particularités du matériau bois - afgc
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Particularités du matériau bois possibilités de mixité
Robert Le Roy Professeur à l’ENSAPM
Chercheur associé à l’IFSTTAR Robert.leroy@enpc.fr
Comportement mécanique
Mosquito (1944) réalisé en bois moulé (bouleau, balsa, bouleau) http://en.wikipedia.org/wiki/Plywood
Essence
Masse volumique
moyenne à 12%
d'humidité (kg/m3)
Sapin, Epicéa 400
Pin maritime, Pin sylvestre,
Melèze
450
Chêne 650
Châtaigner 650
Masse volumique
Traction longitudinale - éprouvette d’épicéa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
co
ntr
ain
te (
MP
a)
déformation (%)
,0,t meanf
Comportement fragile !
Essais Foret ENPC
Compression longitudinale - éprouvette d’épicéa
0
10
20
30
40
50
60
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
contr
ain
te d
e c
om
pre
ssio
n (
MP
a)
déformation (%)
,0,c meanf
Comportement ductile !
Essais Foret ENPC
b
hF
33
62 1.
112
EK
E
L
k
Fbm
m
Masse minimum pour flèche donnée
f
LbFgm
,,
Masse minimum pour force donnée
b = cte, h variable
L
E, 𝜌
Résistance en flexion
Masse minimale
Bois
composites
Ré
sis
tan
ce
(M
Pa
)
Masse volumique (kg/m3)
Aciers
𝝈𝒇
𝝆=cte
aluminium
Ashby (99) materials selection in mechanical design Burlington, Massachusetts: Butterworth-Heinemann.
Bois
Rigidité en flexion
Masse minimale
Masse volumique (kg/m3)
Aciers composites
Module
d’Y
oung (
Gpa
)
𝑬𝟑
𝝆= 𝒄𝒕𝒆
aluminium
Structure poreuse
résineux feuillus
trachéides Vaisseau
50 µm<d<200 µm
0,1mm<L<1,2mm
10µm<d<50µm
1mm<L<10mm
Source : Pour la science (mars 2003)
Comportement anisotrope
traction longitudinale : cellules en traction
compression longitudinale : cellules en compression
(flambement des cellules)
compression radiale ou transversale : écrasement des
cellules
traction radiale ou transversale : décollement des cellules
R L
T
,0,c meanf
E
NP
C
,0,
,90,5
c mean
c mean
ff
Compression transversale – éprouvette d’épicéa
E
NP
C
,0, ,90, ,0,1% 3%t mean t mean t meanf f f
Traction transversale
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8
deplacement en cm
forc
e e
n k
NFlexion
poutre en bois massif - Epicéa
0,6 0,6 0,6
1,8
Essai ENPC
h=0,15
b=0,15
Rupture d’un tasseau 40×60 en flexion
E
NP
C
Plastification en compression
E
NP
C
Modélisations de la flexion
Axe neutre
c
t
physique
Normative EN 1995-1
,m df
,m df
c
ec
t
ze
hbois
hp
ht
Axe neutre
c
ec
t
Autres modes de rupture en flexion
EN
PC
Cisaillement !
Compression transversale !
E
NP
C
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
5 10 15 20 25 30
fact
eur
de
rés
ista
nce
teneur en eau du bois (%)
Modèle d’après Wood handbook (USDA) pour du Pin
Résistance et teneur en eau pour une même essence
Résistances caractéristiques/de calcul
M
kc
dc
fkf
,0,mod
,0,
.
M
kd
XkX
.mod
EN 1995-1-1 conception et calcul des structures en bois. Partie 1-1 :
généralités, règles communes et règles pour le bâtiment
Facteur de modification
Résistance caractéristique
Résistance de calcul
La valeur de kmod correspond à l’action de la combinaison ayant la plus courte durée
d’application
Exemple pour la compression
Classe
de
service
Valeurs de selon les classes de service et de durée de chargement
Action Perm.
(10 ans)
Action long
terme (< 10 ans)
Action moyen terme
(< 6 mois)
Action court terme (< 1 semaine)
Action Instant.
