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CONSTRUIRE EN BOIS EUROCODE 5 Gilles DUCHANOIS Ingénieur CRAI / ENSA – Nancy

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  • CONSTRUIRE EN BOIS

    EUROCODE 5

    Gilles DUCHANOIS

    Ingnieur

    CRAI / ENSA Nancy

  • Consommation nergtique lchelle plantaire

    La consommation annuelle dnergie, lchelle mondiale, par habitant et par an, correspondant aux cinq grands vecteurs nergtiques

    Charbon, Ptrole, Gaz, Hydraulique et nuclaireest reste depuis plus dune trentaine dannes sensiblement constante :

    1,5 Tep / Hab / an

    Comme 1 Tep / an est quivalente 1,4 kWNous avons besoin dune puissance de :

    18,5 MWh / Hab / an

    Chaque anne, lhumanit consomme environ :

    10 Milliard de Tonnes quivalant ptrole

    La Grande Constante nergtique

  • Disponibilit matire premire bois en France

    55 Millions de m3Consommation intrieure franaise :

    47 Millions de m3Rcolte annuelle :

    85 Millions de m3

    232 000 m3 / jour2,5 m3 / s

    Accroissement biologique annuel :Production de lusine bois

    2 000 Millions de m3Volume sur pied

    Le BOIS Matriau Naturel Renouvelable

  • Equivalences nergtiques :

    2,5 m3 bois 2 Baril Ptrole Brut

  • Anne 2004 : Bilan Energtique franaisProduction dnergie primaire : 275 MTep

    Consommation dnergie primaire : 276 MTep

    Production dnergie primaire dorigine renouvelable : 18 MTep soit 6,5 %

  • Consommation franaise en chauffage :

    Moyenne : 250 kWh/m/an

    Habitat passif : 30 kWh/m/an

    BREGENZ Autriche

  • Autrefois : Les constructions en bois

  • Atelier de fabrication FrasneMatre dOeuvre : Paillard Philippe

    Matre dOuvrage : Pro Lignum

  • Pont routier sur A 89Matre dOeuvre : Spielmann

    Matre dOuvrage : A 89

    Petits ponts de bois

  • Petits ponts de bois

  • Pont de Merle - France

  • Les Dfis du Bois2005

    Un observatoire pour regarder la terre et le ciel

    Extrait de Zara

  • DfisLe bois, un dfi relever

    Les dfis du bois 2005, projet La La La Equipe : Brunod, Le Quang, Mathis, Piatti, Poirier

  • Les Dfis du Bois2006

    Un nid dans la ville

    Connextion skin

  • DfisLe bois, un dfi relever

    Les dfis du bois 2006, projet Pie voleuse

    Equipe : De Laage, Hammer-Bernold, Nanseret, Tonnerieux, Toro-Pineineros

  • Les Dfis du Bois2007

    Une vigie dafft environnementale

    Extrait de Zara

  • Hliospirale

    www.defisbois..fr

  • Arum@

    www.defisbois..fr

  • Les 14 cibles de la HQEQualit de leauCible 14Qualit de lairCible 13Conditions sanitairesCible 12

    Cible de sant

    Confort olfactifCible 11

    Confort visuelCible 10

    Confort acoustiqueCible 9

    Confort hygrothermiqueCible 8

    Cibles de confortCration dun environnement intrieur satisfaisant

    Gestion de lentretien et de la maintenanceCible 7

    Gestion des dchets lis lactivitCible 6

    Gestion de leauCible 5

    Gestion de lnergieCible 4

    Cibles dcogestion

    Chantier faibles nuisancesCible 3

    Choix intgr des procds et produits de constructionCible 2

    Relation harmonieuse des btiments avec leur environnement immdiatCible 1

    Cibles dcoconstruction

    Cibles de matrise des impacts sur lenvironnement extrieur

    ECOCONCEPTION DANS LA

    CONSTRUCTION

    Approche HQE

  • Effet CO2 de diffrents matriaux de construction

    1.830,28Bois

    00,89ciment

    00,64Acier

    Fixation de CO2 (kg)Dgagement de CO2 (kg)Matriau

    Process de fabrication et mise en uvreEffet CO2 pour 1 kg

    Impact sur leffet de serre des matriaux de construction

    Bois : C=50% , O=43% , H=6% , N=1%

    Exemple dimpact environnemental : Cible 2

  • 0,05Laine de roche

    0.054Balsa

    0,14Epica

    0,23Chne

    0,50Pltre

    1,75Bton

    3,50Granit

    52Acier

    230Aluminium

    : W / m / CMatriau :

    Conductibilit thermique des matriaux

    ISOLATION THERMIQUE

    Structure anatomique (rsineux)

    Exemple dimpact environnemental : Cible 4

  • Exemple dimpact environnemental : Cible 8

    Mur ossature bois traditionnel

    Vapeur deau

    stoppe

    Peau ext.

