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