1
2
3
0,60
0,60
0,50
0,70
0,70
0,55
0,80
0,80
0,65
0,90
0,90
0,70
1,10
1,10
0,90
modk
EC5 pour Bois massif, BLC, Lamibois (LVL)
Valeurs de Kmod
C18 C24 C30 D40
Flexion 18 24 30 40
Traction ax 11 14 18 24
Traction trans 0,5 0,5 0,6 0,6
Compression ax 18 21 23 26
Compression trans 2,2 2,5 2,7 8,8
Cisaillement 2 2,5 3 3,8
Module long moyen 9 000 11 000 12 000 11 000
Module long caract 6 000 7 400 8 000 9 400
Module cisaillement 560 690 750 700
Valeurs caractéristiques des résistances et des modules
NF EN 338 « Bois de structure classes de résistance »
Unité : MPa
Bois massifs
NF EN 1194. Structure en bois – bois lamellé collé – classes de
résistance et valeurs caractéristiques
Matériau
Valeur de kdef selon la classe de service
1 2 3
Bois massif, bois lamellé-collé, lamibois
0,60 0,80 2,00
Contreplaqué 0,80 1,00 2,50
def
meanfinmean
k
EE
1,
Fluage
Mixité
28
Connexion du béton au bois
Connexion
partielle
Connexion
complète
Sans
connexion
F F
Glissement x .F K x
x
y
Collage = connexion complète
Pham (2007) thèse ENPC
Contraintes à l’interface
bois
béton Retrait
Retrait/gonflement longitudinal
Retrait béton = 0,05%
Retrait L bois = 0,05%
Retrait R/T bois = 1,5% (pour = 5%)
Retrait
Retrait
Gonflement
R et T
Louisa Loulou (2013) Thèse Université Paris Est - ENPC
Cernes convexes
y
x
Application à la structure NR2C
influence du sens des cernes
Cernes concaves
31
Cernes première lamelle perpendiculaire
Loulou (2013)
Projet NR2C
New road construction concepts
Innovations for civil engineering structures
(WP3) (pilotage JMI)
32
Essais Ifsttar (Toutlemonde et al.)
Diffusion de l’eau après 90 jours de chargement hydrique
1,5 cm
y
x
Traction parallèle à l’interface (béton)
Traction perpendiculaire à l’interface (bois) Cisaillement à l’interface (bois)
Après 90 jours de chargement hydrique
34
Loulou 2013
dc
bc
Ac,Ic,Ec
Aw,Iw,Ew
bw
hw
hc
ac
aw
0.5 hc
0.5 hw
σm,w
dw
σm,c σc
σw
τmax
EN 1995-1-1 annexe B informative
Poutres assemblées mécaniquement
Interprétation pour une poutre mixte bois-béton
K= raideur d’un connecteur en MN/m (un connecteur par mètre de poutre)
K/s = raideur effective de la connexion en MN/m2 pour un espacement s entre
connecteurs
Pont type CEREMA EST-SETRA – IFSTTAR- ENSTIB
Mise au point du connecteur : PFE Blonski
Financement JMI
- Détermination du Kser (un goujon Nelson) Kser
220 MN/m
- Modifications plaque plus épaisse, tirefonds 12
- Validation en fatigue par Ifsttar (Douthe et al.)
- Vérification en statique
- Prise en compte du Kser dans dimensionnement
(Cerema)
Bibliographie
Pham H.S. (2007) optimisation et comportement en fatigue de la connexion bois-bfup pour de
nouveaux ponts mixtes, thèse de l’école nationale des Ponts et Chaussées, spécialité structures et
matériaux, sous la direction de R. Le Roy et G. Foret.
Blonski A. (2009) étude de la rigidité d’un système de connexion pour un pont type bois-béton, Ecole
des Ponts ParisTech, PFE, sous la direction de R. Le Roy et J.M. Tanis.
Bouhaya L., Le Roy R., Feraille A., (2009) Simplified Environmental Study on Innovative Bridge
Structure, Environmental Science & Technology Journal, 43(6), pp. 2066-2071
Le Roy R., Pham H.S., Foret G., (2009) new wood composite bridges, European Journal of
Environmental and Civil Engineering, vol.13, n°9, pp. 1125-1139.
Loulou L., Caré S., Le Roy R., Bornert M., Bertrand F., Chataigner S., Nedjar B., (2011) Etude de la
durabilité des assemblages collés bois-béton soumis à des chargements hydriques, 20ème congrès
français de mécanique, Besançon.
Ben Mekki O., Toutlemonde F., (2011) Experimental Validation of a 10-m-Span Composite UHPFRC–
Carbon Fibers–Timber Bridge Concept, Journal of Bridge Engineering Photo Asce / January-February,
148-157.
Loulou L. (2013) durabilité de l’assemblage mixte bois-béton collé sous chargement hydrique, thèse de
l’université Paris Est, spécialité structures et matériaux. Sous la direction de S. Caré et R. Le Roy.
Guide pour assurer la durabilité des ponts en bois
Guide LCPC pour
l’inspection des ponts en
bois
Disponible Disponible 40
4 Guides techniques
Disponible À paraître 2014
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