    Peau int.

    Isolation

    Diffusion croissante de

    la vapeur deau

    Force motrice : Pvapeur

    absorption

    stockage

    restitution

    Mur transpirant

  • Exemple dimpact environnemental : Cible 9

    Plancher : bois - Bton

    Confort acoustique

  • Composants en bois

  • Composants en bois

  • Lassemblage de deux pices de bois passe en gnral et de manire classique par le collage (ici en haut, exemple de laboutage). A droite, exemple de soudage du bois obtenu par fusion localise de la lignine, le soudage du bois devient une ralit

    A.PIZZI (ENSTIB) & ESIB (Suisse)

    Ligne de soudure

  • Matriaux /ELU

    Valeur de calcul d une proprit

    Effet d chelle

    modkd

    M

    X kX

    =

    max

    Min

    0,2ref

    h

    h,

    ( /h )h = . k

    k

  • VALEUR DE CALCUL DES RESISTANCESRsistance de Calcul dun lment :

    Etats limites ultimes Bois lamell coll 1,25

    1,3Etats limites de service 1 Bois massif

    1 et 2 3permanente plus de 10 ans poids propre 0,6 0,5Long terme 6 mois - 10 ans stock age 0,7 0,55

    Moyen terme 1 semaine - 6 mois exploitation 0,8 0,65Court terme moins dune semaine Neige 2 et vent 0,9 0,7

    Classe de dure de charge Dure 1 Exemples dactionsk mod selon classes de service

    M

    kd

    RkR mod

    =

    Coefficient de modification de rsistances: dure de chargement taux dhumidit des pices.

    Coefficient partiel de scurit pour le matriau, incertitudes du modle variations dimensionnelles.

    Rsistance caractristique du matriau considr

  • A / Classes de rsistance BOIS MASSIF: C18 C24 C30

    C = Rsineux ou peuplierC24

    D = Feuillu

    Pour le C30 en Douglas et pour les classes suprieures C30 dans les autres essences rsineuses, classement par machine obligatoire.

    B / Classes de rsistance BOIS LAMELLE-COLLE : GL24 GL28

    (C24) (C30)

    GL = Lamell-coll GL 24 h

    Rsistance caractristique en flexion (seules 5% des pices cassent en dessous) = 24 Mpa

    Rsistance caractristique en flexion 24 Mpa

    h = homogne, c = panach

  • Etats limites de service

    Fluage

    Glissement d assemblages

    Vibrations

    ( )1fin inst defu u k= +d

    ser

    ser

    Fu

    K=

  • 112

    t

    t

    20

    ILLUSTRATION DES CLASSES DE SERVICE

    2

    Le bois ne dpasse que rarement 12 % d' humidit. classe de service 1

    H% bois (charpente)

    Le bois ne dpasse que rarement 20 % d' humidit. classe de service 2

    % bois (charpente)H

    20

    t

    10

    30

    3

    Le bois peut tre amen des humiditssuprieures 20 % pour des dures non ngligeables

    classe de service 3

    H% bois expos (des poutres de la passerelle)

  • Le matriau bois :30000 espces de vgtaux ligneux donnant du bois

    Plan ligneux

    Rsineux (gymnospermes) "Softwood"

    SapinEpicaDouglasPin maritimePin sylvestreMlze

    Feuillus (angiospermes)"Hardwood"

    ChneHtre

    ChtaignierPeuplier

    Bois tropicaux

  • Coupe transversale de chne

    Duramen(ou bois parfait)

    Ecorce

    Liber

    Cambium

    Aubier

    Le matriau bois :

  • Coupes transversales (rsineux)

  • Rsineux coupe axiale (au microscope)

  • Le bois : matriau anisotrope

    Plan LT (dosse) Plan LR (quartier)sur quartier sur faux quartier

    sur maillesur dosse

    Dbits :

    Plan TR (section transversale)

  • Le bois : matriau composite naturel

    L

    RT

    MICROFLAMBAGE

    RC

    COMPRESSION

    "DUCTILE"

    TRAC

    TION

    "FRAGILE"

