traditionnelle, ancrages : Coefficient global d ancrage de charpente bois (kn/m²) toiture semi-lourde sur bâtiment implanté à une altitude inférieure à 1000m ou toiture légère sur bâtiment implanté à une altitude supérieure à 1000m.

54 Ossature bois Domaine d application : Masses maximales des différents composants : -Murs de façade : 235 kg/m (h=3m) -Murs de refend : 175 kg/ml (h=3m) -Planchers : 150 kg/m² ( compris cloisons légère 50 kg/m²) -Charpente et toiture : 130 kg/m² (toitures légères), 175 kg/m² (toitures semi lourdes). -Charges d exploitation en plancher : 150 kg/m² pour les habitations.

55 Ossature bois Exemple de composition et de partition d un mur en ossature bois :

56 Ancrages : Ossature bois Sont abordés ici les liaisons entre étages et entre l ossature du rez de chaussée et la structure de soubassement ou de fondation. Très utilisé au Japon

57 Ossature bois Les systèmes d ancrage, ainsi que les liaisons d étage à étage doivent être plus résistants que les murs eux même pour un bon fonctionnement dissipatif de ceux-ci.

58 Ossature bois La résistance exigée pour ces ancrages ou fixations est la suivante : -pour la reprise du tranchant, un ancrage de lisse basse par voile au minimum et une fixation capable de reprendre un effort de cisaillement de 13 kn par mètre de voile. -pour la reprise du moment de renversement, au minimum un ancrage capable de reprendre 10 kn au niveau de chaque montant d extrémité de voile. Résistance d ancrage exigée au droit des montants d extrémité de voile (kn) :

59 Thierry VARACHAUD CONSTRUISONS ENSEMBLE LE FUTUR!

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