    50 MPa

    Dformation plastique C

    Dformation plastique T

    eC

    eC

    cT

    cT

    RT

    RT

    RC

    RC

  • Elments du plan ligneux des bois rsineux

  • Epica Douglas

  • Elments du plan ligneux des bois feuillus

  • Feuillus

    A zone initiale poreuse A pores diffus

  • Feuillus zone initiale poreuse A zone semi-poreuse A pores diffus

    Frne BouleauNoyer

  • Htre Chne

  • Densit

    Ecorce

    Rayonsligneux

    Duramen

    Densit relative de 0,1 1,2 Densit relative de la matire

    ligneuse : 1,53

  • Densit

  • Bois de printemps Bois d t

    Mlze

  • Le bois et leau

    RETRAIT

    Eau libre Eau lie

    e5e4e3e2e1

    30 %AUCUN RETRAIT

    e1 = e2 > e3 > e4 > e5

    Humidit du bois ( H % = x 100 ) PH POPO

  • Le bois et leau

    Retrait radial (5%)

    Retrait tangentiel fort (10%)

    Retrait axial (

  • Le bois et leau

  • Le bois et leau

    90

    85

    80

    75

    70

    65

    60

    55

    50

    45

    40

    35

    30

    20

    18

    16 15

    14

    13

    12

    11

    10

    9

    8

    7

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    56 4

    quilibre hygroscopique des bois

    Humidit relative de lair ( en %)

    Temprature (en C)

    Cette courbe permet de dterminer le taux dhumidit en fonction de la temprature et du taux dhumidit de lair ambiant.

  • Le bois et leauquilibre hygroscopique des bois

    LILLE14-23

    REIMS15-22

    ROUEN17-20

    CAEN16-20 PARIS

    13-20

    BREST18-20

    RENNES14-22

    NANTES14-22

    BOURGES12-20

    STRASBOURG13-20

    TOURS12-20 BELFORT14-21

    LYON11-20CLERMONT-

    FERRAND13-18

    AVIGNON10-15

    NICE15-17

    ANGOULEME12-20

    BORDEAUX14-21

    TOULOUSE12-21 MARSEILLE

    11-16

    PERPIGNAN11-16

    Valeurs moyennes de lquilibre hygroscopique des bois placs lextrieur.

    Les chiffres indiquent les deux valeurs moyennes extrmes sur une anne.

  • Le bois et leau

    DEFORMATIONS :

    Anisotropie du retrait

    Flche de face

    Flche de chant

    Gauchissement

    Tuilage

  • DEFAUTS DE SECHAGE

    Fissuration interne Dformations

  • Schage naturel

    Schage artificiel

    Tri des sciages

  • Collge de DuttlenheimMatre dOeuvre : Krummenacker-Dreysse-Cittadini

    Matre dOuvrage : Conseil Gnral

    structures ossatures bois

  • Petits ponts de bois

    CROZERY Vosges

  • Petits ponts de bois

    CROZERY Vosges

  • Passerelle MelunMatre dOeuvre : Lavigne

    Matre dOuvrage : Commune

  • Les nuds sont des anomalies fatales et invitables dans les grumes, puisquelles sont lies la prsence de branches.

    Les nuds

    - Influence "en gnral" dfavorable sur les proprits mcaniques(concentration de contraintes, variation locale du repre danisotropie )

    - Difficults dusinage(variation locale de la densit)

    - Les nuds ont une importance considrable dans les rgles de classements des bois

    Branche vivantenud clair

    Branche mortenud non adhrentBranche pourrienud altrElagagenud recouvert

    GourmandsCheville

  • Les nuds

  • Exemples de mesurage

    Les nuds

    Dimensions prendre en compte :

    Sur les faces : entre les tangentes

    nud A = dimension d

    nud B = d1+d2+...+dn parallles aux rives

    Dimensions prendre en compte :

    sur les faces (Noeuds A; B) = (a+b)/2

    sur les rives ( Noeud A) = entre les tangentes parallles aux rives

    sur les rives (noeud B) = prsence

    Dimensions prendre en compte :

    sur les faces (nuds A, B, C) = entre les tangentes parallles aux rives

    sur les rives (nuds D, E, F) = entre les tangentes parallles aux rives

  • Classement daspect des bois rsineux

  • Le classement daspect

  • Principaux critres de classement en structure( Pour les autres critres, se reporter au texte de la norme qui seule fait foi ).

    Classes C 18 C 22 C 30

    Largeur des cernesd'accroissement (mm) sans objet

    infrieure ou gale 6mm

    infrieure ou gale 3 mm

    L 100 mm 1/2 de L L 100 mm 1/2 de L

    100 mm < L< 150 mm 1/2 de L 100 mm< L

  • Les diffrentes essences de bois

  • Avec une conductibilit thermique () trs faible, le bois est un bon isolant thermique.

    (w/mC)

    0.040Laine minrale 0.054Balsa0.10Lige0.12Sapin, pica0.23Chne0.5Pltre1.75Bton3.5Granite52Acier230Aluminium

    Valeur moyenne pour le bois :

    = 0.12 W/mCComparaison avec dautres matriaux de construction courants.

  • BOIS / ACIER / Temprature

  • Simon Velez